Phương pháp điều chỉnh áp lực tháp

Duy trì trạng thái gọn gàng cho bàn làm việc và tủ sách một cách định kỳ; tinh thần tích cực sẽ giúp bạn hoàn thành công việc hiệu quả hơn.

Kiến thức cơ bản về quy trình chưng cất 1. Thế nào là pha và cân bằng pha: Đáp: Pha là những phần có cùng các tính chất vật lý và hóa học trong hệ thống; giữa các pha khác nhau thường tồn tại một mặt phân cách, giúp tách các pha ra khỏi nhau. Số pha trong hệ thống không liên quan đến lượng chất. Khi nước và băng hòa trộn với nhau, nước ở thể lỏng còn băng ở thể rắn. Thông thường, trong tháp chưng cất, vật liệu tồn tại dưới dạng hai pha: khí và lỏng. Ở một nhiệt độ và áp suất nhất định, nếu trong hệ vật chất tồn tại hai hoặc nhiều pha, và lượng vật chất ở từng pha cũng như nồng độ của các thành phần trong từng pha không thay đổi theo thời gian, thì chúng ta gọi hệ đó đang ở trạng thái cân bằng. Trong trạng thái cân bằng, các chất vẫn tiếp tục chuyển động. Tuy nhiên, lượng của các pha khác nhau và nồng độ của các thành phần trong từng pha không thay đổi theo thời gian. Khi các điều kiện thay đổi, một trạng thái cân bằng mới sẽ được hình thành. Do đó, trạng thái cân bằng là một trạng thái tương đối, có tính chất linh hoạt; nó không phải là trạng thái tĩnh tại, tuyệt đối. Ví dụ: Trong hệ thống chưng cất, khi khí có nhiệt độ cao trên các tấm chưng cất tiếp xúc với chất lỏng có nhiệt độ thấp, quá trình truyền nhiệt và truyền chất sẽ xảy ra. Kết quả là một phần khí bị ngưng tụ, và nồng độ của các thành phần có điểm sôi cao trong pha lỏng ngày càng tăng lên. Phần chất lỏng trên các tấm phân tử hóa thành hơi; do đó, nồng độ của các thành phần có điểm sôi thấp trong pha hơi ngày càng tăng. Tuy nhiên, quá trình truyền nhiệt và truyền chất này không diễn ra vô hạn. Khi hai pha khí và lỏng đạt trạng thái cân bằng, thành phần của các chất trong từng pha sẽ không còn thay đổi theo thời gian nữa. 2. Áp suất hơi bão hòa là gì? Đáp: Ở một nhiệt độ nhất định, áp suất mà hơi nước tạo ra khi ở trạng thái cân bằng với chất lỏng (hoặc chất rắn) cùng loại được gọi là áp suất hơi ngưng tụ. Áp suất này tăng lên khi nhiệt độ tăng lên. Như chúng ta đều biết, nước trong cốc sẽ ngày càng ít đi do quá trình bốc hơi liên tục. Nếu đặt nước tinh khiết vào một thùng kín và hút hết không khí ở phía trên, thì khi nước liên tục bốc hơi, áp suất của khí ở phía trên mặt nước – tức là áp suất do hơi nước tạo ra – sẽ ngày càng tăng lên. Tuy nhiên, khi nhiệt độ được giữ ổn định, áp suất trong pha khí sẽ ở một giá trị cố định. Áp suất này được gọi là áp suất hơi ngưng tụ của nước ở nhiệt độ đó. Cần lưu ý rằng, khi áp suất của pha khí đạt ngang bằng với áp suất hơi sôi, các phân tử nước trong pha lỏng vẫn tiếp tục bốc hơi, trong khi các phân tử nước trong pha khí cũng liên tục ngưng tụ thành chất lỏng. Tuy nhiên, do tốc độ bốc hơi của nước bằng với tốc độ ngưng tụ của hơi nước, nên lượng chất lỏng không giảm đi, và lượng khí cũng không tăng lên. Như vậy, pha khí và pha lỏng đạt trạng thái cân bằng. Vì vậy, khi áp suất của hơi chất lỏng tinh khiết bằng với áp suất hơi bão hòa của nó, thì hai pha khí và lỏng sẽ đạt trạng thái cân bằng pha. 3. Thế nào là chưng cất? Nguyên lý của chưng cất là gì? Đáp: Quy trình chuyển đổi hỗn hợp chất lỏng thành hơi một cách từng phần nhiều lần, đồng thời làm ngưng tụ hơi được tạo ra một cách từng phần nhiều lần, nhằm tách hỗn hợp thành các thành phần mong muốn, được gọi là quá trình chưng cất. Tại sao việc làm bay hơi một phần hỗn hợp chất lỏng nhiều lần, đồng thời làm ngưng tụ một phần hỗn hợp đó nhiều lần, lại có thể giúp tách ra các thành phần thuần khiết hoặc gần thuần khiết? Đối với quá trình bay hơi và ngưng tụ, do các thành phần trong hỗn hợp lỏng có điểm sôi khác nhau, nên khi chúng bị bay hơi một phần ở một nhiệt độ nhất định, những chất có điểm sôi thấp sẽ dễ bay hơi hơn. Do đó, nồng độ của chúng trong pha khí sẽ cao hơn so với pha lỏng; ngược lại, nồng độ của những chất có điểm sôi cao trong pha lỏng sẽ cao hơn so với pha khí. Điều này làm thay