Методы регулировки давления в башне

Регулярно приводите в порядок рабочий стол и книжные полки — хорошее настроение поможет добиться большего результата при меньших усилиях.

Основы процесса дистилляции 1. Что такое фазы и равновесие фаз: Ответ: Фазой называется однородная часть системы, обладающая одинаковыми физическими и химическими свойствами. Между разными фазами обычно существует граница раздела, которая отделяет их друг от друга. Количество фаз в системе не зависит от количества вещества. Когда вода смешивается с льдом, вода находится в жидкой фазе, а лед — в твердой. В обычных условиях в ректификационной колонне субстанция находится в виде газо-жидкостной двухфазной смеси. При определенной температуре и давлении, если в системе веществ существует две или более фаз, а относительное количество вещества в каждой фазе, а также концентрация компонентов вещества в различных фазах не изменяются со временем, мы говорим, что система находится в состоянии равновесия. В состоянии равновесия вещество по-прежнему находится в непрерывном движении, однако количество различных фаз и концентрации компонентов в них не изменяются со временем. При изменении условий устанавливается новое фазовое равновесие. Следовательно, фазовое равновесие является динамичным и относительным, а не статичным и абсолютным. Например, в системе дистилляции при соприкосновении газа с высокой температурой и жидкости с низкой температурой на пластинах дистилляционной колонны происходит передача тепла и массы. В результате часть газа конденсируется, а концентрация компонентов с высокой температурой кипения в образовавшейся жидкой фазе постоянно увеличивается. Часть жидкости на пластине испаряется, в результате чего концентрация компонентов с низкой температурой кипения в газовой фазе постоянно возрастает. Однако процессы передачи тепла и вещества не являются бесконечными. Когда газовая и жидкая фазы достигают равновесия, состав компонентов в каждой из фаз больше не меняется со временем. 2. Что такое давление насыщенного пара? Ответ: Под давлением насыщенного пара понимается давление пара, находящегося в равновесии с жидкой (или твердой) фазой того же вещества при определенной температуре. Это давление увеличивается по мере повышения температуры. Как известно, вода в стакане постепенно уменьшается из-за непрерывного испарения. Если поместить чистую воду в закрытый контейнер и удалить воздух из его верхней части, то по мере постоянного испарения воды давление газообразной фазы над поверхностью воды, то есть давление пара воды, постепенно увеличивается. Однако при постоянной температуре давление в газовой фазе будет стабилизироваться на определенном значении; это давление называется насыщенным паровым давлением воды при данной температуре. Следует отметить, что когда значение давления в газофазе совпадает с значением насыщенного парового давления, молекулы воды в жидкой фазе продолжают испаряться, а молекулы воды в газофазе — конденсироваться в жидкость. Однако поскольку скорость испарения воды равна скорости её конденсации, количество жидкости не уменьшается, а количество газа — не увеличивается. Таким образом, газ и жидкость находятся в состоянии равновесия. Следовательно, когда давление пара чистого жидкого вещества соответствует его насыщенному давлению пара, между газообразной и жидкой фазами достигается фазовое равновесие. 3. Что такое дистилляция и в чем заключается её принцип? Ответ: Процесс, при котором жидкая смесь несколько раз частично испаряется, а образующийся пар несколько раз частично конденсируется, что позволяет разделить смесь на требуемые компоненты, называется дистилляцией. Почему при многократной частичной испарении и одновременно многократной частичной конденсации жидкой смеси можно получить чистые или относительно чистые компоненты? При процессах испарения и конденсации, учитывая различие температур кипения компонентов, входящих в жидкую смесь, при частичной испарении при определенной температуре компоненты с низкой температурой кипения легче превращаются в газообразное состояние. Поэтому их концентрация в газовой фазе выше, чем в жидкой фазе. Напротив, концентрация компонентов с высокой температурой кипения в жидкой фазе выше, чем в газовой фазе. Это изменяет состав газо-жидкостной двухфазной смеси. При частичном конденсировании пара, образовавшегося в результате частичной испарения, вещества с высокой температурой кипения легче подвергаются конденсации. Поэтому в конденсате концентрация веществ с высокой температурой кипения выше, чем в газовой фазе. В то же время в газе, оставшемся после конденсации, концентрация веществ с низкой температурой кипения выше, чем в конденсате. Таким образом, благодаря частичной испарации и частичному конденсированию смесь подвергается первоначальной сепарации за счёт изменения концентрации её компонентов. Если продолжать поступать таким образом неоднократно, в конечном итоге в жидкой фазе останутся в основном компоненты с высокой температурой кипения, а в газообразной фазе — компоненты с низкой температурой кипения. Отсюда видно, что одновременное многократное частичное испарение и многократное частичное конденсирование позволяют разделить смесь на чистые или относительно чистые компоненты. Газификация жидкости требует поглощения тепла, а конденсация газа — выделения тепла. Для рационального использования тепла мы можем использовать тепло, выделяющееся при конденсации газа, для испарения жидкости, то есть обеспечивая прямой контакт между газо- и