Welche drei Gleichgewichte wird die Destillationskolonne gesteuert?

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Bei der Bedienung eines Destillationskolbens müssen das Stoffgleichgewicht, das Gleichgewicht zwischen Gas- und Flüssigphasen sowie das Wärmegleichgewicht berücksichtigt werden. Der Stoffgleichgewichtsgrundsatz besagt, dass die Menge an Stoffen, die pro Zeitintervall in den Turm einfließen, der Summe der Mengen an Stoffen entsprechen muss, die aus dem Turm austreten. Das Stoffbilanz zeigt die Produktionskapazität des Turms. Sie wird hauptsächlich durch die Menge der Zulieferstoffe sowie die Mengen an Ausgangsstoffen an der Oberseite, an den Seiten und am Boden des Turms reguliert. Im Betrieb spiegeln sich die Veränderungen im Stoffhaushalt konkret im Flüssigkeitsspiegel am Boden der Kolonne wider. Wenn die Betriebsbedingungen des Turms nicht mit dem Gesamtstoffhaushalt übereinstimmen, zeigt sich das an Veränderungen im Druckunterschied des Turms. Zum Beispiel steigt der Druckunterschied im Turm, wenn viel hineinkommt und wenig herauskommt. Für einen festen Destillationskolben muss der Druckunterschied im Kolben innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen. Bei zu großem Druckunterschied in der Kolonne ist die Geschwindigkeit des aufsteigenden Dampfs zu hoch; es kommt zu starkem Mitführen von Nebel, was sogar zu einem Überlaufen führen kann und den normalen Betrieb stört. Bei zu kleinem Druckunterschied in der Kolonne ist die Geschwindigkeit des aufsteigenden Dampfs zu gering; dadurch sinkt die Effizienz der Stoffaustauschprozesse zwischen Dampf und Flüssigkeit auf den Kolonnenplatten. Zudem kann es zu einem Austreten der Flüssigkeit kommen, wodurch die Effizienz der Kolonnenplatten weiter abnimmt. Eine unsichere Kontrolle des Stoffhaushalts kann dazu führen, dass der Betrieb der gesamten Kolonne durcheinandergerät. Die Kontrolle des Stoffhaushalts ist daher ein entscheidender Faktor bei der Bedienung einer Kolonne. Wenn das normale Stoffbilanzgleichgewicht gestört wird, wirkt sich das auf die beiden anderen Gleichgewichte aus: Das Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht erreicht nicht das gewünschte Niveau, und auch das Wärmegleichgewicht wird gestört und muss neu justiert werden. Das Gleichgewicht zwischen Gas- und Flüssigphasen spiegelt hauptsächlich die Qualität des Produkts sowie die Entstehung von Verlusten wider. Es wird durch die Anpassung der Betriebsbedingungen des Turms (Temperatur, Druck) sowie der Bedingungen des Dampf-Flüssigkeits-Kontakts auf den Trägern aufrechterhalten. Nur bei konstanter Temperatur und Druck gibt es eine bestimmte Gleichgewichts Zusammensetzung von Gas- und Flüssigphase. Wenn sich die Temperatur und der Druck ändern, verändert sich auch die Zusammensetzung, die durch das Gleichgewicht zwischen Gas- und Flüssigphase bestimmt wird. Dadurch ändern sich ebenfalls die Qualität des Produkts sowie die Mengenverluste. Das Gleichgewicht zwischen Gas- und Flüssigphasen steht in engem Zusammenhang mit dem Stoffstromgleichgewicht. Wenn das Stoffstromgleichgewicht gut gewährleistet ist, die Geschwindigkeit des aufsteigenden Dampfs im Tower angemessen ist und die Kontaktpunkte zwischen Gas und Flüssigkeit gut sind, dann sind die Effizienzen bei der Wärme- und Stoffübertragung hoch – auch die Effizienz der Towerplatten ist dann hoch. Natürlich ändern sich auch Temperatur und Druck mit den Veränderungen im Stoffhaushalt. Das Wärmegleichgewicht bezeichnet das Gleichgewicht zwischen der in den Turm eintretenden Wärme und der aus dem Turm austretenden Wärme, was sich insbesondere in der Temperatur an der Spitze des Turms widerspiegelt. Das Wärmegleichgewicht ist die Grundlage für das Stoffgleichgewicht sowie das Gleichgewicht zwischen Gas- und Flüssigphasen; wiederum hängt es von diesen ab. Ohne heiße Dampfphase und kalte Rückflussströmung ist der gesamte Destillationsprozess nicht möglich ； Durch Veränderungen des Betriebsdrucks und der Temperatur der Kolonne – also durch Veränderungen in der Zusammensetzung des Dampf- und Flüssigkeitsphasengleichgewichts – ändern sich auch die Menge an Wärme, die bei der Kondensation des Dampfs auf jeder Kolonnenplatte abgegeben wird, sowie die Menge an Wärme, die zur Verdampfung der Flüssigkeit benötigt wird. Die richtige Beherrschung des Stoffbilanzes, des Gleichgewichts zwischen Gas- und Flüssigphasen sowie des Wärmebilanzes ist entscheidend für den Destillationsprozess. Die drei Arten von Gleichgewichten beeinflussen sich gegenseitig und sind voneinander abhängig. Bei der Bedienung wird in der Regel hauptsächlich das Stoffgleichgewicht kontrolliert, wobei entsprechend das Wärmegleichgewicht angepasst wird, um letztendlich ein Gleichgewicht zwischen gasförmiger und flüssiger Phase zu erreichen. Um eine stabile Flüssigkeitsspiegelhöhe am Boden des Turms zu gewährleisten, müssen folgende Faktoren stabil gehalten werden: ① Menge und Temperatur der Zufuhr; ② Menge der Entnahmen an der Oberseite des Turms, an den Seitenleitungen sowie am Boden des Turms; ③ Druck an der Oberseite des Turms. Die Temperatur an der Spitze des Turms muss konstant gehalten werden. Stabilität ist erforderlich: ① Menge und Temperatur der Zufuhr; ② Menge und Temperatur des Oberflusskreislaufs, des Kreislaufkreislaufs sowie der Rückflüsse in den verschiedenen Abschnitten; ③ Druck an der Spitze des Turms; ④ Menge des Stiege-Dampfs; ⑤ Die Rohstoffe und Rückflüsse dürfen kein Wasser enthalten. Durch ständige Überwachung der Temperatur an der Spitze des Turms sowie des Flüssigkeitsspiegels am Boden des Turms, durch Analyse der Ursachen für Schwankungen und durch rechtzeitige Anpassungen kann man die drei Gleichgewichte des Turms gewährleisten und so seinen ordnungsgemäßen Betrieb sichern.