タワー圧力調整方法

定期的にデスクや本棚を整理することで、良い精神状態が得られ、仕事の効率も上がります。

蒸留操作の基礎知識 1．相と相平衡とは何か： 答え：相とは、系内で同じ物理的性質および化学的性質を持つ均一な部分のことであり、異なる相の間には通常相界面が存在し、それぞれの相を分離している。系内の相数の多さは物質の量とは無関係である。水と氷が混ざり合っているようなもので、水が液相、氷が固相です。一般的に、物質は精留塔内で気相と液相の二相になります。 一定の温度と圧力の下で、物質系に2つ以上の相が存在し、各相における物質の量や、各成分の各相内での濃度が時間とともに変化しない場合、その系は平衡状態にあると言います。平衡状態にあっても物質は絶えず動いているが、各相の量や各成分の濃度は時間とともに変化しない。条件が変わると新たな相平衡が成立するため、相平衡とは静止した絶対的なものではなく、動的で相対的なものである。例えば、蒸留システムにおいて、蒸留塔の板で温度の高いガスと温度の低い液体が接触すると、熱移動や物質移動が起こり、その結果ガスの一部が凝縮し、生成された液相内の高沸点成分の濃度が次第に高くなる。塔板上の液体の一部が気化し、生成した気相中の低沸点成分の濃度が次第に増加する。しかし、この熱伝達や物質移動の過程は無限に続くわけではなく、気相と液相が平衡状態に達すると、各成分の両相における組成はもはや時間とともに変化しなくなる。 2、飽和蒸気圧とは何か？ 答：一定の温度において、同じ物質の液体（または固体）と平衡状態にある蒸気が持つ圧力を飽和蒸気圧といい、これは温度が上昇するにつれて増加します。ご存知の通り、カップに入った水は絶えず蒸発するため、どんどん少なくなっていきます。純水を密閉容器に入れ、その上の空気を抜くと、水が絶えず蒸発するにつれて、水面上の気相の圧力、つまり水の蒸気が持つ圧力が次第に高くなっていきます。しかし、温度が一定の場合、気相圧力は最終的に一定の値で安定する。このときの圧力を、その温度における水の飽和蒸気圧という。 注意すべき点は、気相の圧力が飽和蒸気圧に達したとしても、液相の水分子は絶えず気化し続け、気相の水分子も絶えず凝縮して液体になるということです。ただし、水の気化速度が水蒸気の凝縮速度と等しいため、液体の量は減少せず、気体の量も増加しないので、気体と液体は平衡状態に達するのです。したがって、液体の純物質の蒸気がその飽和蒸気圧を持つとき、気相と液相は相平衡に達する。 3、何が蒸留であり、蒸留の原理は何ですか？ 答：液体混合物を何度も部分的に気化させ、同時に生成した蒸気を何度も部分的に凝縮させることで、混合物を目的の成分に分離する操作過程を精留と呼びます。 なぜ液体混合物を何度も部分的に気化させ、同時に何度も部分的に凝縮させることで、純粋または比較的純粋な成分に分離できるのでしょうか？一度の気化・凝縮において、液体混合物に含まれる成分の沸点が異なるため、ある一定の温度で部分的に気化すると、低沸点の物質は気化しやすいため気相中の濃度が液相よりも高くなり、一方、液相中では高沸点の物質の濃度が気相よりも高くなる。これによって気液両相の組成が変わる。一部蒸発させた蒸気を部分的に凝縮すると、高沸点物質は凝縮しやすいため、凝縮液内の高沸点物質の濃度は気相よりも高くなり、一方で凝縮ガス内の低沸点物質の濃度は凝縮液よりも高くなる。このように、部分的な気化と部分的な凝縮を経ることで、混合液の各成分の濃度が変化し、初期段階での分離が達成される。このように何度も繰り返すと、最終的に液相に残るのは主に高沸点の成分であり、気相に残るのは主に低沸点の成分となる。これにより、複数回の部分的気化と複数回の部分的凝縮を同時に行うことで、混合物を純粋または比較的純粋な成分に分離することができる。 液体が気化するときは熱を吸収し、気体が凝縮するときは熱を放出する。熱を効率的に利用するために、気体が凝縮する際に放出される熱を、液体が気化する際に利用することができます。