đổi thành phần của hai pha khí và lỏng. Khi một phần hơi nước được tạo ra từ quá trình bay hơi bị ngưng tụ lại, do các chất có điểm sôi cao dễ bị ngưng tụ hơn, nên nồng độ của các chất này trong dung dịch ngưng tụ sẽ cao hơn so với trong pha khí. Ngược lại, nồng độ của các chất có điểm sôi thấp trong pha khí lại cao hơn so với trong dung dịch ngưng tụ. Nhờ quá trình bay hơi một phần và ngưng tụ một phần như vậy, hỗn hợp được tách ra ở mức độ sơ bộ thông qua sự thay đổi nồng độ của các thành phần trong hỗn hợp. Nếu tiếp tục làm như vậy nhiều lần, thì cuối cùng trong pha lỏng sẽ chỉ còn lại các thành phần có điểm sôi cao, còn trong pha khí thì sẽ chỉ còn lại các thành phần có điểm sôi thấp. Như vậy, việc thực hiện quá trình bay hơi một phần và ngưng tụ một phần nhiều lần cùng lúc sẽ giúp tách hỗn hợp thành các thành phần tinh khiết hoặc gần tinh khiết. Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí cần hấp thụ nhiệt, còn quá trình chuyển từ thể khí sang thể lỏng lại giải phóng nhiệt. Để sử dụng nhiệt lượng một cách hợp lý, chúng ta có thể sử dụng nhiệt lượng được giải phóng khi khí ngưng tụ để làm nóng chất lỏng trong quá trình hóa hơi. Nói cách khác, chúng ta cho hai pha khí và lỏng tiếp xúc trực tiếp với nhau, qua đó vừa truyền nhiệt vừa truyền chất. Để đáp ứng yêu cầu này, trên thực tế, quá trình bay hơi một phần nhiều lần kèm theo quá trình ngưng tụ một phần nhiều lần được thực hiện trong các thiết bị dạng tấm với cơ chế tuần hoàn ngược. Cái gọi là dòng chảy ngược, chính là hiện tượng khí có nhiệt độ cao được tạo ra do chất lỏng bị làm nóng, chảy từ dưới lên trên; khí này chảy theo hướng ngược lại với dòng chất lỏng có nhiệt độ thấp (chứa nhiều thành phần có điểm sôi thấp), vốn được tạo ra do quá trình ngưng tụ ở phía trên tháp. Quá trình truyền nhiệt và truyền chất xảy ra bên trong tháp như sau: 1) Hai pha khí và lỏng trao đổi nhiệt với nhau; nhiệt từ hỗn hợp khí được tạo ra do quá trình bay hơi một phần được sử dụng để làm nóng hỗn hợp chất lỏng được tạo ra do quá trình ngưng tụ một phần ； 2) Hai pha khí và lỏng trao đổi chất với nhau trong quá trình trao đổi nhiệt. Hỗn hợp chất lỏng có nhiệt độ thấp được hỗn hợp khí có nhiệt độ cao làm nóng, khiến một phần của nó bốc hơi. Lúc này, do sự khác biệt về khả năng bay hơi (các chất có điểm sôi thấp có khả năng bay hơi tốt hơn, còn các chất có điểm sôi cao thì khả năng bay hơi kém hơn), nên các chất có điểm sôi thấp sẽ bay hơi nhiều hơn so với các chất có điểm sôi cao. Kết quả là các thành phần có điểm sôi thấp chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí; trong khí, các thành phần dễ bay hơi sẽ tập trung lại với nhau ； Tương tự, hỗn hợp khí có nhiệt độ cao, do được làm nóng bởi hỗn hợp chất lỏng có nhiệt độ thấp hơn, nên một phần của nó sẽ ngưng tụ. Do sự khác biệt về khả năng bay hơi, các thành phần có điểm sôi cao sẽ chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng; trong khi đó, các thành phần khó bay hơi sẽ tập trung lại trong pha lỏng. Tháp chưng cất được cấu tạo từ nhiều tầng chứa. Phần trên cùng của tháp được gọi là đỉnh tháp, còn phần dưới cùng thì được gọi là đáy tháp. Một tầng trong tháp chỉ thực hiện quá trình bay hơi và ngưng tụ một phần mà thôi. Số lượng tầng càng nhiều, thì số lần xảy ra quá trình bay hơi và ngưng tụ một phần cũng càng nhiều, từ đó hiệu quả tách chiết càng tốt. Qua toàn bộ quá trình chưng cất, ở phía đỉnh tháp sẽ thu được các thành phần dễ bay hơi có độ tinh khiết cao, còn ở phía đáy tháp thì chủ yếu là các thành phần khó bay hơi. 4. Điểm sương là gì? Đáp: Khi làm lạnh hỗn hợp khí ở áp suất không đổi, khi nhiệt độ giảm xuống một mức nhất định, sẽ hình thành những giọt chất lỏng rất nhỏ. Nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ sương, hay còn gọi ngắn gọn là điểm sương của hỗn hợp đó ở áp suất đã cho. Khí ở nhiệt độ điểm sương được gọi là khí bão hòa. Nhiệt độ của khí bay ra từ đỉnh tháp chưng cất chính là nhiệt độ điểm sương. Điều đáng chú ý là: pha lỏng ở trạng thái tự do thứ nhất không phải là