жидкостной фазами, что позволяет одновременно происходить и передача тепла, и перенос вещества. Для удовлетворения этого требования на практике процесс многократной частичной вспышки парообразования, сопровождающийся многократным частичным конденсацией, осуществляется в пластинчатом оборудовании с обратным потоком. Так называемый обратный поток — это газ с более высокой температурой, образующийся при нагревании жидкости, который движется сверху вниз в противоположном направлении к жидкости с более низкой температурой (богатой компонентами с низкой температурой кипения), образующейся в верхней части колонны в результате конденсации. Процессы тепло- и массообмена, происходящие внутри башни, выглядят следующим образом: 1) между газовой и жидкой фазами происходит обмен теплом; тепло, получаемое в результате частичной парообразования, используется для нагрева части жидкой смеси, образующейся в результате частичного конденсации ； 2) При теплообмене происходит также обмен веществом между газовой и жидкой фазами. Смесь жидкостей с низкой температурой нагревается смесью газов с высокой температурой, в результате чего часть из неё испаряется. В этот момент, из-за различий в способности к испарению (вещества с низкой температурой кипения имеют более высокую способность к испарению, чем вещества с высокой температурой кипения), вещества с низкой температурой кипения испаряются в большем количестве, чем вещества с высокой температурой кипения. В результате компоненты с низкой температурой кипения переходят из жидкой фазы в газообразную; в газовой фазе концентрация легко испаряющихся компонентов увеличивается ； Аналогичным образом, газовая смесь с более высокой температурой частично конденсируется под действием нагревания жидкой смеси с более низкой температурой; также вследствие различий в летучести компоненты с высокой температурой кипения переходят из газовой фазы в жидкую, при этом в жидкой фазе концентрируются малолетучие компоненты. Ректификационная колонна состоит из нескольких тарелок; верхняя часть колонны называется головкой, а нижняя часть — кубом. На одной тарелке в колонне происходит лишь один акт частичного испарения и частичной конденсации. Чем больше тарелок, тем больше таких актов, и тем лучше эффект разделения. В ходе всего процесса дистилляции в верхней части колонны получается высокочистый летучий компонент, тогда как в нижней части колонны остается в основном нелетучий компонент. 4. Что такое точка росы? Ответ: Смесь газов охлаждают при постоянном давлении. Когда температура снижается до определенного уровня, образуются первые крошечные капли жидкости. Эта температура называется температурой росы данной смеси при заданном давлении; ее также просто называют температурой росы. Газ, находящийся при температуре росы, называется насыщенным газом. Температура газа, выходящего с верхней части колонны для дистилляции, соответствует температуре росы. Следует отметить, что первая дикия фаза не является чистым компонентом; это жидкая фаза, находящаяся в равновесии с газовой фазой при температуре точки росы, а её состав определяется законами равновесия фаз. Отсюда следует, что у газовых смесей с разным составом различается температура росы в колонне. 5. Что такое точка пузыря? Ответ: Температура, при которой при нагревании смеси жидкостей до определенной температуры под определенным давлением появляются первые крошечные пузырьки, то есть в момент начала кипения, называется температурой точки кипения этой жидкости при данном давлении; ее также просто называют точкой кипения. Жидкость, находящаяся при температуре кипения, называется насыщенной жидкостью, то есть температурой содержимого резервуара в колонне для дистилляции. Следует отметить, что и эта первая, очень маленькая пузырька не является чистым веществом; её состав также определяется законами равновесия фаз. 6. Что такое температура кипения? Ответ: Когда давление насыщенного пара чистой жидкости равно внешнему давлению, жидкость начинает кипеть. Температура в этот момент называется температурой кипения данной жидкости при указанном давлении. Температура кипения чистого вещества изменяется в зависимости от внешнего давления. При увеличении внешнего давления температура кипения повышается, а при его снижении — понижается. Для чистого вещества при определенном давлении точки испарения, точка росы и температура кипения имеют одинаковое значение. 7 Что такое скрытая теплота? Ответ: Масса чистого вещества на единицу веса при фазовом переходе (когда происходит изменение фазы вещества без химических реакций; такое явление называется фазовым переходом). Процессы, такие как превращение воды в лед или испарение воды в водяной пар, называются фазовыми переходами. Тепло, поглощаемое или выделяемое в процессе, называется скрытой теплотой. Тепло, поглощаемое 1 килограммом воды при переходе из жидкого состояния в парообразное, называется потенциальной теплотой испарения воды. Обычно её измеряют в килокалориях на килограмм. Следует отметить, что при фазовом переходе температура и давление остаются неизменными; в противном случае это нельзя назвать скрытой теплотой. Поэтому, говоря о значении потенциальной теплоты, необходимо указывать, при какой температуре и давлении происходит соответствующий процесс фазового перехода. Например, при давлении 760 мм ртутного столба и температуре 100 градусов Цельсия 1 кг воды испаряется, причем потенциальная теплота испарения составляет 539,6 ккал. Напротив, при этих условиях тепло, выделяющееся в результате конденсации водяного пара, называется потенциальной теплотой конденсации; его значение совпадает с вышеуказанным. Потенциальная теплота смеси может быть измерена или рассчитана; её значение зависит не только от свойств компонентов, но и от их содержания, поэтому оно не является постоянным. 