《基本蒸馏设备与操作》英语译文Word下载.docx
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浮阀塔板
在阀盘，穿孔均受上限帽。
蒸气流量升降的帽子，可以通过自我创造蒸气通道流区。
起重帽导向蒸汽水平进入液层，以此得到比在筛板可能还好的混合比。
浮阀塔板（照片保罗菲利普斯提供）
Sievetra筛板塔盘
筛板只是带有孔金属板中简单的板。
在塔板上，蒸汽直线上升通过液体。
孔的数目和尺寸都是有设计参数的。
由于它们的效率，工作范围宽，易于维修和成本因素，筛板和浮阀塔板高度取代了泡罩板在许多中的应用。
塔盘中的液体和蒸汽流
接下来的几个图形显示了蒸汽和液体流量跨越塔盘和圆柱体的流动方向。
每盘有2个导管，每边有降液管。
液体利用重力作用通过降液管落到它下面的一个塔盘。
液体流过每一个板的示意图如右侧上方图所示。
盘堰上能确保总有一些液体（停顿）的，旨在为了液流停顿在一个合适的高度，例如这样，筛板帽能被液体泡沫覆盖。
作为轻流物，圆柱体里的蒸气流动起来，被迫进入液体，通过每个塔盘上的开口。
每个塔盘上允许水汽通过区域被称为活跃区。
左边的照片上显示的是一试验用的圆柱体装备部分，它被泡罩覆盖。
塔盘上的4顶泡罩帽的顶部是可以看到。
在这个容器中，降液管是一根管子，如右边的照片所示。
塔盘活跃区的液体鼓泡，是因为这两个水汽通道，从沸腾的塔盘以及以下。
由于热蒸汽穿过盘以上的液体上，它把热量转移给液体。
在这样做时，水汽凝结一些液体增加在塔盘上。
冷凝水，然而，它在较难挥发性成分中比在蒸发中更多。
加之，蒸汽放出热量致使塔板的液体沸腾，产生更多的蒸汽。
这种蒸汽，它移动到下一列的塔盘中，它使自己在较易挥发性成分中的比重更大。
蒸汽和液体之间不断接触水汽发生在每一列托盘中的这种联系，并带来了低沸点和高沸点成分的分离。
塔盘设计
一个塔盘基本上作为一个小圆柱容器来完成一项任务的一小部分的分离。
由此我们可以推断，该盘有更多，更好的分离度和分离效率，整体将在很大程度上取决于塔盘设计的。
塔盘是为了最大限度地考虑联络汽液液体分布和水汽分布在塔盘。
这是因为更好的气液接触分离意味着有更好的分离在每个塔盘上，以便更好地体现圆柱器的性能。
较少盘将被要求达到同一程度的分离。
增加效益的措施包括减少能源使用量，降低建设成本。
液体分布器-重力（左），喷雾（右）
（照片保罗菲利普斯提供）
填料
有一个明显的趋势，以便来提高分离率，通过充分利用塔盘上增加的填料。
填料的无源器件旨在提高对气液接触界面的面积。
以下图片显示3条不同类型的填料。
这些奇形怪状的部件都应该用来传授良好的汽液接触，当一个特定的类型，大数量的放置在一起，而不会造成过大的压力填料压降时。
重要的是，因为一个高压力降将意味着需要更多的能量来驱动蒸汽在精馏塔中上升。
有结构的填料（图片菲利普斯礼貌保罗）
填料对应的塔盘
一个塔盘面临的吞吐量问题可能被去瓶颈，通过取代带填料的塔盘。
这是因为：
1.填料为液体，蒸汽间的接触提供额外的面积
2.同一塔高度可以提高分离效率
3.填料塔要矮于板式塔
填料塔称作为连续蒸馏塔，而板式塔被称为间接蒸馏塔，主要是因为它们之间的蒸汽和液体的接触方式不同所决定的。
再沸器
这里有些再沸器的设计。
它超出说明中介绍的范围以深入探讨其设计原则。
然而，它们可以看作热交换器，交换所需要的足够的能量，使底部的液体达到沸腾点。