một hợp chất thuần khiết; đó là pha lỏng ở trạng thái cân bằng với pha khí ở nhiệt độ điểm sương, và thành phần của nó được xác định bởi quan hệ cân bằng pha. Như vậy, có thể thấy rằng đối với các hỗn hợp khí có thành phần khác nhau, điểm sương của chúng cũng sẽ khác nhau. 5. Điểm sủi là gì? Đáp: Khi hỗn hợp chất lỏng được đun nóng ở một áp suất nhất định đến một nhiệt độ nhất định, phần tử bong bóng nhỏ đầu tiên xuất hiện trong chất lỏng chính là dấu hiệu cho thấy chất lỏng bắt đầu sôi. Nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ điểm sôi của chất lỏng ở áp suất đó; người ta còn gọi nó ngắn gọn là điểm sôi. Chất lỏng ở nhiệt độ điểm sôi được gọi là chất lỏng bão hòa, tức là nhiệt độ trong thân chưng cất. Cần lưu ý rằng bong bóng nhỏ thứ nhất này cũng không phải là chất thuần khiết; thành phần của nó cũng được quyết định bởi mối quan hệ cân bằng pha. 6. Điểm sôi là gì? Đáp: Khi áp suất hơi bão hòa của chất lỏng thuần khiết bằng với áp suất bên ngoài, chất lỏng sẽ sôi. Nhiệt độ lúc này được gọi là điểm sôi của chất lỏng ở áp suất đã cho. Nhiệt độ sôi của chất thuần khiết thay đổi theo sự thay đổi của áp suất bên ngoài. Khi áp suất bên ngoài tăng lên, điểm sôi cũng tăng lên; ngược lại, khi áp suất bên ngoài giảm xuống, điểm sôi cũng giảm xuống. Đối với các chất thuần khiết, ở một áp suất nhất định, điểm sủi bọt, điểm sương và điểm sôi đều có cùng một giá trị. 7 Thế nào là nhiệt ẩn? Đáp: Khối lượng riêng của chất thuần khiết trong quá trình chuyển pha (khi không xảy ra phản ứng hóa học, chất thay đổi trạng thái, hiện tượng này được gọi là chuyển pha). Việc nước đóng băng thành băng hoặc hơi nước bay hóa thành hơi nước cũng thuộc về các quá trình chuyển pha. Nhiệt lượng được hấp thụ hoặc giải phóng trong quá trình đó được gọi là nhiệt ẩn. Nhiệt lượng được hấp thụ trong quá trình 1 kg nước chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi nước được gọi là nhiệt hóa hơi của nước. Đơn vị đo thường dùng là kilocalo/kg. Điều đáng chú ý là, trong quá trình chuyển pha, nhiệt độ và áp suất đều không thay đổi; nếu không thì không thể gọi đó là nhiệt ẩn được. Do đó, khi nói về giá trị nhiệt ẩn, cần phải chỉ rõ đó là ở nhiệt độ và áp suất nào, và quá trình chuyển pha nào đang diễn ra. Ví dụ, 1 kg nước sẽ bốc hơi ở áp suất 760 milimét thủy ngân và nhiệt độ 100 độ C; lượng nhiệt cần thiết để làm cho nước bốc hơi là 539,6 nghìn calo. Ngược lại, trong điều kiện này, nhiệt được giải phóng khi hơi nước ngưng tụ được gọi là nhiệt ẩn ngưng tụ, và giá trị của nó bằng với giá trị ở trên. Nhiệt ẩn của hỗn hợp có thể được đo lường hoặc tính toán. Giá trị của nó không chỉ phụ thuộc vào tính chất của các thành phần cấu tạo nên hỗn hợp, mà còn phụ thuộc vào hàm lượng của các thành phần đó; do đó, đó không phải là một giá trị cố định. 8. Nhiệt hiển nhiên là gì? Đáp: Nhiệt lượng mà một chất thu nạp hoặc giải phóng do sự thay đổi nhiệt độ, trong điều kiện không xảy ra sự biến pha hay phản ứng hóa học, được gọi là nhiệt hiển. 9. Hệ số tuần hoàn là gì? Đáp: Trong quá trình chưng cất, hơi được tạo ra khi hỗn hợp được làm nóng sẽ thoát ra từ đỉnh tháp, sau đó đi vào bộ ngưng tụ ở đỉnh tháp. Hơi nước ở đây bị ngưng tụ (hoặc một phần bị ngưng tụ) thành chất lỏng. Một phần chất lỏng này được đưa trở lại đỉnh tháp, chảy xuống dọc theo các tấm trong tháp; phần chất lỏng này được gọi là chất lỏng tuần hoàn ； Lấy một phần chất lỏng ngưng tụ khác (hoặc hơi chưa ngưng tụ) từ đỉnh tháp ra, dùng làm sản phẩm. Tỷ lệ tuần hoàn chính là tỷ lệ giữa khối lượng chất lỏng được tuần hoàn trở lại và khối lượng chất lỏng được thu hồi. Thông thường, tỷ lệ này được ký hiệu bằng chữ R. Công thức tính như sau: R = L/D. Trong đó, R là tỷ lệ tuần hoàn; L là khối lượng chất lỏng được tuần hoàn trở lại trong một đơn vị thời gian, tính bằng kg/giờ. D – Lượng khí được thu hồi từ đỉnh tháp trong một đơn vị thời gian, tính bằng kg/giờ. 10. Thế nào là tỷ lệ tuần hoàn tối thiểu? Đáp: Trong điều kiện độ chính xác tách chiết được yêu cầu, tức là thành phần của chất lấy ra từ đỉnh và đáy tháp phải ổn định, thì tỷ lệ tuần hoàn sẽ dần giảm xuống. Lúc này, số lượng các tấm lý thuyết sẽ dần tăng lên. Khi tỷ lệ tuần hoàn giảm xuống một giá trị nhất định, số lượng tấm lý thuyết cần thiết sẽ tăng lên vô hạn. Giá trị tỷ lệ tuần hoàn này chính là tỷ lệ tuần hoàn tối thiểu cần thiết để hoàn thành nhiệm vụ tách chiết đã đề ra. Trong quá trình vận hành thông thường, tỷ lệ tuần hoàn thực tế sẽ được chọn ở mức từ 1,3 đến 2 lần tỷ lệ tuần hoàn tối thiểu. 