8. Что такое явная теплота? Ответ: Тепло, которое поглощается или выделяется чистым веществом при изменении температуры без происхождения фазовых преобразований и химических реакций, называется явной теплотой. 9. Что такое коэффициент обратного потока? Ответ: В процессе дистилляции пар, образующийся при нагревании смеси, выходит из верхней части колонны и попадает в конденсатор, расположенный над колонной. Здесь пар конденсируется (или частично конденсируется) в жидкость; часть этой конденсированной жидкости возвращается к вершине колонны и стекает вниз по ребрам перегородок. Эту часть жидкости называют обратным потоком ； Другая часть конденсата (или неконденсированного пара) отбирается с верхней части колонны в качестве продукта. Коэффициент рециркуляции — это соотношение массы рециркулируемой жидкости к массе извлекаемой жидкости; обычно он обозначается буквой R, то есть R = L/D. Здесь R — коэффициент рециркуляции; L — количество рециркулируемой жидкости на вершине колонны в единицу времени, измеряемое в кг/час. D — объем добычи с верхней части колонны в единицу времени, кг/ч. 10. Что такое минимальное соотношение обратного потока? Ответ: При соблюдении установленных требований к точности разделения, то есть при постоянном составе продуктов, получаемых на верхней и нижней частях колонны, постепенно снижается коэффициент обратного потока. В этом случае так называемое количество теоретических пластин постепенно увеличивается. Когда коэффициент рециркуляции снижается до определенного значения, необходимое количество теоретических пластин увеличивается до бесконечности. Это значение коэффициента рециркуляции является минимальным значением, необходимым для выполнения поставленной задачи на разделение. В обычных условиях эксплуатации фактическое соотношение рефлюкса принимается в размере 1,3–2 раза больше минимального значения. 11. Что такое полный обратный поток? Ответ: В процессе дистилляции операция, при которой прекращается подача сырья в колонну, а также отбор продукта из нижней и верхней частей колонны; при этом весь конденсат, образующийся на верхней части колонны, используется в качестве рефлюкса, называется полным рефлюксом. Режим полного обратного потока в основном применяется на начальном этапе пуска дистилляционной колонны или при самоциркуляции в колонне в случае нарушения нормального производственного процесса. 12. Как определяется наиболее подходящее значение коэффициента обратной связи? Ответ: Для процессов с жесткими требованиями к степени разделения при уменьшении коэффициента обратного потока эксплуатационные расходы (проявляющиеся в основном в виде затрат на нагрев куба колонны и охлаждение ее верхней части) снижаются, однако требуемое количество тарелок увеличивается, а капитальные затраты на строительство колонны возрастают ； Напротив, при увеличении коэффициента обратного потока можно сократить количество ступеней колонны, но это увеличивает эксплуатационные расходы. Поэтому при проектировании необходимо выбрать наиболее подходящий коэффициент обратного потока, чтобы сумма затрат на инвестиции и затрат на ежедневную эксплуатацию была минимальной в определенных экономических условиях. Такой коэффициент обратного потока называется наиболее подходящим коэффициентом обратного потока. Оптимальное значение коэффициента обратного потока составляет 1,3–2 раза больше минимального коэффициента обратного потока. 13. Что такое падение давления в ректификационной колонне? Ответ: Под падением давления в ректификационной колонне подразумевается разница давлений между нижней и верхней частями колонны. Для тарельчатых колонн перепад давления на тарелках в основном состоит из трех компонентов: перепада давления на сухой тарелке, перепада давления из-за слоя жидкости и перепада давления, необходимого для преодоления поверхностного натяжения жидкости. Разница давлений между нижней частью колонны и её верхней частью представляет собой сумму падений давления на каждом уровне колонны. Так называемое падение давления на сухой тарелке — это падение давления, возникающее при прохождении восходящего газа (или пара) через тарелку в колонне для ректификации, на которой отсутствует жидкость ； Падение давления, возникающее при прохождении газа через слой жидкости на каждом уровне колонны, называется падением давления в слое жидкости ； Падение давления, возникающее из-за того, что газ преодолевает поверхностное натяжение жидкости, называется падением давления под действием поверхностного натяжения жидкости. Для фиксированной колонны в нормальных условиях работы падение давления в колонне в основном изменяется в зависимости от скорости потока газа. Опыт показывает, что падение давления пропорционально квадрату скорости потока газа. 14. Что такое скорость пустой башни? Какая связь между ним и скоростью отверстия? Ответ: Скорость подъема пара в колонне — это отношение объема пара, поднимающегося в колонне дистилляции за единицу времени, к площади поперечного сечения колонны; иными словами, это расстояние, которое проходит поднимающийся в колонне пар за единицу времени. Единица измерения — кубические метры в секунду. метры² или метры/секунду. Формула: W=VsAa, где W — скорость в