以下是典型的再沸器类型的例子。
再沸器设计新颖的发展是Klarex流体技术应用于自我清洁壳式换热器管中，它的热交换表面通过过程流体容易产生污垢。
颗粒引入到过程流中，这些过程在热交换表面产生冲刷作用。
显示在左侧上就是一个例子。
蒸馏原理
通过蒸馏分离的成分混合液体取决于个别组成部分的沸点差异。
此外，根据目前的组分的浓度，液体混合物的沸点将有不同的特点。
因此，精馏过程取决于液体混合物的压力特征。
蒸汽压力和沸点
在特定温度下的液体蒸汽压力是平衡的施加压力，让分子通过，进入液体的表面。
下面是一些关于蒸汽压力要点：
1.能源投入提高蒸汽压力
2.蒸汽压力与沸点
3.蒸汽压与沸点相关
4.液体据说是'
煮沸'
当它的蒸气压力等于周围压力
5.容易沸腾的液体取决于它的挥发性
6.液体的蒸气压高（挥发性液体）将在较低温度下沸腾
7.蒸气压，因此液体混合物的沸点一个取决于对混合物中各组成部分的相对量
8.蒸馏发生是由于液体混合物中成分挥发性的差异
沸点图
该图显示了在一个固定的压力下，液体混合物的平衡组成成分是如何随温度变化而变化的。
考虑一个二元混合物液体混合物含有2组分（A和B）的例子。
这具有下列沸点图。
A的是沸点，是在A摩尔分数为1时处。
B的沸点是，在其中B的摩尔分数为0处。
.在这个例子中，A是挥发性成分，因此具有比B较低的沸点。
在图中的上部曲线称为露点曲线，而下部的一个被称为泡点曲线。
该露点时的温度是饱和蒸汽开始凝结。
泡沫点时的温度是液体的开始沸腾。
上面的露点曲线区域显示过热蒸汽平衡组成，而下面的泡点曲线区域显示了过冷液平衡的组成。
例如，当一小部分过冷液体摩尔甲=0.4（A点）被加热，其浓度保持不变，直到它到达泡点（B点），当它开始沸腾。
蒸汽在沸腾中演变过程由平衡成分C给体现，大约有0.8摩尔分数A。
这是有大约50％的比原来更纯的液体。
液体与气体之间的这种差别是组成蒸馏操作的基础。
相对挥发度
相对挥发度是衡量一个2组分之间的挥发性差异，也就是与他们的沸点有关。
它表明一个特定分离的难易程度。
挥发性组分i与相关组分j定义为：
yi=气相中‘i’组分的摩尔分数
xi=液相中‘i’组分的摩尔分数
因此，如果2组分之间的相对挥发性是非常接近1，这表明它们有很相似的蒸气压的特点。
也意味着，它们有非常相似的沸点，因此，将难以通过蒸馏分离的两个组成部分。
蒸气液平衡
精馏塔的设计是基于混合物组分的沸点特性来达到分离的目的的。
因此，它的大小，特别是高度，是由混合物的汽液平衡（相平衡）数据来确定的。
汽液平衡（相平衡）曲线
恒压汽液平衡数据是由沸点图表获得。
二元混合物汽液平衡数据通常被看作是一个坐标图，如右图所示在图上。
这些相平衡标定点表达了二元混合物在恒压前提下的泡点和露点。
弯曲的线被称为平衡线，描述了液体的组成和在一些固定的压力下的平衡蒸气。
这种特殊的二元相平衡图显示了一个具有统一的混合物汽液平衡是相对容易分开的。
接下来的两个相平衡曲线坐标图从另一方面，表明非理想系统分离更加困难。
我们可以从曲线的形状获知的，这将在稍后作进一步解释。
最有趣的相平衡曲线是由共沸体系生成的。
共沸物是一种液体混合物气化时，产生产生相同的成分液体。
下面的两个汽液平衡图，显示两个不同的共沸系统，一个是最低沸点时的，另一个是最高沸点时的。
在这两个坐标图中，平衡曲线与对角线交叉，这是共沸点在共沸时发生的。