11. Thế nào là hoàn toàn tuần hoàn? Đáp: Trong quy trình chưng cất, việc ngừng cung cấp nguyên liệu vào tháp, ngừng lấy sản phẩm ra khỏi đáy tháp và đỉnh tháp, đồng thời sử dụng toàn bộ chất lỏng được ngưng tụ ở đỉnh tháp làm chất tuần hoàn, được gọi là chế độ tuần hoàn toàn phần. Hoạt động tuần hoàn toàn bộ, thường được sử dụng trong giai đoạn đầu khi khởi động tháp chưng cất, hoặc trong quá trình tuần hoàn tự nhiên của tháp chưng cất khi quá trình sản xuất gặp vấn đề. 12. Làm thế nào để xác định tỷ lệ tuần hoàn phù hợp nhất? Đáp: Đối với các quy trình yêu cầu sự tách rời cố định, khi giảm tỷ lệ tuần hoàn, chi phí vận hành (chủ yếu thể hiện ở lượng nhiệt cần dùng để làm nóng phần đáy tháp và lượng nhiệt cần dùng để làm lạnh phần đỉnh tháp) sẽ giảm. Tuy nhiên, số lượng tấm thuỷ tinh cần thiết sẽ tăng lên, và chi phí đầu tư vào tháp cũng sẽ tăng theo ； Ngược lại, khi tăng tỷ lệ tuần hoàn, số tầng trong tháp có thể giảm xuống, nhưng chi phí vận hành lại tăng lên. Do đó, khi thiết kế, cần chọn một tỷ lệ tuần hoàn phù hợp nhất, nhằm giảm tổng chi phí đầu tư và chi phí vận hành trong những điều kiện kinh tế cụ thể. Tỷ lệ tuần hoàn như vậy được gọi là tỷ lệ tuần hoàn tối ưu. Tỷ lệ tuần hoàn thích hợp nhất nên nằm trong khoảng 1,3 đến 2 lần tỷ lệ tuần hoàn tối thiểu. 13. Áp suất giảm trong tháp chưng cất là gì? Đáp: Điều gọi là sự chênh lệch áp suất trong tháp chưng cất, chính là sự khác biệt về áp suất giữa phần đáy tháp và phần đỉnh tháp. Đối với tháp bảng, sự giảm áp trên các tấm bảng trong tháp chủ yếu bao gồm ba thành phần: sự giảm áp do lớp khí khô, sự giảm áp do lớp chất lỏng, và sự giảm áp cần thiết để vượt qua sức căng bề mặt của chất lỏng. Chênh lệch áp suất giữa đáy tháp và đỉnh tháp chính là tổng giá trị sụt áp trên mỗi tầng của tháp. Điều gọi là sự giảm áp suất trên các tấm bảng trong quá trình chưng cất, chính là sự giảm áp suất xảy ra khi khí (hoặc hơi) di chuyển lên trên trong tháp chưng cất, đi qua những tấm bảng không chứa chất lỏng ； Sự giảm áp suất xảy ra khi khí đi qua lớp chất lỏng trên mỗi tầng của tháp, được gọi là sự giảm áp suất trong lớp chất lỏng ； Sự giảm áp suất xảy ra khi khí vượt qua lực căng bề mặt của chất lỏng được gọi là sự giảm áp suất do lực căng bề mặt chất lỏng. Đối với những tháp cố định, trong quá trình hoạt động bình thường, sự giảm áp suất trong tháp chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ dòng khí đi lên. Theo kinh nghiệm, mức độ giảm áp suất tỷ lệ thuận với bình phương của tốc độ dòng khí. 14. Thế nào là tốc độ của tháp rỗng? Nó có mối quan hệ gì với tốc độ dòng khí không? Đáp: Tốc độ của hơi nước trong tháp chưng cất là tỷ lệ giữa thể tích hơi nước di chuyển lên trên trong một đơn vị thời gian và diện tích mặt cắt ngang của tháp; nói cách khác, đó là quãng đường mà hơi nước di chuyển được trong một đơn vị thời gian. Đơn vị là mét khối/giây. mét vuông/giây hoặc mét/giây. Công thức là: W = VsAa. Trong đó, W là tốc độ dòng khí trong ống, đơn vị là mét/giây ； Vs – Lưu lượng khí hơi nước đi lên, đơn vị: m³/giây ； Aa – Diện tích tổng thể của tháp, tính bằng mét vuông. ∵Aa = 0,785D² (trong đó D là đường kính bên trong tháp, tính bằng mét). Do đó, W = Vs/0,785D². Tốc độ dòng khí chính là tỷ lệ giữa thể tích hơi nước di chuyển qua các lỗ thông khí trong một đơn vị thời gian và diện tích tổng thể của các lỗ thông khí đó; đơn vị tính của tốc độ này là mét khối/giây. mét/giây, công thức: W_không = Vs/AT. Trong đó: W_không – tốc độ của lỗ, tính bằng mét/giây ； AT – Diện tích tổng thể của các lỗ khí, đơn vị là