пустой колонне, м/с ； Vs — объемный расход пара при подъеме, м³/сек ； Aa — общая площадь поперечного сечения башни, м². ∵Aa=0,785D2 (D — внутренний диаметр башни, м) ∴ W=Vs/0,785D2. Скорость потока означает отношение объема пара, проходящего через отверстия для подъема газа за единицу времени, к общей площади поперечного сечения этих отверстий; другими словами, это скорость движения газа через отверстия для подъема газа, измеряемая в м³/секунду. м/с или метры в секунду, формула: W_отверстие = Vs/AT, где: W_отверстие — скорость отверстия, метры в секунду ； AT — общая площадь поверхности стомат, м2. Поскольку общая площадь отверстий в каналах для подъема газа определяется степенью заполнения ячеек трапа, если обозначить эту степень как Φ, то формула будет выглядеть так: W_отверстий = Vs/0,785·D²·Φ = W/Φ. Скорость потока газа в пустом трапе является одним из важных факторов, влияющих на процесс дистилляции. Для уже существующей колонны повышение скорости потока газа внутри нее в пределах допустимых значений позволяет увеличить ее производственную мощность. Когда скорость потока газа в колонне достигает определенного уровня, у фаз газа и жидкости на пластинах колонны возникает слишком короткий временной интервал контакта; кроме того, происходит серьезное заражение газа каплями жидкости, что нарушает нормальную работу колонны. Обычно скорость воздуха в пустой колонне определяется таким образом, чтобы содержание пены не превышало 10%, и это значение называется максимально допустимой скоростью. Когда скорость потока газа в колонне слишком низка, это мешает прохождению газа через отверстия. Кроме того, не удается удерживать жидкость на верхних рядах пластин колонны; жидкость может оттекать обратно на нижние ряды пластин через отверстия для подъема газа. Это явление называется утечкой жидкости. При сильных утечках снижается эффективность разделения в ректификационных колоннах, особенно в колоннах с ситовыми пластинами, колоннах с плавающими клапанами и язычковых колоннах. 15. Что такое площадь отверстий в колонне? Как определяется коэффициент отверстий? Ответ: В ректификационной колонне движутся пары снизу вверх и жидкость сверху вниз; при этом они должны проходить через каждый уровень колонны одновременно. Проходы для газа через пластины колонны называются каналами подъема газа; общая площадь этих каналов равна площади отверстий на каждой пластине колонны. Площадь отверстий в колонне с плавающими клапанами — это сумма площадей всех сечений отверстий клапанов. Выбор площади поперечного сечения отверстия определяется в зависимости от интенсивности производственной нагрузки и допустимой скорости пара. Под коэффициентом пористости обычно понимается отношение площади отверстий к общей площади поверхности башни; это значение обозначается символом Φ. Формула выглядит следующим образом: Φ = AT/Aa × 100%. Здесь Φ – коэффициент пористости; AT – общая площадь отверстий, измеряемая в м²; Aa – общая площадь поверхности башни, также измеряемая в м². Иногда, чтобы учесть различные нагрузки газа на разные элементы башни, при проектировании может использоваться разный коэффициент пористости. При разной степени пористости эффективность массопередачи также различается. Кроме того, коэффициент отверстий также оказывает значительное влияние на пропускную способность башни. При одинаковом диаметре башни пропускная способность увеличивается по мере роста коэффициента отверстий ； При одинаковой производительности увеличение степени пористости позволяет уменьшить диаметр колонны; поэтому степень пористости является одним из важных показателей при проектировании. 16. Что такое перелив? Ответ: В процессе дистилляции жидкость с нижних рядов колонны поднимается на верхние ряды, что нарушает нормальную работу колонны. Это явление называется переливом жидкости. Причина возникновения явления перелива заключается в том, что скорость подъема пара в колонне слишком велика и превышает максимально допустимую скорость. Кроме того, при процессе дистилляции часто возникает ситуация, когда нагрузка жидкости слишком велика, из-за чего уровень жидкости в трубе для перелива повышается. В результате жидкость на верхних и нижних решетках соединяется между собой, что нарушает нормальную работу колонны. Это также является одной из форм перелива жидкости. Оба вышеупомянутых явления относятся к феномену перелива, но причины их возникновения различаются. 17. Что такое унос капель жидкости? Ответ: Под захватом тумана понимается перенос капель жидкости из нижних уровней колонны на верхние уровни. В процессе массопередачи большое количество уносимых капель приводит к тому, что тяжелые компоненты, которые не должны попадать на верхнюю часть колонны, попадают в продукт, что снижает его качество. Кроме того, это уменьшает разницу концентраций в процессе массопередачи, в результате чего снижается эффективность работы тарелок колонны. Для данной колонны максимально допустимое содержание уноса капель ограничивает скорость подъема газа. Существует множество факторов, влияющих на количество уносимых капель тумана, таких как расстояние между тарелками, скорость потока в свободном пространстве колонны, высота переливной стенки, скорость потока жидкости, а также физико-химические свойства материала. Кроме того, следует отметить, что количество пены, уносимой с потоком воздуха, также в значительной степени зависит от конструкции устройства для её улавливания. Хотя факторов, влияющих на количество уносимых капель тумана, много, основными из них являются скорость газа в пустой колонне и пространство для разделения газа и жидкости между двумя тарелками. Для неподвижной колонны количество уносимых капель тумана в основном увеличивается с ростом скорости газа в колонне. Однако, если увеличить расстояние между пластинами и тем самым расширить пространство для разделения, то соответственно повысится скорость потока газа через колонку. 