换句话说共沸系统引起的平衡相平衡曲线图的地方穿过对角线的。
值得注意的是各自平衡线的形状与对开汽液平衡图的对角线有关。
不过，这两坐标图都是由均相共沸系统获得的。
一种共沸物，其中包含一个与汽液相接触的称为同质共沸物。
均相共沸物是不能用常规蒸馏来达到分离的。
然而，连续蒸馏可作为低压力可以转移共沸点，或许，一个额外的物质可能将转移到一个共沸点更有利的位置。
1.当这个额外的组分在塔顶部出现可观的数量时，此操作被称为共沸蒸馏。
2.当额外的成分大多出现在塔底部时，该操作被称为萃取精馏。
在左侧相平衡曲线也产生了共沸体系，在这种情况下，异种共沸物可以通过平衡图中的扁平部分来确定。
他们可能是在2个精馏塔中分离的，因为这些物质通常形成两个有很大的差异液相组成。
该阶段可以在适当的条件下使用沉淀池进行分离。
下一步，我们将看看汽液平衡图/数据是如何用于设计精馏塔的。
精馏塔设计
如前所述，蒸馏塔的设计采用汽液平衡数据对混合物进行分离。
混合物汽液平衡特性（平衡曲线的形状已表明）决定阶段数目，以及用于分离的塔板数目。
这清楚地说明了通过应用麦凯布-蒂勒方法来设计一个二进制塔。
麦凯布-蒂勒设计方法
该麦凯布-蒂勒方法是一种绘图法之一，并使用相平衡图来确定进行二元混合物分离的理论塔板数。
它假定不断摩尔溢出，这意味着：
1.蒸发组分的摩尔热大致相同。
2.热效应（热解，热损失和塔等）可以忽略不计。
3.每摩尔蒸汽凝结，1摩尔的液体气化在设计过程很简单。
鉴于二元混合物的汽液平衡图，操作第一线的绘制。
4.操作线确定了塔中液相与气汽相的平衡关系。
5.操作线把塔分为塔底（抽釜）部分和塔顶（精馏或浓缩）部分。
6.假设使用常数摩尔的不断溢出也保证了操作线是直线。
精馏段操作线
精馏段操作线的构造如下。
首先，预期的顶级产品组分位于汽液平衡图上，并产生一条垂直线与把汽液平衡图分成两半的对角线相交。
斜率为R/（R+1）的线从一交点绘线如下图所示。
R为回流流量（L）与馏分油流（D）的比值，被称为回流比，并作为衡量上升到顶部的物料有多少量还回到塔里的一种措施。
提馏段操作线
提馏段操作线是以类似的方式构建的。
然而与精馏段操作线不同的是，它的出发点是理想的底部产品成分。
从此点作一垂直线与对角线相交，并以交点绘制斜率Ls/Vs的线来作说明，如下图所示。
Ls是塔提馏段液体向下流动的液体率，而Vs是塔提馏段水蒸气的上升率。
因此，提馏段操作线的斜率是塔提馏段里液体量与蒸汽量的比值。
平衡与操作线
该麦凯布-蒂勒方法假定塔板上的蒸汽量与液体量是平衡的。
它是如何与汽液相平衡图有关的，以及操作线是如何轮廓分明地描绘的，如右边的图所示。
提馏段操作线放大部分显示是塔中相应的第n个阶段。
L'
s表示的是液体流，同时V'
s表示的是蒸气流。
x和y表示液体和气体成分，其下标指的是流量或成分的来源。
n-1表示位于第n层的下面一层，而n+1表示位于第n层的上面一层。
第n层的液体和它上面的蒸汽是平衡的，因此，xn和yn在同一平衡线上。
由于蒸气进入以上塔板没有改变其原有成分，这在汽液相平衡图上被描述为一水平线。
它与操作线的交点使第n+1层塔盘的液体组分的操作线定义了该塔板的物料平衡。
第n+1层塔盘以上的蒸汽组分是通过从n+1点作与平衡线垂直的线来获得的。
阶段和塔板数
反复做图形结构会产生一些‘拐角’的部分，每个部分将相当于一个阶段的蒸馏。