つまり、気相と液相を直接接触させ、熱伝達と同時に物質移動も行わせるのです。この要求を満たすため、実際には、このような何度もの部分的気化とそれに伴う何度もの部分的凝縮のプロセスは、逆流作用を持つ板式装置内で行われる。いわゆる逆流とは、液体が加熱されて発生した高温のガスが、塔の上部で凝縮によって生じた低温の戻り液（低沸点成分を多く含む）とは逆方向に上から下へ流れることである。タービン内部で起こる熱伝達・物質移動の過程は以下の通りである。1）気液両相が熱を交換し、部分的に気化した際に得られるガス混合物の熱を利用して、部分的に凝縮した際に得られる液体混合物を加熱する；2）気液二相は熱交換と同時に物質交換を行う。温度の低い液体混合物は、温度の高い気体混合物によって加熱され、その一部が気化する。このとき、揮発性の違い（低沸点物は揮発性が高く、高沸点物は揮発性が低い）により、低沸点物の方が高沸点物よりも多く揮発し、その結果、低沸点成分が液相から気相へ移行し、気相中の揮発しやすい成分が濃縮される；同様に、温度の高い気相混合物は、温度の低い液体混合物を加熱することで自らが部分的に凝縮し、また揮発性の違いにより高沸点成分が気相から液相へ移行し、液相内の揮発しにくい成分が濃縮される。 蒸留塔は複数の塔板で構成されており、塔の最上部を塔頂、最下部を塔釜と呼びます。塔内の1枚の塔盤では、部分的な蒸発と部分的な凝縮が一度だけ起こる。塔盤の数が多ければ多いほど、部分的な蒸発と部分的な凝縮の回数が増え、分離効果も良くなる。 全ての蒸留工程を経ることで、最終的に塔頂からは高純度の揮発性成分が得られ、塔底からは基本的に非揮発性成分が得られる。 4、露点とは何ですか？ 答：気体混合物を圧力を変えずに冷却すると、ある一定の温度に達した時に最初に生成される微小な液滴があります。この温度が、その混合物が指定された圧力下での露点温度、略して露点です。露点温度にある気体を飽和気体と呼びます。精留塔の頂部から蒸発するガスの温度は、露点温度にある。注目すべき点は、最初の野地が純粋な成分ではなく、塔内の露点温度において気相と平衡にある液相であり、その組成は相平衡関係によって決定されるということである。これにより、組成の異なるガス混合物では、塔の露点が異なることがわかる。 5、泡点とは何ですか？ 答：液体混合物を一定の圧力下である温度まで加熱したとき、液体内に最初に現れるごく小さな気泡、つまり沸騰が始まる最初の温度を、その液体の指定された圧力における泡点温度といい、略して泡点と呼びます。泡点温度にある液体を飽和液体と呼び、これが精留塔のタンク温度です。言っておくべきは、この最初の非常に小さな気泡も純粋な成分ではなく、その組成も相平衡関係によって決定されるということです。 6、沸点とは何ですか？ 答：純粋な液体の飽和蒸気圧が外部圧力と等しくなると、液体は沸騰します。このときの温度を、その液体の指定された圧力における沸点と呼びます。純物質の沸点は、外部圧力の変化に伴って変わる。外部の圧力が高くなると沸点は上昇し、外部の圧力が低くなると沸点は下降する。純物質の場合、一定の圧力下では、泡点、露点、沸点はすべて同一の値となる。 7潜熱とは何ですか？ 答：単位重量あたりの純物質が相変化する際（化学反応が起こらない状態で物質の相態が変化することを相変化という）。水が氷になったり、水蒸気が水に戻ったりするのは、相変化の過程です。）プロセスで吸収または放出される熱を潜熱と呼ぶ。例えば、1キログラムの水が液体状態から水蒸気になる過程で吸収する熱のことを水の気化潜熱といい、一般的な単位はキロカロリー/キログラムです。注目すべきは、相変化時には温度と圧力が共に変わらないことであり、そうでなければ潜熱とは呼べない。したがって、潜熱の値を述べる際には、どのような温度・圧力のもとで、どのような相変化過程が起こったかを明記する必要がある。例えば、1キログラムの水が760ミリメートル水銀柱の圧力、100度セルシウスで気化するとき、気化潜熱は539.6キロカロリーです。