18. Что такое утечка жидкости? Ответ: Явление, при котором жидкость на тарелке обратно течет в каналы для восходящего газа на нижележащую тарелку, называется утечкой. При процессе ректификации, если энергия восходящего газа недостаточна для преодоления слоя жидкости на тарелке, а иногда даже меньше потенциальной энергии этого слоя, жидкость не удерживается на месте и происходит её утечка. Чем ниже скорость в пустой колонне, тем сильнее утечка. В результате часть жидкости стекает на нижние уровни колонны, не вступая в контакт с поднимающимся газом. Компоненты с низкой температурой кипения, которые не должны оставаться в жидкости, так и не испаряются, что приводит к снижению эффективности работы колонны. Следовательно, минимальная скорость потока газа в колонне, необходимая для нормальной работы пластин, определяется объемом утечки жидкости. При нормальной работе объем утечки не должен превышать 10% от объема жидкости на пластинах. Размер утечки также является одной из характеристик, определяющих эффективность пластинчатого колонна. Ситовые пластины, пластины с плавающими клапанами и язычковые пластины склонны к утечкам при низкой скорости подъема газа в колонне. 19. Что такое операционная гибкость? Ответ: Эластичность работы означает диапазон от минимально допустимой скорости подъема газа (нижняя граница нагрузки) до максимально допустимой скорости (верхняя граница нагрузки). При изменении скорости подъема газа в этом диапазоне ректификационная колонна может поддерживать нормальную работу при определенной эффективности разделения. Как уже говорилось ранее, верхний предел нагрузки на колонну для дистилляции определяется тем условием, что количество конденсата, присутствующего в паре, не должно превышать 10% от объема потока пара ； Нижний предел нагрузки определяется таким образом, чтобы объем утечки жидкости с пластины колонны не превышал 10% от объема потока жидкости. В общем случае, колонны с плавающими клапанами обладают наибольшей гибкостью в эксплуатации; некоторые исследования показывают, что соотношение между максимальной и минимальной нагрузкой может составлять примерно 7–9. За ними следуют колонны с пенными элементами, а самые меньшую гибкость имеют колонны с ситовыми пластинами. Следует отметить, что при изменении скорости подъема газа меняется эффективность решеток колонны, что приводит к изменению качества разделения. 20. Что такое явление обратного смешивания? Ответ: На тарелках с переливными желобами жидкость течет по тарелке, образуя встречный поток с газом; концентрация летучих компонентов в жидкости постепенно уменьшается в направлении её течения. Однако когда восходящий газ на тарелке заставляет жидкость образовывать вихри, жидкость с высокой концентрацией смешивается с жидкостью с низкой концентрацией, что нарушает изменение концентрации жидкости в направлении её потока. Это явление называется обратным перемешиванием. Явление обратного смешивания может привести к ухудшению эффекта разделения. Возникновение явления обратной смешанности зависит от многих факторов, таких как время пребывания, характер потока жидкости, длина каналов, горизонтальность тарелок, гидравлический градиент и т. д. 21. Что такое материальный баланс? Каково значение материального баланса в процессе ректификации? Ответ: Материальный баланс представляет собой применение закона сохранения массы и энергии в химической технологии. Для любого производственного процесса, в пересчете на вес, количество преобразованного материала должно равняться сумме количества полученной продукции и потерь материала. Путем материального баланса можно определить, как сырье превращается в продукт, а также величину потерь, чтобы найти пути для улучшения процесса. Баланс вещества применим как ко всему процессу, так и к его отдельным этапам ； Можно производить учет всего вещества, участвующего в процессе, а также учет любого отдельного компонента. Для оператора крайне важно постоянно контролировать состояние баланса материалов в ректификационной колонне — это одно из самых основных и необходимых требований. Плохой контроль баланса материалов: либо поступает слишком много сырья, либо извлекается слишком мало ； Другой вариант — малое количество подачи сырья и большой объем добычи. Ни один из этих вариантов не является нормальной процедурой; это влияет на качество и количество продукции. Поэтому, чтобы колонна для дистилляции работала в оптимальных условиях, повысить качество и количество продукта, снизить энергопотребление и уменьшить потери в процессе обработки, на практике необходимо регулярно проводить расчеты масс и корректировать параметры работы. 