这是使用麦凯布-蒂勒图形方法设计精馏塔的基础，如下面的例子所示。
鉴于为提馏段和精馏段的操作线，采用上述的作图法。
这种特殊的例子表明，7理论阶段，必须达到预期的分离。
所需数量的塔盘（相对于阶段）比相应的阶段数少1，因为再沸器也相当于一理论塔板。
实际需要的盘数，给出了计算公式：
（盘数理论）/（塔板效率）
塔板效率的典型值范围是从0.5到0.7，它主要取决于一些因素，如使用的塔盘型，以及内部液体和气体流量的条件。
有时候，添加额外的塔盘（高达10％），以适应根据设计的塔的可能性。
进料线（Q线）
上图还表明，二元进料应在第4阶段引入。
但是，如果进料的组成是这样的：
它不与操作线相交，这意味着该进料是不饱和液体。
根据进料线或Q线斜率可以推到出进料条件。
Q线是由进料组成在对角线上的点和操作线上的交点之间来确定绘制的。
根据进料状况，进料线将有不同的斜率。
例如：
q=0的（饱和蒸汽）
Q=1（饱和液体）
0<
q<
1（液体和气体混合）
q>
1（过冷液体）
0（过热蒸汽）
各种不同进料状况下的Q线如右边
图上所示。
操作线和进料线在麦凯布-蒂勒设计中的运用
如果我们有混合进料信息的条件，那么我们可以编制q-线的设计和把它运用于麦凯布-蒂勒设计。
然而，只有两行可用于麦凯布-蒂勒设计，并不包括平衡线。
它们是：
1.进料线和精馏段操作线
2.进料线线和提馏段操作线
3.提馏和精馏操作线
这是因为知道这些线中的其中两行便可确定第三行。
总体栏目设计
确定用于达到预期分离度所需的阶段数和进料盘的位置，这只是生产一个完整精馏塔中设计的第一步。
还需考虑其他的因素，比如塔盘间距，塔直径，内部配置，加热和冷却工作。
这些都可能导致与设计参数有冲突。
因此，蒸馏塔的设计往往是一个反复的过程。
如果在设计阶段，问题得不到解决，那么塔在实践中将会运转不太良好。
下一组的笔记将讨论可以影响精馏塔性能的因素。
塔盘数或阶段数的影响
在这里，我们将进一步阐述塔的设计，通过简单地看塔盘数量、进料盘位置对精馏塔性能的影响。
塔盘数量的影响
可以从以往的精馏塔设计推断得知，塔盘数量会影响分离度。
有以下例子说明。
考虑为基本情况下，一塔有10个阶段。
进料是一个具有二元混合物的组成部分，它包含有摩尔分数为0.5的较挥发性组分，并从5个阶段进料。
稳态终端组成，共约0.65在顶部（第一阶段）和0.1（在底部阶段10）如下所示：
假设我们的数目减少到8个阶段，并保持在中期阶段的进料，即第4阶段。
由此产生的组分分布是：
我们可以看到，顶部的组成成分减少，而底部增加了。
也就是说，分离较差。
现在，如果我们增加阶段数到12，并在第6阶段进料，最终我们得到的组成概况是：
同样，构成发生了变化。
.这一次，易挥发性组分中的馏分更加丰富，而底部则很少，表现出了较好的分离。
因此，增加阶段数将提高分离度。
影响填料托盘位置
在这里，我们看看如何填料位置托盘分离效率的影响。
.假设我们有一个20级的塔，分离包含有摩尔分数为0.5的较挥发性组分的二元混合物。
在第5、10和15（固定回流和再沸率）阶段进料时，获得的终端成分如下面的坐标图所示。
Compositionprofile:
20stages,feedatstage5
20stages,feedatstage10
20stages,feedatstage15
.