逆に、この条件下で水蒸気が凝縮する際に放出される熱は、凝縮潜熱と呼ばれ、その値は上記と等しくなります。混合物の潜熱は実測または計算によって求めることができ、その値の大きさは成分の性質に加えて成分の含有量にも関係し、一定の値ではない。 8、顕熱とは何ですか？ 答：純物質が相変化や化学反応を起こさない状態で、温度の変化によって吸収または放出する熱のことを顕熱と呼びます。 9　リフラックス比とは何か　答：精留過程において、混合液が加熱されて発生した蒸気は塔頂から蒸発し、塔頂の凝縮器に入る。ここで蒸気は凝縮（または部分的に凝縮）して液体となり、その一部の凝縮液が塔頂から塔板を下って戻される。この液体をリフラックス液と呼ぶ；もう一方の凝縮液（または未凝縮蒸気）を塔頂から採取し、製品とする。リターン比とは、リターン液の量と採取量の重量比であり、通常はRで表されます。すなわち、R=L/Dです。ここで、Rはリターン比、Lは単位時間あたりの塔頂からのリターン液量で、単位はキログラム/時です。 D－単位時間あたりの塔頂採取量、キログラム/時。 10、最小リターン比とは何ですか？ 答：規定された分離精度の要件、つまり塔頂および塔底から採取される組成が一定である場合、リフラックス比を徐々に減少させると、いわゆる理論段数は徐々に増加する。返流比がある値に減少すると、必要な理論段数は無限大に増加する。この返流比の値が、その分離作業を達成するための最小返流比となる。通常の運転時の実際のリフラックス比は、最小リフラックス比の1.3～2倍とする。 11、全リターンとは何ですか？ 答：精留操作において、塔への投入を停止し、塔底からの排出物と塔頂からの排出物を止め、塔頂の凝縮液をすべてリフラックス液として使用する操作を、全リフラックスと呼びます。全還流操作は、主に蒸留塔の運転開始時、または生産が不安定な際の蒸留塔の自己循環操作で用いられる。 12、最適な還流比はどのようにして決定されるのか？ 答：固定分離要件を持つプロセスにおいて、リフラックス比を減少させると、運転コスト（主に塔底の加熱量と塔頂の冷却量に表れる）は低下するが、必要な塔板数は増加し、塔の投資コストも高くなる；逆に、リターン比を増加させると塔板数を減らすことができるが、運転コストは増加する。したがって、設計時には、特定の経済的条件の下で投資費用と運転費用の合計を最小にするために、最も適したリフラックス比を選択する必要があり、このときのリフラックス比を最適リフラックス比と呼ぶ。最適なリフラックス比は、最小リフラックス比の1.3～2倍とする。 13、精留塔の圧力降下とは何ですか？ 答：いわゆる蒸留塔の圧力降下とは、通常言われる塔底と塔頂の圧力差のことです。板式塔において、塔板の圧力損失は主に3つの要素から構成されており、すなわち乾板による圧力損失、液層による圧力損失、そして液体の表面張力を克服するための圧力損失である。塔底と塔頂の圧力差は、塔内の各塔板における圧力降下の合計値です。 いわゆるドライプレート圧力降下とは、精留塔内を上昇するガス（または蒸気）が液体が存在しない塔板を通過する際に生じる圧力降下のことである；ガスが各塔板上の液層を通過する際に生じる圧力降下を、液層圧力降下と呼ぶ；気体が液体の表面張力を克服することで生じる圧力降下を、液体表面張力による圧力降下と呼ぶ。 固定された塔において、通常運転時には、塔の圧力損失は主に上昇する気体の流速の大きさによって変化し、経験上、塔の圧力損失は気体流速の二乗に比例することが示されている。 14、空塔速度とは何ですか？それは孔速とどのような関係があるのですか？ 答：空塔速度とは、単位時間あたりに精留塔内を上昇する蒸気の体積と塔の断面積との比、すなわち塔内を上昇する蒸気が単位時間に流れる距離のことです。単位は立方メートル/秒。メートル2またはメートル/秒。公式は：W=VsAa ここで W—空塔速度、メートル/秒； Vs—上昇蒸気体積流量、m3/秒； Aa—塔の総断面積、平方メートル。 ∵Aa=0.785D²（Dは塔の内径、単位：メートル） ∴W=Vs/0.785D² 孔速度とは、単位時間あたりに上昇孔を通過する上昇蒸気の体積と孔道の総断面積との比、すなわち上昇ガスが上昇孔を通過する際の流速のことで、単位は立方メートル/秒です。メートル2またはメートル/秒、式：W孔=Vs/AT　ここで：W孔—孔の速度、メートル/秒； AT—上昇気孔道の総断面積、平方メートル。 昇気孔道の総断面積は塔板の開口率によって決まるため、開口率をΦとすると、式は次のようになる：W孔=Vs/0.785D2Φ=W/Φ。空塔速度は蒸留操作において重要な要素の一つである。既に決定されている塔において、許容範囲内で空塔速度を上げることで、塔の生産能力を高めることができる。塔内の流速がある限度を超えると、気液両相は塔板内での接触時間が短くなり、深刻なミストの巻き上げが発生して塔の正常な運転が妨げられる。一般的には、霧状の液滴の混入量が10％以下であることを基準にして塔内速度が決定され、これを最大許容速度と呼びます。 塔内の気体の流速が低すぎると、ガスが孔を通過するのが妨げられ、上層の塔板にある液体を支えきれなくなります。その結果、塔板上の液体が昇気孔を通って下層の塔板へ逆流することがあり、この現象を液体漏れと呼びます。漏れが深刻になると、蒸留塔の分離効果が低下し、特にスクリーンタワー、フロートバルブタワー、タングルタワーで顕著です。 15、塔の開口面積とは何ですか？開口率はどのように決定されますか？ 答：精留塔内では下から上へ向かう蒸気と、上から下へ向かう液体が流れており、それらは各塔板を同時に通過しなければなりません。ガスが塔板の通路を通過する部分を昇気孔道と呼び、昇気孔道の全断面積は各塔板の開口面積に相当する。浮弁塔の開口面積とは、すべての浮弁孔の断面積の合計です。 開口断面積の選定は、生産負荷の大きさと許容される蒸気の速度に基づいて決定されます。一般的に言われる開口率とは、選定された開口面積と空塔の総断面積の比率であり、Φで表されます。すなわち：Φ=AT/Aa×100% ここで、Φは開口率、ATは開口部の総断面積（単位：m²）、Aaは空塔の総断面積（単位：m²）です。時には、塔内の各板や各セクションで異なるガス負荷に対応させるため、設計時に異なる開口率を選択することもあります。開孔率が異なると、その物質移動効率も異なる。また、開口率はタワーの処理能力にも大きな影響を与えます。同じタワー径では、処理能力は開口率の増加に伴ってそれに応じて向上する；同じ処理能力の場合、開口率が高くなると塔の直径を小さくできるため、開口率は設計における重要な指標の一つです。 16、液泛とは何ですか？ 答：精留操作において、下層の塔板にある液体が上層の塔板へと溢れ出し、塔の正常な運転を妨げる現象を液泛と呼びます。 液泛が発生する原因は、主に塔内を上昇する蒸気の速度が過大となり、許容される最大速度を超えてしまうことにある。また、蒸留操作においても、液体負荷が過大となり、オーバーフロー管内の液面が上昇して上下の塔板の液体がつながってしまい、塔の正常な運転が妨げられる現象がよく見られます。これも液泛の一種です。上記の2つの現象はいずれも液泛に属しますが、引き起こされる原因は異なります。 17、霧沫の巻き上げとは何ですか？ 答：霧沫の巻き上げとは、気体が下層の塔板から上層の塔板へと運ぶ液体の霧滴のことです。物質移動の過程において、大量の霧状液滴が混入すると、塔の頂部まで行くべきでない重合成分が製品中に混入し、その結果製品の品質が低下する。同時に物質移動過程における濃度差も小さくなり、塔板効率も低下する。与えられた塔において、許容される最大の霧沫の巻き上げ量がガスの上昇速度を決定する。 霧状液滴の同伴量に影響を与える要因は多く、塔板間隔、空塔速度、堰の高さ、液流速度、および物質の物理化学的性質などがある。同時に指摘しておかなければならないのは、霧沫の巻き込み量は捕集装置の構造とも大きく関係しているということです。霧状液滴の同伴量に影響を与える要因は多いが、最も重要な要因は塔内の流速と2つの塔板間の気液分離空間である。