22. Что такое наиболее подходящее положение плиты подачи? Ответ: Наиболее подходящее положение плиты подачи – это такое положение, при котором при одинаковом количестве теоретических плит и одинаковых условиях эксплуатации достигается максимальная способность к разделению компонентов, или же при тех же условиях требуется наименьшее количество теоретических плит. В химической промышленности в большинстве колонн для дистилляции имеется две и более плиты подачи; положение этих плит регулируется в зависимости от изменений состава сырья, поступающего в колонну. Когда доля легких компонентов в составе сырья ниже, чем при нормальной работе, необходимо опустить положение пластины подачи, чтобы увеличить количество пластин в секции дистилляции и тем самым повысить её способность к разделению компонентов. Напротив, при подъеме положения плиты подачи увеличивается количество плит в секции дистилляции, что способствует повышению ее способности к разделению компонентов. В общем, содержание легких компонентов в сырье, поступающем на плату подачи, должно быть меньше, чем содержание этих же легких компонентов на самой нижней плите ректификационной зоны, но больше, чем содержание легких компонентов на самой верхней плите зоны дистилляции. Это предотвращает нарушение состава материала на различных уровнях колонны после подачи сырья, тем самым обеспечивая стабильную работу. 23. Что такое эффективность пластины? Ответ: В процессе фактической работы ректификационной колонны из-за ограничений, связанных с временем передачи вещества и площадью контакта между газом и жидкостью, невозможно достичь состояния равновесия между газом и жидкостью. Следовательно, концентрация компонентов с низкой температурой кипения в паре, находящемся на пластине колонны, меньше, чем концентрация этих компонентов в паре, находящемся в состоянии равновесия с жидкостью. Поэтому эффективность одной фактической пластины всегда меньше, чем эффективность одной теоретической пластины. Исходя из этой концепции, эффективность пластины может быть выражена как отношение количества теоретических пластин к фактическому количеству пластин. Основными факторами, влияющими на эффективность пластинчатого элемента, являются: (1) скорость обмена между газовой и жидкой фазами ； (2) Степень смешивания газовой и жидкой фаз на панели колонны ； (3) Количество капель жидкости, поднимаемых паром на верхние уровни колонны, и количество жидкости, просачивающейся сквозь решетки колонны. Вышеупомянутые три фактора в свою очередь зависят от конструкции и расположения пластин, условий эксплуатации, а также от физических свойств обрабатываемого материала. Дизайн и расположение пластин включают: геометрические размеры пластин, расстояние между ними, высоту переливного бортика, коэффициент отверстий, расположение отверстий для подачи газа и т. д. Условия эксплуатации включают: скорость подачи пара, время пребывания жидкости на пластине колонны, температуру и давление и т. д. Физические свойства материалов включают: относительную летучесть, вязкость и плотность пара и жидкости, коэффициент диффузии и поверхностное натяжение и т. д. Следует отметить, что физические свойства материала изменяются в зависимости от температуры и давления в реакторе. В процессе производства при выборе типа пластинчатого элемента термической колонны этот элемент должен соответствовать следующим требованиям: (1) высокая эффективность работы ； (2) Большая производственная мощность, то есть допустимые нагрузки по газовой и жидкой фазам довольно высоки, что позволяет колоннам меньших размеров выполнять большие производственные задачи ； （3）Стабильная работа, хорошая гибкость управления ； (4) Экономичен в эксплуатации, требует мало стали ； (5) Удобство в эксплуатации и техническом обслуживании. 24. Что такое эквивалентная высота наполнителя? Ответ: Эквивалентная высота наполнителя также называется высотой эквивалентной пластины наполнителя. Это высота наполнителя, необходимая для достижения степени разделения, эквивалентной одной теоретической пластине; её также можно рассматривать как высоту наполнителя, эквивалентную действию одной теоретической колонны. 25. Что такое плотность распыления наполнителя? Ответ: Плотность распыления наполнителя также называется массовой скоростью жидкости. Количество килограммов жидкости, распыляемой в секунду на квадратный метр поперечного сечения башни. 26. Что такое объем жидкости, удерживаемый в слое наполнителя? Ответ: При работе слоя наполнителя объем жидкости, накапливающейся в пространствах между элементами наполнителя и на его поверхности, называется объемом жидкости, удерживаемого в слое. Единица измерения — (м³ жидкости/м³ объема колонны). Объем жидкости, находящейся в колонне, можно разделить на две части: (1) Постоянный объем жидкости: это объем жидкости, который остается в колонне после прекращения подачи жидкости и отсутствия стекания капель из нее. Чистое количество, удерживаемое, зависит только от свойств наполнителя и характеристик жидкости, а не от объема распыляемой жидкости. (2) Динамическое удержание жидкости: количество жидкости, вытекающее из насадочного колонна после прекращения распыления жидкости, называется динамическим удержанием жидкости. Величина динамического удержания, помимо зависимости от свойств наполнителя и жидкости, также зависит от плотности распыления жидкости; однако при давлениях ниже точки несущей способности она не зависит от скорости газа. Сумма объема жидкости в статическом и динамическом состояниях представляет собой общий объем удерживаемой жидкости. 