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简单蒸馏及平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓。利用两组分挥发度的差异实现高纯度的分离，便需要精馏来实现。料液自塔的中部某适当位置加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液，其余作为塔顶产品连续排出。在塔内上部分（加料位置以上）上升蒸汽和回流液体之间进行作逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器（蒸发釜）以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部分作为塔底产品。
在塔的加料位置以上，上升蒸汽所含的重组分向液相传递，而回流液中的轻组分向气相传递。如此物质交换的结果，使上升蒸汽中轻组分的浓度逐渐升高。只有足够的相际接触表面和足够的液体回流量，达到塔顶的蒸汽成为高纯度的轻组分。塔的上部分完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的重组分，因而称为精馏段。
在塔的加料位置以下，下降液体（包括回流液和加料中的液体）中的轻组分向气相传递，上升蒸汽中的重组分向液相传递。这样，只要两相接触面和上升蒸汽量足够，达到塔底的液体中所含的轻组分可降至很低，从而获得高纯度的重组分。塔的下部分完成了下降液体中重组分的提浓即提出了轻组分，因而称为提馏段。
一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段，这样的塔内可将一个双组分混合物连续地、高纯度地分离为轻、重两组分。
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