固定タワーの場合、霧沫の巻き上げ量は主に空塔速度が増加するにつれて増大する。しかし、塔板間の距離を広げて分離空間を大きくすると、それに応じて空塔速度が上昇する。 18、液体漏れとは何ですか？ 答：塔板上の液体が上昇するガス通路から下層の塔板に逆流する現象を漏れと呼びます。蒸留操作において、上昇する気体が持つエネルギーが塔板上の液層を通過するのに不十分で、液層が持つ位置エネルギーよりも低い場合、液体を支えきれずに漏れ出すことになる。 空塔速度が低いほど、漏れは深刻になる。その結果、一部の液体が塔板上で上昇する気体と接触することなく下層の塔板へ流れ込み、液体中に留まるべきではない低沸点成分が蒸発せず、塔板効率が低下する。したがって、塔板が適切に機能するための最低空塔速度は液漏れ量によって制限され、通常運転時には塔板からの漏れ量が塔板上の液体量の10％を超えてはならない。漏れ量の大きさも、塔板性能を評価する特性の一つである。篩板、浮閥塔板、舌形塔板は、塔内の上昇気体速度が小さい場合に漏れが生じやすい。 19、オペレーション・エラスティシティとは何ですか？ 答：操作弾性とは、上昇するガス速度の最小許容値（負荷下限）から最大許容値（負荷上限）までの範囲を指します。上昇ガス速度がこの範囲で変動しても、精留塔は一定の分離効果を維持しながら正常に運転することができる。 前述の通り、蒸留塔の負荷上限は、上昇する蒸気に含まれる霧状物質の量が蒸気流量の10％を超えないこととして定められている；負荷下限は、塔板上の液体の漏出量が液体流量の10％を超えないことを制限とする。 一般的に、フロートバルブ塔の操作範囲が最も広く、いくつかの実験によると負荷の上限値と下限値の比は7～9程度に達することがある。泡罩塔がそれに次ぎ、篩板塔が最も小さい。注意すべき点は、上昇気体の速度が変化すると塔板効率も変わり、それによって分離効果に変化が生じることである。 20、リバーミキシングとは何ですか？ 答：降液管付きの塔板では、液体が塔板を横切って気体と乱流状態で接触し、液体中の揮発性成分の濃度は流れの方向に沿って徐々に低下する。しかし、上昇する気体が塔板内で液体として渦を形成すると、濃度の高い液体と濃度の低い液体が混ざり合い、流れ方向に沿った液体の濃度勾配が崩れてしまう。この現象は逆混合現象と呼ばれる。逆混合現象は分離効果の低下を引き起こす。 逆混合現象の発生は、滞留時間、液体の流動状況、流路の長さ、塔板の水平度、水力勾配など、多くの要因に影響される。 21、物質収支とは何か？蒸留操作における物質収支の意義は何か？ 答：物質収支とは、質量保存則および変換保存則を化学工学に応用したものである。どのような生産プロセスにおいても、重量ベースで見た場合、物質の変換量は製品の生成量と物質の損失量の合計となるべきである。 物質収支によって、原料が製品に変換される状況や損失量の大きさを把握し、改善策を探ることができます。物質収支は、プロセス全体やその特定の段階にも同様に適用される；プロセスに関与する全ての物質を計算することも、任意の成分を計算することもできる。 運転中に常に精留塔の物質収支状況を把握することは、オペレーターにとって最も基本的で不可欠な要求事項です。物質収支がうまく管理できていない場合、一つは投入量が多く、回収量が少ないことです；もう一つは、投入量が少なく、採取量が多いものです。どちらの場合も正常な操作ではなく、製品の品質と量に影響を与えます。 したがって、蒸留塔を最適な状態で運転し、製品の品質と量を向上させ、エネルギー消費を削減し、加工ロスを減らすために、実際の運用においては定期的に物質収支を計算し、運転を調整する必要がある。 22、最適な供給板の位置とは何か？ 答：最適な供給板の位置とは、同じ理論段数および同一の運転条件のもとで、最大の分離能力を持つ供給板の位置、または同じ運転条件において必要な理論段数が最も少ない供給板の位置のことである。 