27. Что такое насадочный колонн? Каковы плюсы и минусы? Ответ: В насадочных колоннах внутри устанавливается насадка определенной высоты; они относятся к аппаратам для массообмена при непрерывном контакте газа и жидкости. Поднимающийся пар внутри башни движется сверху вниз через поры наполнителя ； Жидкость, оставшаяся на вершине колонны, стекает по поверхности наполнителя сверху вниз. Передача вещества и тепла между газовой и жидкой фазами осуществляется посредством образования на поверхности наполнителя тонкой жидкостной пленки. Основные преимущества наполнительных колонн заключаются в следующем: низкое сопротивление потока жидкости, простая конструкция, малое количество необходимой стали, низкая стоимость, удобство монтажа и технического обслуживания, а также возможность изготовления наполнителя из материалов, устойчивых к коррозии. 28. Каковы требования к использованию наполнителей? Ответ: Во-первых, поскольку зазоры между наполнителем и стенкой колонны больше, чем зазоры внутри слоя наполнителя, жидкость легко стекает к стенке колонны, что влияет на эффективность процесса передачи веществ. Это явление обычно называется эффектом боковых стенок. Ранее считалось, что чем больше диаметр наполнителя, тем сильнее эффект боковых стенок. Для обычных колонн с наполнителем требуется, чтобы соотношение диаметра колонны D к диаметру наполнителя d превышало 10:1. Для высоких башен эффект стенок ещё более значителен, поэтому для решения этой проблемы обычно используют сегментированное заполнение или перераспределение жидкости. В обычных случаях оптимальным соотношением высоты заполнителя H к диаметру колонны с заполнителем является значение от 2 до 6. Во-вторых, существуют требования к порядку расположения наполнителя. Когда D/d превышает 8, наилучше располагать наполнитель ровными рядами. Когда наполнитель скоплен в беспорядке, сначала необходимо налить воду в устройство, затем поместить туда наполнитель, чтобы избежать его разрушения и образования пробок. После того как наполнитель уложен, можно сливать воду. В-третьих, после остановки колонны с наполнителем необходимо проверить степень повреждения и загрязнения наполнителя, а также решить, требуется ли его очистка или замена. 29. Какова структура пластинчатого колонного элемента с плавающими клапанами? Как это работает? Ответ: Плавающая колонна — это новый тип оборудования для передачи веществ между фазами, который на протяжении последних десяти лет широко используется в Китае. В настоящее время он широко используется в нефтехимической промышленности и дает удовлетворительные результаты. Структура колонны с плавающими клапанами довольно проста; основные её элементы – это направляющая площадка, трубки для снижения уровня жидкости, водопропускной гребень, плавающие клапаны и промежуточные пластины. 30. Каковы преимущества и недостатки пластинчатых колонн с плавающими клапанами? Ответ: Пластинчатые колонны с плавающими клапанами обладают преимуществами как колонн с пузырьковыми клапанами, так и колонн с пористыми пластинами; при этом устраняются их недостатки. Поскольку величина зазора между зубцами на пузырьковых тарелках является фиксированной, они плохо адаптируются к изменениям паровой нагрузки. При низкой скорости пара контакт пара и жидкости плохой, а при высокой скорости пара пар может легко сметать жидкость. Хотя пористые пластины имеют простую конструкцию и высокую производительность, у них довольно малая гибкость в эксплуатации. В случае колонн с плавающими клапанами степень открытия клапанов изменяется в зависимости от скорости пара. При низкой скорости потока клапанный элемент автоматически опускается под действием силы тяжести, что снижает утечку. Поэтому колонны с плавающими клапанами обладают высокой эффективностью и большой гибкостью в эксплуатации, что позволяет им хорошо адаптироваться к изменениям объема поступающей сырьевой смеси. Эксперименты показывают, что соотношение между максимальной и минимальной нагрузкой может составлять примерно 7–9. Башня с плавающими клапанами имеет простую конструкцию и большую площадь свободного сечения; стоимость её производства на 12–15% ниже, чем у башни с пузырьковыми пластинами. Производительность такой башни на 20–40% выше, чем у башни с пузырьковыми пластинами. Поскольку пар в регулируемых пластинах подается горизонтально в жидкостный слой, происходит лучшее смешивание газа и жидкости, уменьшается количество пены, увеличивается время контакта, что способствует эффективной передаче веществ. Эффективность таких пластин на 15% выше, чем у пластин с мембранами. Основным недостатком регулируемых пластинчатых колонн является то, что пар выходит по периметру отверстий для подачи пара, в результате чего происходит обратное смешивание жидкости, что снижает эффективность передачи веществ. Кроме того, клапанные элементы могут легко застревать, ржаветь или прилипать, что препятствует их открытию. 31. Каково влияние высоты и диаметра башни на объем производства и качество продукта? Ответ: Диаметр башни в основном влияет на производственные мощности, а высота — на чистоту продукта. Связь между диаметром башни и производственной мощностью может быть описана следующей формулой. D=（v/0,785w）1/2, где D — диаметр башни, в метрах ； v — объемный расход пара в башне, м³/с; w — скорость потока в пустой башне, м/с. Для определенных колонн скорость потока в пустой колонне имеет определенные ограничения. При определенной скорости потока в пустой колонне, чем больше объемный расход пара в колонне, тем больший диаметр колонны требуется ； Аналогично, чем больше диаметр колонны, тем выше допустимая нагрузка на пар внутри нее, то есть тем выше производственная мощность. Следовательно, диаметр колонны является основным фактором, влияющим на производственную мощность. Высота колонны, при заданной эффективности тарелок и расстоянии между ними, определяет фактическое количество тарелок. А фактическое количество ступеней колонны определяется минимальным теоретическим количеством ступеней. Чем больше минимальное теоретическое количество ступеней колонны, тем больше и фактическое количество ступеней. Влияние диаметра и высоты башни на производство носит диалектический характер и не может рассматриваться отдельно друг от друга. Например, увеличение высоты башни позволяет снизить коэффициент обратного потока, тем самым повышая производительность ； Увеличение диаметра колонны позволяет повысить коэффициент обратного потока, что способствует снижению её высоты. 