精餾在化工生產(chǎn)中扮演著非常重要的角色。結(jié)合昨天的內(nèi)容,今天再一起學(xué)習(xí)一些精餾的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。 在精餾操作中,下層塔板上的液體涌至上層塔板,破壞了塔的正常操作,這種現(xiàn)象叫做液泛。 液泛形成的原因,主要是由于塔內(nèi)上升蒸汽的速度過大,超過了最大允許速度所造成的。另外在精餾操作中,也常常遇到液體負(fù)荷太大,使溢流管內(nèi)液面上升,以至上下塔板的液體連在一起,破壞了塔的正常操作的現(xiàn)象,這也是液泛的一種形式。以上兩種現(xiàn)象都屬于液泛,但引起的原因是不一樣的。 霧沫夾帶是指氣體自下層塔板帶至上層塔板的液體霧滴。在傳質(zhì)過程中,大量霧沫夾帶會(huì)使不應(yīng)該上到塔頂?shù)闹亟M分帶到產(chǎn)品中,從而降低產(chǎn)品的質(zhì)量,同時(shí)會(huì)降低傳質(zhì)過程中的濃度差,致使塔板效率下降。對(duì)于給定的塔來說,最大允許的霧沫夾帶量就限定了氣體的上升速度。 影響霧沫夾帶量的因素很多,諸如塔板間距、空塔速度、堰高、液流速度及物料的物理化學(xué)性質(zhì)等。同時(shí)還必須指出:霧沫夾帶量與捕集裝置的結(jié)構(gòu)也有很大的關(guān)系。雖然影響霧沫夾帶量的因素很多,但最主要的影響因素是空塔速度和兩塊塔板之間的氣液分離空間。對(duì)于固定的塔來說,霧沫夾帶量主要隨空塔速度的增大而增大。但是,如果增大塔板間的距離,擴(kuò)大分離空間,則相應(yīng)提高空塔速度。 空塔速度是指單位時(shí)間內(nèi)精餾塔上升蒸汽的體積與塔截面積的比,即塔內(nèi)上升蒸汽在單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的距離。單位為m3/(s·m2)或m/s。 孔速度是指單位時(shí)間內(nèi)通過升氣孔道的上升蒸汽的體積與孔道總截面的比,即上升氣體穿過升氣孔道的流速,單位為m3/(s·m2)或m/s。 空塔速度是影響精餾操作的重要因素之一。對(duì)于已經(jīng)確定的塔來說,如果在允許的范圍內(nèi)提高空塔速度,則能提高塔的生產(chǎn)能力。當(dāng)空塔速度提高到一定限度時(shí),氣液兩相在塔板上因接觸時(shí)間過短,而且會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的霧沫夾帶,破壞塔的正常操作。一般是以霧沫夾帶量不大于10%來確定空塔速度,稱為最大允許速度。 當(dāng)空塔速度過低時(shí),不利于氣體穿過孔道,甚至托不住上層塔板的液體,塔板上的液體可以經(jīng)升氣孔倒流至下層塔板,這種現(xiàn)象稱之為液體泄漏。泄漏嚴(yán)重時(shí),會(huì)降低精餾塔的分離效果,特別是篩板塔、浮閥塔、舌形塔。 塔板上的液體從上升氣體通道倒流入下層塔板的現(xiàn)象叫泄漏。在精餾操作中,如上升氣體所具有的能量不足以穿過塔板上的液層,甚至低于液層所具有的位能,這時(shí)就會(huì)托不住液體而產(chǎn)生泄漏。 空塔速度越低,泄漏越嚴(yán)重。其結(jié)果是使一部分液體在塔板上沒有和上升氣體接觸就流到下層塔板,不應(yīng)留在液體中的低沸點(diǎn)組分沒有蒸出去,致使塔板效率下降。因此,塔板適宜操作的最低空塔速度是由液體泄漏量所限制的,正常操作中要求塔板的泄漏量不得大于塔板上液體量的10%。泄漏量的大小,亦是評(píng)價(jià)塔板性能的特性之一。篩板、浮閥塔板和舌形塔板在塔內(nèi)上升氣速度小的情況下比較容易產(chǎn)生泄漏。 操作彈性是指上升氣體速度的最小允許值(負(fù)荷下限)到最大允許值(負(fù)荷上限)之間的范圍。上升氣體速度在此范圍變動(dòng)時(shí),精餾塔能在一定的分離效果下,維持正常的操作。 前面已經(jīng)談過,精餾塔的負(fù)荷上限是以上升蒸汽的霧沫夾帶量不超過蒸汽流量的10%為限制;負(fù)荷下限是以塔板上液體的泄漏量不超過液體流量的10%為限制。 一般的說,浮閥塔操作彈性最大,有的試驗(yàn)表明負(fù)荷上限與負(fù)荷下限之比可達(dá)7~9左右,泡罩塔次之,篩板塔最小。應(yīng)當(dāng)注意的是,當(dāng)上升氣體速度變化時(shí),塔板效率要變化,這會(huì)引起分離效果發(fā)生變化。 在有降液管的塔板上,液體橫過塔板與氣體呈錯(cuò)流狀態(tài),液體中易揮發(fā)組分的濃度將沿著流動(dòng)的方向逐漸下降。但是當(dāng)上升氣體在塔板上使液體形成渦流時(shí),濃度高的液體和濃度低的液體就混在一起,破壞了液體沿流動(dòng)方向的濃度變化,這種現(xiàn)象叫做返混現(xiàn)象。返混現(xiàn)象能導(dǎo)致分離效果的下降。