由于进料阶在往塔下移，塔顶组成成分中的挥发性成分就变得不那么丰富，而底部组分包含更多的易挥发性成分。
然而，顶组成的变化并非如底部的明显。
前面的例子说明了特定系统中进料塔盘位置的转移将会发生什么。
他们不应该被用来推广到其他蒸馏系统，由于效果并不简单。
蒸馏塔操作的影响因素
蒸馏塔性能取决于许多因素，例如：
①进料条件
1.进料状况
2.进料组成
②会严重影响液体混合物相平衡的微量元素
③内部的液体和流体流动的条件
④塔盘状态（填料）
⑤气象条件
其中一些将在下面被讨论，以至于给出一个与蒸馏过程有关的复杂性的想法。
进料条件
混合进料的状态和进料成分将影响操作线及所需的分离阶段数。
它当然也影响进料塔盘的位置。
在操作过程中，如果设计规范的偏离过高，则塔可能无法再处理分离任务。
为了克服这些与进料有关的问题，某些塔被设计成含多个进料点，以适应进料有不同成分时的需要。
回流
随着回流比的增加，精馏段操作线梯度值趋向于最大值1。
这意味着越来越多的易挥发性成分还回到塔里。
然后变得更好分离，较少的塔盘也能达到同样程度的分离。
最少盘塔需要在全回流条件下实现，即没有馏分撤回。
另一方面，由于回流降低，精馏段操作线向平衡线接近。
操作线和平衡线之间的‘捏线'
变得更加明显，也意味着需要越来越多的塔盘，使用麦凯布-蒂勒方法很容易验证这一点。
限制条件发生在最小回流比时，当无数的塔盘将被要求达到分离效应。
多数塔的设计运行是在1.2至1.5倍之间的最小回流比，因为这大约是操作成本最低的区域（更多
回流意味着要有更高的再沸器）。
蒸气流条件
不利的条件可能会导致蒸气流
1.发泡
2.夹带
3.漏液/堆放
4.液泛
泡沫形成
泡沫是指由于液体膨胀引蒸气或气体通过而产生的。
虽然它为液体蒸气接触提供了高界面，但是过多的泡沫往往导致对盘上液体积聚。
在某些情况下，发泡可能引起更糟糕的状况，比如泡沫液混合在塔盘上面。
是否会出现泡沫液体混合物，主要取决于混合液体的物理特性，有时也是由于塔盘的设计和条件。
不管是什么原因，始终是会降低分离率。
夹带
夹带指盘上的液体被蒸汽带入上一层的塔板，它主要是由于高蒸气流引起的。
这是有害的，会降低塔板的效率，低挥发性物质被引入盛有高波动液体的器皿。
它还可以污染高纯度馏分。
夹带过量可能导致液泛。
漏液/堆放
这种现象是由于低蒸气流引起的。
由于蒸汽施加的压力不足以承受塔盘上的液体。
因此，液体开始通过齿孔泄漏，漏液过多会导致堆放。
所有盘液体都将崩溃（堆放）从塔出发点开始，（基于骨牌效应）和塔将要重新启动。
漏液被塔中急剧下降的压力和降低的分离率很好地表明了。
液泛
液泛由过多的蒸气流量带来的，造成液体被夹带在蒸汽里向上上升。
增加过多的蒸气压力也会使液管中的液体上升，造成更多的液体停顿在塔板上。
根据不同的液泛程度，塔的最大容量可能会大大减少。
液泛是通过急剧下降的压差和显著减少的分离率来检测的。
塔直径
影响塔操作的大部分上述因素都归咎于汽流量条件：
要么过高或过低。
蒸汽流速取决于塔径。
漏液确定最低的蒸汽流量，而液泛确定最大允许蒸气流量。
因此，如果塔的直径大小不合适，塔将会运行不好，不仅仅会出现运作上的问题，理想的分离任务可能无法实现。
塔盘结构及填料
请记住，一个特定分离实际所需的盘数是由塔板效率及正在使用的填料所决定的。
因此，任何引起塔板效率降低的因素都将改变塔性能。
塔板效率都受到污染、磨损、裂缝和腐蚀，这些的发生率取决于正在处理中的液体性质。
因此，应规定适当的材料用于塔结构。
气象条件
大部分精馏塔都是露于大气中，虽然塔有许多是绝缘的，不断变化的天气条件下仍然可以影响塔运作。
因此，必须有适当大小的再沸器，以确保在寒冷多风的天气下有足够的水汽可以产生，而在炎热的季节则有相反效果。
这同样适用于冷却器。
这些都是一些比较重要的，可能会导致精馏塔性能不佳的因素。
其他因素包括：
改变操作条件和吞吐量，上游条件改变和产品的需求变化所带来的。
所有这些因素，包括相关的控制系统，应考虑在设计阶段，因为一旦塔被建造和安装，就没有什么事情可以做的，以达到纠正而又不会产生大量成本的情况。
蒸馏塔的控制是在其本身的权利领域内，但这是另一回事。
信息来源：
维基百科网Wikipedia
http:
//lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distileqp.htm
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