化学工業において、ほとんどの蒸留塔には2つ以上の供給板が設けられており、供給板の位置は供給成分の変化に基づいて調整される。供給成分中の軽いキーフラクションの比率が通常の運転時よりも低い場合は、精留段の板数を増やすために供給板の位置を下げ、それによって精留段の分離能力を向上させるべきである。逆に、フィードプレートの位置を上に移動させると、抽出段のプレート数を増やし、抽出段の分離能力を高めることになる。 要するに、供給板における供給成分中の軽キープロパントの含有量は、精留段の最下段の塔板における軽キープロパントの含有量よりも小さく、かつ抽出段の最上段の塔板における軽成分の含有量よりも大きくなければならない。これにより、供給後も塔内の各層の塔板上の物質組成が崩れることがなく、安定した運転が維持される。 23、塔板効率とは何ですか？ 答：蒸留塔の実際の運転において、物質移動時間や物質移動接触面積の制限により、気液平衡状態には達することができない。つまり、塔板上の蒸気中に含まれる低沸点成分の濃度は、液相と平衡に達したときの蒸気中の低沸点成分の濃度よりも低くなるため、1枚の実際の塔板の機能は、1枚の理論塔板の機能には及ばないのである。この概念に基づき、塔板効率は理論段数と実際の段数の比として表すことができる。 塔板効率に影響を与える要因は主に：（1）気相と液相の交換の速さ；（2）塔板上の気液相の混合度；（3）上昇蒸気が上層の塔板に持ち込む液体霧滴の量と、塔板からの液体の漏れ量。 上記の3つの要因は、塔板の設計や配置、操作条件、および処理される物質の物理的性質などによっても影響を受ける。塔板の設計および配置には、塔板の幾何寸法、塔板間隔、オーバーフロー堰の高さ、開口率、通気孔の配列などが含まれる。操作条件には、昇華蒸気の速度、塔板上での液体の滞留時間、温度や圧力などが含まれる。取り扱う物質の物理的性質には、相対揮発度、蒸気および液体の粘度と比重、拡散係数、表面張力などがある。付け加えて言うと、材料の物理的性質は塔内の操作温度や圧力によって変化する。 製造過程において、塔板の形式を選定する際、塔板は以下の要件を満たす必要がある。（1）板効率が高い；（2）生産能力が大きく、許容される気液相負荷がともに高いため、サイズの小さい塔でもより大きな生産任務を遂行できる；（3）操作が安定しており、操作性に優れる；（4）経済的で耐久性があり、鋼材の消費量が少ない；（5）操作やメンテナンスが容易。 24、充填剤の等価高さとは何ですか？ 答：充填剤の等価高さは、充填剤の等板高さとも呼ばれます。1層の理論塔板による分離度に必要な充填材の高さに相当し、1層の理論塔板の機能に相当する充填材の高さとしても説明できる。 25、充填材のスプレー密度とは何ですか？ 答：充填材のスプレー密度は、液体の質量速度とも呼ばれます。1時間あたり、1平方メートルのタワー断面に噴霧される液体の質量キログラム数。 26、充填層の保持液量とは何ですか？ 答：充填層を運転する際に、充填材の隙間や表面に蓄積される液量を保持液量といい、その表し方は（m3の液体/m3の塔容積）です。保持液量は2つの部分に分けられる：（1）静止保持液量：充填塔が液体の噴霧を停止し、滴り落ちるのを止めた後に塔内に残る液量を静止保持液量という。純保持量は充填剤の特性と液体の性質のみに依存し、液体の噴霧量とは無関係である。 （2）動持量：充填塔が液体の噴霧を停止した後に排出される液体量を動持量という。動持量は、充填剤や液体の特性に関連するだけでなく、液体のスプレー密度にも関係しているが、キャリングポイント以下では気速とは無関係である。静持量と動持量の合計が、総持液量です。 27、充填塔とは何ですか？長所と短所は何ですか？ 答：充填塔とは、塔内に一定の高さの充填材を設置した、気液が連続的に接触する伝質装置です。塔内の上昇する蒸気は、充填材の孔隙を通って下から上へと流動する；塔の頂部に残った液体は、充填材の表面を伝って上から下へと流れる。気液二相間の物質と熱の伝達は、充填材表面に形成される薄い液膜を介して行われる。 