32. Каковы факторы, влияющие на процесс ректификации? Ответ: Помимо проблем, связанных с оборудованием, основными факторами, влияющими на процесс ректификации, являются температура и давление в колонне (включая верхнюю часть колонны, её нижнюю часть, а также некоторые специально выделенные тарелки) ； Состояние подачи ； Объем подачи ； Состав подачи ； Температура подачи ； Скорость подъема пара в башне и мощность нагрева котла для испарения ； Обратный поток ； Количество хладагента на вершине башни ； Количественный выход с верхней части колонны и количественный выход с нижней части колонны. Управление колонной заключается в регулировании этих факторов в соответствии с требованиями к составу продуктов, получаемых на верхней и нижней частях колонны. 33. Какое влияние оказывает изменение рабочего давления в ректификационной колонне на процесс ректификации? Ответ: Проектирование и эксплуатация колонны осуществляются при определенном давлении; поэтому в обычных ректификационных колоннах необходимо поддерживать постоянство давления. Колебания давления в колонне окажут следующее влияние на её работу. (1) Для обеспечения качества продукта и баланса материалов изменение рабочего давления приводит к изменению состава газо-жидкостной смеси на каждой ступени колонны. При повышении давления количество тяжелых компонентов в газовой фазе снижается, что приводит к увеличению концентрации легких компонентов в газовой фазе ； Увеличивается содержание легких компонентов в жидкой фазе, что в свою очередь меняет соотношение масс жидкой и газовой фаз, приводя к увеличению объема жидкой фазы и уменьшению объема газовой фазы. Общий результат: концентрация легких компонентов в фракции с верхней части колонны увеличивается, но их количество относительно снижается ； Увеличивается концентрация легких компонентов в растворе в котле, а объем раствора также увеличивается. Аналогично, при снижении давления увеличивается количество фракций на верхнем уровне колонны, а концентрация легких компонентов снижается ； Количество жидкости в котле снижается, концентрация легких компонентов также снижается. В нормальных условиях эксплуатации необходимо поддерживать постоянное давление. Однако, если процесс работает ненормально и это приводит к увеличению концентрации тяжелых компонентов в продукте, получаемом на вершине колонны, можно повысить рабочее давление, чтобы качество продукта оставалось на приемлемом уровне. При этом увеличивается потеря легких компонентов в жидкой фазе. (2) Относительная летучесть между компонентами. При увеличении давления относительная летучесть между компонентами снижается, что приводит к снижению эффективности разделения; наоборот. (3) Изменение производственной мощности колонны: при увеличении давления и плотности компонентов растет также производительность колонны. (4) Колебания давления в башне. Это приведет к нарушению соответствия между температурой и составом. В процессе работы мы часто используем температуру в качестве косвенного показателя качества продукта, но это верно только при постоянном давлении в колонне. При изменении давления в колонне меняются температура росы и температура кипения смеси, что приводит к изменению распределения температуры во всей колонне. В свою очередь, меняется и зависимость между температурой и качеством продукта. Исходя из вышеизложенного анализа, изменение рабочего давления повлияет на работу всей колонны. Поэтому в условиях нормальной эксплуатации необходимо поддерживать постоянное давление. Лишь в том случае, когда нормальная работа колонны нарушается, можно, с учетом результатов анализа и в пределах, допускаемых технологическими параметрами, соответственно скорректировать давление в колонне. Следует отметить, что в процессе дистилляции изменения в количестве поступающей сырьевой смеси, её составе и температуре, изменения в количестве пара, используемого для нагрева нижней части колонны, изменения в объеме ректификационной смеси, её температуре, а также засорение решеток колонны могут привести к колебаниям давления внутри колонны. В таких случаях необходимо сначала выяснить причины этих колебаний и своевременно принять меры для восстановления нормальной работы колонны. 34. Каково влияние состояния сырья на процесс дистилляции? Ответ: существует пять видов состояния сырья (1) холодное сырье ； (2) Подача при точке пузырька ； (3) Смешанное газо-жидкостное сырье ； (4) Подача насыщенного пара ； (5) Подача перегретого пара. Для удобства анализа обозначим как δ количество теплоты, необходимое для превращения каждой киломольной молекулы жидкости-сырья в насыщенный пар; δ также представляет собой потенциальную теплоту испарения на единицу киломольной молекулы сырья. Из вышеуказанной формулы видно, что при использовании холодного сырья значение δ превышает 1; при использовании сырья с точкой кипения равной температуре окружающей среды δ равно 1; а при использовании смеси газа и жидкости значение δ равно 0