物料平衡是質(zhì)量不滅和轉(zhuǎn)換守恒定律在化工上的應(yīng)用。對(duì)于任何一個(gè)生產(chǎn)過程來說,按重量計(jì),物料轉(zhuǎn)化量應(yīng)為產(chǎn)品生成量和物料損失量之和。通過物料衡算,可以知道原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的情況及損失量的大小,以便尋求改善的途徑。物料衡算對(duì)整個(gè)過程或過程的某個(gè)階段同樣適用;可對(duì)參與過程的全部物質(zhì)進(jìn)行衡算,也可以對(duì)任意組分進(jìn)行衡算。 在操作中隨時(shí)掌握精餾塔的物料平衡情況對(duì)于一個(gè)操作工來說是一個(gè)最基本和最起碼的要求。物料平衡掌握不好,一種是進(jìn)料多,采出少;另一種是進(jìn)料少,采出多。這兩種情況都不是正常操作,影響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 因此,為了使精餾塔處于最佳條件下操作,為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量,降低能耗,減少加工損失,在實(shí)際操作中必須經(jīng)常進(jìn)行物料衡算,調(diào)整操作。 最適宜的進(jìn)料板位置就是指在相同的理論板數(shù)和同樣的操作條件下,具有最大分離能力的進(jìn)料板位置或在同一操作條件下所需理論板數(shù)最少的進(jìn)料板位置。 在化學(xué)工業(yè)中,多數(shù)精餾塔都設(shè)有兩個(gè)以上的進(jìn)料板,調(diào)節(jié)進(jìn)料板的位置是以進(jìn)料組分發(fā)生變化為依據(jù)的。當(dāng)進(jìn)料組分中的輕關(guān)鍵組分比正常操作較低時(shí),應(yīng)將進(jìn)料板的位置向下移,以增加精餾段的板數(shù),從而提高精餾段的分離能力。反之,進(jìn)料板的位置向上移,則是為增加提餾段的板數(shù),以提高提餾段的分離能力。 總之,在進(jìn)料板上進(jìn)料組分中輕關(guān)鍵組分的含量應(yīng)該小于精餾段最下一塊塔板上的輕關(guān)鍵組分的含量,而大于提餾段最上一塊塔板上的輕組分的含量。這樣就使進(jìn)料后不至于破壞塔內(nèi)各層塔板上的物料組成,從而保持平穩(wěn)操作。 在精餾塔的實(shí)際操作中,由于受到傳質(zhì)時(shí)間和傳質(zhì)接觸面積的限制,不能達(dá)到氣液平衡狀態(tài),即塔板上蒸汽中所含的低沸點(diǎn)組分的濃度較與液相達(dá)到平衡時(shí)的蒸汽中所含的低沸點(diǎn)組分的濃度要低,因此一塊實(shí)際塔板的作用總不及一塊理論塔板的作用。從這個(gè)概念出發(fā),塔板效率可以表示為理論板數(shù)與實(shí)際板數(shù)之比。 影響塔板效率的因素主要有: (1)氣相與液相交換的快慢; (2)塔板上氣液相混合的程度; (3)上升蒸汽夾帶液體霧滴進(jìn)入上層塔板的數(shù)量和塔板的液體泄漏量。 上述三方面的因素又受塔板的設(shè)計(jì)和布置,操作條件以及所處理物料的物理性能等影響。塔板的設(shè)計(jì)和布置包括:塔板幾何尺寸,塔板間距,溢流堰高度,開孔率,升氣孔的排列等。操作條件包括:上升蒸汽速度,塔板上液體停留的時(shí)間,溫度和壓力等。處理物料的物理性能包括:相對(duì)揮發(fā)度,蒸汽與液體的粘度和重度,擴(kuò)散系數(shù)和表面張力等。附帶指出,物料的物理性質(zhì)隨塔中操作溫度和壓力的不同而變化。 生產(chǎn)中,選擇塔板型式時(shí),塔板應(yīng)滿足如下要求: (1)板效率高; (2)生產(chǎn)能力大,即允許的氣液相負(fù)荷都較高,使尺寸較小的塔能完成較大的生產(chǎn)任務(wù); (3)操作穩(wěn)定,操作彈性好; (4)經(jīng)濟(jì)耐用,消耗鋼材少; (5)便于操作和檢修。 填料的當(dāng)量高度也叫填料的等板高度。相當(dāng)于一層理論板分離程度所需的填料高度,亦可論述為與一層理論塔板的作用相當(dāng)?shù)奶盍细叨取?/p> 填料的噴淋密度也叫液體的質(zhì)量速度。每小時(shí)每平方米塔的橫截面所噴淋的液體千克質(zhì)量數(shù)。 填料層操作時(shí),在填料空隙中及填料表面上所積存的液量稱為持液量,其表示單位為(m3液體/m3塔容積)。持液量可分為兩部分:
高壓流體通過節(jié)流裝置(例如針型閥)在不傳熱、不做功的情況下瞬間降壓,這種過程成為節(jié)流。 節(jié)流時(shí),由于壓力下降,體積膨脹,會(huì)使物料的溫度變化。根據(jù)節(jié)流前的溫度不同,有時(shí)溫度下降,有時(shí)溫度上升。在工業(yè)上應(yīng)用較廣的是讓物料在節(jié)流后降溫和汽化。 由一種或幾種低分子化合物在一定條件下發(fā)生化學(xué)變化生成高分子化合物的反應(yīng),稱為聚合。聚合又分為均聚(由一種單體參加的聚合反應(yīng))和共聚(由幾種單體參加的聚合反應(yīng))。 一種化合物在化學(xué)變化中形成了兩種或兩種以上的組成較為簡(jiǎn)單的化合物或單質(zhì),這樣的反應(yīng)叫做分解。 |
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