充填塔の大きな利点は、流体の流動抵抗が小さく、構造がシンプルで、使用する鋼材の量が少なくコストが低いこと、設置やメンテナンスが容易であり、充填材を耐腐食性のある材料で作成しやすいことです。 28、充填剤を使用する際の要件は何ですか？ 答：まず、充填材と塔壁との間の隙間は、充填層の中央部の隙間よりも大きいため、液体が塔壁に向かって流れやすくなり、物質移動効率に影響を与えます。これは一般的に側壁効果と呼ばれます。かつては、充填材の直径が大きいほど、側壁効果が深刻になると考えられていた。一般的な充填塔では、塔の直径Dと充填材の直径dの比率が10:1以上であることが求められる。高いタワーの場合、側壁効果がより深刻になるため、この問題を解決するために分割して充填したり、液体を再分配したりする方法がよく用いられる。一般的に、充填材の充填高さHと充填塔の直径との比率が2～6であるのが適切である。 次に、充填剤の並べ方にも要件があります。D/dが8を超える場合、充填材は整然と配置するのが望ましい。充填材が乱雑に積まれている場合は、まず装置内に水を入れ、その後で充填材を水の中に入れます。これは、破損して詰まりが発生するのを防ぐためです。充填材を入れ終えたら、水を抜きます。 第三に、充填塔を停止した後は、充填材の損傷や汚染状況を確認し、洗浄または交換を決定する必要があります。 29、フロートタブレットの構造はどのようなものですか？どのように動作するのですか？ 答：フローバルブ塔は、我が国でここ10余年にわたり広く使用されている新型の工業用物質移動装置です。現在、それは石油化学業界で広く利用されており、満足のいく成果を上げています。 浮弁塔の構造は比較的シンプルで、主な構成要素は受液盤、降液管、溢流堰、浮弁、および塔板です。 30、フロートタブレットにはどのような長所と短所がありますか？ 答：フロートタブレットの性能は、ボールジェットタブレットとポーラスタブレットの長所を兼ね備え、それらの短所を改善しています。プレートタイプの泡塔は、歯の隙間幅が固定されているため、蒸気負荷の変動に対する適応性が低い。気速が低いと気液の接触が悪く、気速が高いと蒸気によって液体が吹き飛ばされやすくなる。多孔塔板は構造がシンプルで処理能力が高いが、操作の柔軟性は比較的低く、浮子弁塔の場合、弁片の開度は蒸気速度に応じて変化する。低い気流速度の場合、バルブプレートは重力によって自動的に落下し、漏れを減少させる。したがって、フロートタワーは効率が高く、操作の柔軟性に優れ、供給量の変動によく対応できる。実験によると、その最大負荷と最小負荷の比率は7～9程度に達することが示されている。フロートタワーは構造がシンプルで、自由断面積が大きく、コストはバブルタワーより12～15％低減し、処理能力はバブルタワーより約20～40％向上する。フロートタブレットでは蒸気が水平に液層に吹き込まれるため、気液のかき混ぜが良好で、ミストの巻き上げが少なく、接触時間が長くなり、物質移動効率が高くなる。その効率はバブルタブレットよりも15％高い。 フロートタブレットの主な欠点は、蒸気が上昇する蒸気孔の周囲から噴出し、依然として液体が逆方向に混合されるため、物質移動効率が低下することである。また、バルブプレートは詰まったり、錆びたり、くっついたりして、開閉に影響を与えます。 31、塔の高さと直径は、生産量と品質にどのような影響を与えますか？ 答え：塔の直径は主に生産能力に影響を与え、塔の高さは主に製品の純度に影響を与えます。 タワーの直径と生産能力の関係は、次の式で表すことができる。 D=（v/0.785w）1/2　ここで、Dは塔の直径で、単位はメートルです； v----塔内の蒸気の体積流量、m³/秒 w----空塔流速、m/秒。 あるタワーにおいては、空タワー時の流速には一定の制限がある。一定の塔内速度において、塔内の蒸気の体積流量が大きくなるほど、必要となる塔の直径も大きくなる；同様に、塔の直径が大きいほど、塔内で許容される蒸気負荷も大きくなり、つまり生産能力も高くなるため、塔の直径は生産能力に影響を与える主要な要因となる。 塔の高さは、板効率と板間隔が決まると、実際の塔板数によって決定される。そして、実際の塔板数は最小理論塔板数によって決定される。最小理論段数が多ければ多いほど、実際の段数も多くなる。 塔の直径と高さが生産に与える影響は弁証法的であり、切り離すことはできない。例えば、塔の高さを増やすとリフラックス比が減少し、それによって生産能力が向上する；また、塔の直径を大きくすることでリフラックス比を高め、塔の高さを低減することができる。 32、蒸留操作の影響要因にはどのようなものがありますか？ 答：装置の問題以外に、蒸留操作過程の影響要因は主に以下のようなものがあります：塔の温度と圧力（塔頂、塔底、および特別な意味を持つ一部の塔板を含む）；給料状態；給料量；給料組成；給料温度；塔内の蒸気上昇速度と蒸発缶の加熱量；戻り流量；タワー頂部の冷却剤量；塔頂の採出量と塔底の採出量。塔の操作とは、塔頂および塔底の製品組成の要求に従って、これらの影響因子を調整することです。 33、精留塔の操作圧力の変化は精留操作にどのような影響を与えるか？ 答：塔の設計と操作はいずれも一定の圧力の下で行われるため、一般的な精留塔では常にまず圧力を一定に保つ必要がある。塔圧の変動は、塔の操作に以下のような影響を与えます。 （1）製品品質および物質収支に与える影響　操作圧力を変更すると、各段における気液平衡の組成が変化する。圧力が上昇すると、気相中の重質成分が減少し、それに伴って気相中の軽質成分の濃度が高くなる；液相中の軽成分の含有量が増加すると、同時に気液相の重量比も変化し、液相の量が増えて気相の量が減少する。全体としての結果は、塔頂留分中の軽質成分の濃度は上昇するが、その量は相対的に減少する；釜液内の軽成分濃度が上昇し、釜液量が増加する。同様に、圧力が低下すると塔頂留分の量が増加し、軽成分の濃度が低下する；釜内の液量が減少し、軽成分の濃度も低下する。通常の運転では一定の圧力を維持すべきですが、運転が正常でなくて塔頂製品中の重質成分濃度が上昇した場合は、運転圧力を適切に上げることで製品品質を合格水準に保つことができます。ただし、この場合液相中の軽質成分の損失が増加します。 （2）成分間の相対揮発度　圧力が上昇すると、成分間の相対揮発度は低下し、分離効率も低下する。その逆もまた真である。 （3）塔の生産能力の変化　圧力が上昇し、成分の比重が大きくなることで、塔の処理能力が向上する。 （4）タワー圧の変動 これにより、温度と組成の対応関係が乱れる。私たちは作業において、製品の品質を測る間接的な基準として頻繁に温度を用いますが、これは塔圧が一定である場合にのみ正しいのです。塔圧が変化すると、混合物の露点や泡点が変わり、タワー全体の温度分布が変化します。その結果、温度と製品品質の関係も変わってしまいます。 以上の分析から、操作圧力を変更すると塔全体の動作状態が変わるため、通常の運転では一定の圧力を維持すべきであり、塔の正常な運転が妨げられた場合のみ、上記の分析に基づき、工程指標が許容する範囲内で塔の圧力を適切に調整することができる。 指摘しておくべきは、蒸留操作の過程において、供給量、供給組成、供給温度の変化、塔底での加熱用蒸気量の変化、戻し流量、戻し温度、塔頂での冷却剤量の変化、そして塔板の目詰まりなどが、塔内圧力の変動を引き起こす可能性があるということです。このような場合、まず塔内圧力の変動の原因を分析し、迅速に対処して操作を正常に戻す必要があります。 34、供給状態は精留操作にどのような影響を与えるか？ 答：供給状況には5種類ある（1）冷却供給；（2）泡点給料；（3）気液混合給料；（4）飽和蒸気供給；（5）過熱蒸気の供給。分析を容易にするため、1キログラム分子の供給液体が飽和蒸気になるのに必要な熱量をδとし、これを1キログラム分子の供給物の気化潜熱とする。上式からわかるように、冷却された状態での供給ではδ>1、泡点での供給ではδ=1、気液混合状態での供給では0となる