m². Vì diện tích tổng thể của các lỗ thông khí được quyết định bởi tỷ lệ các lỗ trên tấm chắn, với tỷ lệ này được ký hiệu là Φ, thì công thức sẽ là: W_ống = Vs / 0,785D²Φ = W/Φ. Tốc độ dòng khí trong ống chính là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình chưng cất. Đối với những cột đã được xác định rõ, nếu tăng tốc độ dòng chất lỏng trong cột trong phạm vi cho phép, thì khả năng sản xuất của cột đó sẽ được nâng cao. Khi tốc độ dòng khí trong tháp tăng lên đến một mức nhất định, hai pha khí và lỏng sẽ không có đủ thời gian tiếp xúc với nhau trên các tấm bảng trong tháp. Điều này dẫn đến hiện tượng nước bọt bị cuốn theo dòng khí, làm gián đoạn quá trình hoạt động bình thường của tháp. Thông thường, tốc độ gió trong ống khí được xác định dựa trên tiêu chí là lượng sương bám kèm không vượt quá 10%, và giá trị này được gọi là tốc độ tối đa cho phép. Khi tốc độ dòng khí trong tháp quá thấp, việc dẫn khí đi qua các lỗ trên bảng phân chia sẽ gặp khó khăn; thậm chí, khí còn không thể giữ được chất lỏng ở các tầng phía trên. Chất lỏng trên bảng phân chia có thể chảy ngược xuống các tầng phía dưới thông qua các lỗ dẫn khí. Hiện tượng này được gọi là rò rỉ chất lỏng. Khi có sự rò rỉ nghiêm trọng, hiệu quả tách chiết của các tháp chưng cất sẽ bị giảm sút, đặc biệt là ở các loại tháp dùng bảng sàng, tháp van nổi và tháp hình lưỡi. 15. Diện tích các lỗ trên tháp là gì? Tỷ lệ các lỗ này được xác định như thế nào? Đáp: Trong tháp chưng cất, hơi nước di chuyển từ dưới lên trên, còn chất lỏng thì di chuyển từ trên xuống dưới. Cả hai loại chất này đều phải đi qua từng tầng của tháp. Đường dẫn khí đi qua các tấm trong tháp được gọi là lỗ dẫn khí. Diện tích tổng cộng của các lỗ dẫn khí chính là diện tích các lỗ trên mỗi tấm trong tháp. Diện tích các lỗ trên tháp van nổi chính là tổng diện tích mặt cắt ngang của tất cả các lỗ đó. Việc xác định diện tích mặt cắt của các lỗ thông khí được thực hiện dựa trên mức độ tải sản xuất và tốc độ dòng hơi cho phép. Tỷ lệ mở lỗ thường được hiểu là tỷ số giữa diện tích các lỗ mở và tổng diện tích bề mặt của tháp. Tỷ lệ này được ký hiệu bằng Φ, cụ thể như sau: Φ = AT/Aa × 100%. Trong đó, Φ là tỷ lệ mở lỗ; AT là tổng diện tích các lỗ mở, tính bằng mét vuông; Aa là tổng diện tích bề mặt của tháp, cũng tính bằng mét vuông. Đôi khi, để phù hợp với khối lượng khí khác nhau tại các tầng hoặc các đoạn khác nhau của tháp, người ta có thể chọn tỷ lệ mở lỗ khác nhau trong quá trình thiết kế. Tỷ lệ các lỗ hổng khác nhau sẽ dẫn đến hiệu suất truyền chất khác nhau. Ngoài ra, tỷ lệ các lỗ trên bề mặt cũng ảnh hưởng rất lớn đến khả năng xử lý của tháp. Trong cùng một đường kính tháp, khả năng xử lý sẽ tăng lên tương ứng khi tỷ lệ các lỗ trên bề mặt tháp tăng lên ； Với cùng một khả năng xử lý, việc tăng tỷ lệ các lỗ trên bề mặt giúp giảm đường kính của tháp. Do đó, tỷ lệ các lỗ này là một trong những chỉ số quan trọng trong quá trình thiết kế. 16. Thế nào là hiện tượng tràn lỏng? Đáp: Trong quá trình chưng cất, chất lỏng ở các tầng dưới của tháp sẽ trào lên các tầng trên, làm gián đoạn hoạt động bình thường của tháp. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tràn chất lỏng. Nguyên nhân gây ra hiện tượng tràn chất lỏng chủ yếu là do tốc độ của hơi nước di chuyển lên trên trong tháp quá lớn, vượt quá giới hạn tốc độ cho phép. Ngoài ra, trong quá trình chưng cất, người ta thường gặp tình trạng lượng chất lỏng quá lớn, khiến mực chất lỏng trong ống tràn tăng lên. Điều này dẫn đến việc chất lỏng ở các tầng khác nhau hòa lẫn vào nhau, làm gián đoạn quá trình vận hành bình chưng cất. Đây cũng là một dạng của hiện tượng tràn chất lỏng. Hai hiện tượng trên đều thuộc về hiện tượng tràn lỏng, nhưng nguyên nhân gây ra chúng là khác nhau. 17. Thế nào là hiện tượng mang theo bọt sương? Đáp: Hiện tượng mang theo sương mù là việc khí đưa các giọt chất lỏng từ các tầng dưới của cột chưng cất lên các tầng trên. Trong quá trình truyền chất, việc có nhiều bọt khí được cuốn theo sẽ khiến những thành phần không nên lên đến đỉnh tháp lẫn vào sản phẩm. Điều này làm giảm chất lượng của sản phẩm. Đồng thời, nó cũng làm giảm độ chênh lệch nồng độ trong quá trình truyền chất, dẫn đến hiệu suất của các tầng trong tháp giảm xuống. Đối với một tháp nhất định, lượng bọt hơi tối đa được phép mang theo sẽ quyết định tốc độ di chuyển lên trên của khí. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lượng bọt bị cuốn theo, chẳng hạn như khoảng cách giữa các tầng trong tháp, tốc độ dòng khí trong tháp, chiều cao của bờ chắn, tốc độ dòng chất lỏng, cùng với các tính chất vật lý và hóa học của chất được xử lý. Đồng thời cũng cần lưu ý rằng: lượng bọt sương bị cuốn theo có mối liên hệ mật thiết với cấu trúc của thiết bị thu gom. Mặc dù có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lượng bọt khí bị cuốn theo, nhưng các yếu tố chính vẫn là tốc độ không khí trong tháp và khoảng trống dùng để tách khí và chất lỏng giữa hai tầng của tháp. Đối với tháp cố định, lượng bọt sương được cuốn theo chủ yếu tăng lên khi tốc độ khí trong tháp tăng lên. Tuy nhiên, nếu tăng khoảng cách giữa các tấm phân tử, từ đó mở rộng không gian phân tách, thì tốc độ khí chảy qua tấm phân tử cũng sẽ tăng lên tương ứng. 18. Thế nào là rò rỉ chất lỏng? Đáp: Hiện tượng chất lỏng trên các tấm đệm bị tràn ngược từ kênh khí đi lên xuống các tấm đệm ở tầng dưới được gọi là rò rỉ. Trong quá trình chưng cất, nếu năng lượng của khí đi lên không đủ để vượt qua lớp chất lỏng trên các tấm chưng cất, thậm chí còn thấp hơn cả năng lượng tiềm năng của lớp chất lỏng đó, thì khí sẽ không thể giữ được chất lỏng lại, dẫn đến tình trạng rò rỉ. Tốc độ của cột khí càng thấp, tình trạng rò rỉ càng nghiêm trọng. Kết quả là một phần chất lỏng không tiếp xúc với khí đang di chuyển lên trên mà chảy xuống các tầng dưới của tháp. Những thành phần có điểm sôi thấp, vốn không nên còn tồn tại trong chất lỏng, lại không bị bay hơi, khiến hiệu suất hoạt động của tháp giảm sút. Do đó, tốc độ không khí tối thiểu cần thiết để vận hành các tấm phân chia một cách hiệu quả bị giới hạn bởi lượng chất lỏng rò rỉ. Trong quá trình vận hành bình thường, lượng chất lỏng rò rỉ không được vượt quá 10% lượng chất lỏng có trên các tấm phân chia. Mức độ rò rỉ cũng là một trong những đặc tính dùng để đánh giá hiệu suất của tấm phân chia. Các loại tấm sàng, tấm van nổi và tấm hình lưỡi thường dễ bị rò rỉ khi tốc độ khí di chuyển lên trong tháp ở mức thấp. 19. Điều gì là độ linh hoạt trong vận hành? Đáp: Độ linh hoạt vận hành là khoảng cách từ giá trị tối thiểu được cho phép của tốc độ dòng khí (giới hạn tải thấp) đến giá trị tối đa được cho phép (giới hạn tải cao). Khi tốc độ khí đi lên thay đổi trong phạm vi này, tháp chưng cất vẫn có thể duy trì hoạt động bình thường với hiệu suất tách chiết ổn định. Như đã đề cập trước đó, giới hạn tải của tháp chưng cất là lượng bọt hơi đi kèm với dòng hơi không được vượt quá 10% lượng hơi chảy qua tháp ； Giới hạn tải thấp được quy định là lượng chất lỏng rò rỉ trên các tầng chứa không vượt quá 10% lưu lượng chất lỏng. Nói chung, cột van nổi có khả năng hoạt động linh hoạt nhất; một số thí nghiệm cho thấy tỷ lệ giữa giới hạn tải trọng tối đa và giới hạn tải trọng tối thiểu có thể lên tới khoảng 7–9. Cột bong bóng xếp sau, còn cột tấm sàng thì có khả năng hoạt động linh hoạt kém nhất. Cần lưu ý rằng khi tốc độ dòng khí đi lên thay đổi, hiệu suất của các tấm phân cách cũng sẽ thay đổi, và điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả phân tách. 20. Hiện tượng trộn ngược là gì? Đáp: Trên các tầng của tháp có ống dẫn chất lỏng, chất lỏng chảy ngang qua các tầng này và tạo thành dòng chảy song song với dòng khí. Nồng độ của các thành phần dễ bay hơi trong chất lỏng giảm dần theo hướng dòng chảy. Nhưng khi khí nóng di chuyển lên các tầng trong tháp và tạo thành các dòng xoáy của chất lỏng, thì chất lỏng có nồng độ cao và chất lỏng có nồng độ thấp sẽ trộn lẫn vào nhau. Điều này làm mất đi sự thay đổi nồng độ của chất lỏng theo hướng dòng chảy. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng trộn lẫn ngược. Hiện tượng trộn ngược có thể khiến hiệu quả tách rời giảm sút. Hiện tượng trộn ngược xảy ra do nhiều yếu tố ảnh hưởng, chẳng hạn như thời gian lưu lại, tình trạng dòng chảy của chất lỏng, chiều dài của đường dẫn chất lỏng, mức độ thẳng đứng của các tấm trong tháp, và gradient thủy lực. 21. Vậy, thế nào là cân bằng vật chất? Ý nghĩa của cân bằng vật chất trong quá trình chưng cất là gì? Đáp: Cân bằng vật chất chính là ứng dụng của định luật bảo toàn khối lượng và định luật chuyển hóa trong ngành hóa học. Đối với bất kỳ quy trình sản xuất nào, xét về mặt khối lượng, lượng chất liệu được chuyển hóa sẽ bằng tổng của lượng sản phẩm tạo ra và lượng chất liệu bị mất đi. Thông qua việc tính toán cân bằng vật chất, có thể biết được tình hình chuyển đổi nguyên liệu thành sản phẩm cũng như mức độ tổn thất, từ đó tìm ra các biện pháp để cải thiện. Phép tính cân bằng vật chất cũng được áp dụng cho toàn bộ quy trình hoặc một giai đoạn nào đó trong quy trình đó ； Có thể tính toán lượng của tất cả các chất tham gia vào quá trình, hoặc cũng có thể tính toán lượng của bất kỳ thành phần nào. Đối với một người vận hành, việc luôn nắm rõ tình trạng cân bằng vật chất trong tháp chưng cất là yêu cầu cơ bản và thiết yếu nhất. Nếu không kiểm soát tốt cân bằng vật liệu, thì một khả năng xảy ra là lượng nguyên liệu đầu vào quá nhiều, trong khi lượng nguyên liệu được thu hồi lại lại quá ít ； Một cách khác là lượng nguyên liệu đầu vào ít, còn lượng sản phẩm thu được thì nhiều. Cả hai trường hợp này đều không phải là quy trình vận hành bình thường, ảnh hưởng đến chất lượng và số lượng sản phẩm. Do đó, để giúp tháp chưng cất hoạt động trong điều kiện tốt nhất, nhằm nâng cao chất lượng và số lượng sản phẩm, giảm mức tiêu thụ năng lượng, cũng như giảm tổn thất trong quá trình chế biến, thì trong thực tế cần phải thường xuyên tính toán lượng vật liệu và điều chỉnh các thông số hoạt động của tháp chưng cất. 22. Vị trí của tấm cấp liệu phù hợp nhất là gì? Đáp: Vị trí của tấm cấp liệu phù hợp nhất chính là vị trí mà ở đó, với cùng số lượng tầng lý thuyết và cùng điều kiện vận hành, khả năng tách các chất sẽ cao nhất; hoặc đó là vị trí mà ở đó, với cùng điều kiện vận hành, số lượng tầng lý thuyết cần thiết sẽ ít nhất. Trong ngành công nghiệp hóa chất, hầu hết các tháp chưng cất đều được trang bị hai hoặc nhiều tấm cung cấp nguyên liệu. Vị trí của các tấm cung cấp nguyên liệu này được điều chỉnh dựa trên sự thay đổi thành phần của nguyên liệu đầu vào. Khi tỷ lệ các thành phần nhẹ trong hỗn hợp đầu vào thấp hơn mức bình thường, cần di chuyển vị trí tấm đầu vào xuống dưới, nhằm tăng số lượng tấm trong giai đoạn chưng cất. Điều này sẽ giúp nâng cao khả năng tách các thành phần trong giai đoạn chưng cất. Ngược lại, nếu vị trí của tấm cấp liệu được dời lên cao hơn, thì điều đó có nghĩa là số lượng tấm trong phần distillation sẽ tăng lên, từ đó giúp nâng cao khả năng tách các chất trong phần này. Nói chung, hàm lượng của các thành phần nhẹ trong hỗn hợp được đưa vào bảng cấp liệu nên nhỏ hơn hàm lượng của các thành phần nhẹ trên tầng cuối cùng của phần chưng cất, nhưng lại lớn hơn hàm lượng của các thành phần nhẹ trên tầng trên cùng của phần hồi lưu. Nhờ vậy, sau khi đưa nguyên liệu vào, thành phần của các lớp vật liệu trên các tầng trong tháp sẽ không bị phá vỡ, từ đó giúp duy trì quá trình vận hành ổn định. 23. Hiệu suất của tấm chưng cất là gì? Đáp: Trong quá trình vận hành thực tế của tháp chưng cất, do bị hạn chế bởi thời gian truyền chất và diện tích tiếp xúc giữa khí và lỏng, nên không thể đạt được trạng thái cân bằng giữa khí và lỏng. Cụ thể, nồng độ các thành phần có điểm sôi thấp trong hơi ở trên tấm chưng cất sẽ thấp hơn so với nồng độ của chúng trong hơi khi đã đạt trạng thái cân bằng với pha lỏng. Do đó, hiệu quả hoạt động của một tấm chưng cất thực tế luôn kém hơn so với hiệu quả của một tấm chưng cất lý thuyết. Dựa trên khái niệm này, hiệu suất của các tấm phân tử có thể được biểu diễn dưới dạng tỷ lệ giữa số tấm lý thuyết và số tấm thực tế. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của các tấm phân tử chủ yếu bao gồm: (1) Tốc độ trao đổi giữa pha khí và pha lỏng ； (2) Mức độ trộn lẫn giữa pha khí và pha lỏng trên tấm thu hồi ； (3) Lượng hơi nước đi lên kèm theo các giọt chất lỏng vào các tầng bốc hơi phía trên, cùng với lượng chất lỏng rò rỉ ra khỏi các tầng bốc hơi đó. Ba yếu tố nêu trên lại chịu ảnh hưởng từ thiết kế và sắp xếp các tấm phân tử, điều kiện vận hành, cũng như các tính chất vật lý của vật liệu được xử lý. Thiết kế và bố trí các tấm đệm bao gồm: kích thước hình học của tấm đệm, khoảng cách giữa các tấm đệm, chiều cao của vách chắn dòng chảy tràn, tỷ lệ diện tích các lỗ trên tấm đệm, cũng như cách sắp xếp các lỗ dùng để cho khí đi qua. Các điều kiện vận hành bao gồm: tốc độ dòng hơi đi lên, thời gian lưu lại của chất lỏng trên các tầng chu trình, nhiệt độ và áp suất, v.v. Các tính chất vật lý của vật liệu bao gồm: độ bay hơi tương đối, độ nhớt và trọng lượng riêng của hơi và chất lỏng, hệ số khuếch tán và sức căng bề mặt, v.v. Cần lưu ý rằng các tính chất vật lý của vật liệu sẽ thay đổi tùy theo nhiệt độ và áp suất trong quá trình xử lý. Trong quá trình sản xuất, khi chọn loại tấm bốc hơi, các tấm này cần đáp ứng các yêu cầu sau: (1) Hiệu suất bốc hơi cao ； (2) Khả năng sản xuất cao, tức là có thể chịu được mức tải của pha khí và pha lỏng ở mức cao; nhờ đó, những chiếc tháp có kích thước nhỏ vẫn có thể hoàn thành các nhiệm vụ sản xuất quy mô lớn ； (3) Vận hành ổn định, có tính linh hoạt cao ； (4) Tiết kiệm chi phí, sử dụng ít thép hơn ； (5) Dễ vận hành và bảo trì. 24. Độ cao tương đương của vật liệu lấp đầy là gì? Trả lời: Độ cao tương đương của vật liệu lấp đầy còn được gọi là độ cao tương đương của các tấm lọc. Đó chính là chiều cao của vật liệu lấp đầy cần thiết để đạt được mức độ tách rời tương đương với một tầng bảng lý thuyết; có thể hiểu đó là chiều cao của vật liệu lấp đầy có tác dụng tương đương với một tầng tháp lý thuyết. 25. Độ dày phun của chất độn là gì? Đáp: Độ dày phun của chất độn còn được gọi là tốc độ dòng chảy của chất lỏng. Lượng chất lỏng được phun trên mỗi mét vuông của mặt cắt ngang của tháp, tính theo kilogam mỗi giờ. 26. Thế nào là lượng chất lỏng được giữ lại trong lớp vật liệu lấp đầy? Đáp: Khi lớp vật liệu lấp đầy hoạt động, lượng chất lỏng tích tụ trong các khe hở và trên bề mặt của vật liệu lấp đầy được gọi là lượng chất lỏng được giữ lại. Đơn vị đo lường của nó là (m³ chất lỏng/m³ thể tích tháp). Lượng chất lỏng được giữ lại có thể được chia thành hai phần: (1) Lượng chất lỏng được giữ lại ở trạng thái tĩnh: Đó là lượng chất lỏng còn tồn đọng trong bình chứa sau khi việc phun chất lỏng vào bình chứa và việc thoát chất lỏng ra khỏi bình chứa được ngừng lại. Lượng chất được giữ lại chỉ phụ thuộc vào tính chất của chất độn và tính chất của chất lỏng, mà không liên quan đến lượng chất lỏng được phun ra. (2) Lượng chất lỏng được đẩy ra: Lượng chất lỏng được đẩy ra khỏi tháp lắng sau khi việc phun chất lỏng vào tháp bị ngừng lại được gọi là lượng chất lỏng được đẩy ra. Lượng chất lưu động không chỉ phụ thuộc vào tính chất của chất độn và chất lỏng, mà còn phụ thuộc vào mật độ phun của chất lỏng. Tuy nhiên, ở dưới điểm tải, lượng chất lưu động không liên quan gì đến tốc độ dòng khí. Tổng lượng chất lỏng giữ được chính là tổng của lượng chất lỏng được giữ ở trạng thái tĩnh và lượng chất lỏng được giữ ở trạng thái động. 27. Tháp đựng chất độn là gì? Có ưu và nhược điểm gì? Đáp: Tháp đầy được trang bị các vật liệu đầy ở một độ cao nhất định bên trong tháp; đây là loại thiết bị dùng để truyền chất giữa khí và chất lỏng thông qua sự tiếp xúc liên tục. Hơi nước bốc lên trong tháp chảy từ dưới lên trên, qua các khe hở của vật liệu lấp đầy ； Chất lỏng còn lại ở đỉnh tháp chảy dọc theo bề mặt của vật liệu lấp đầy, từ trên xuống dưới. Sự truyền chất và nhiệt giữa hai pha khí và lỏng diễn ra nhờ vào việc hình thành một lớp màng lỏng mỏng trên bề mặt vật liệu đóng vai trò là chất độn. Ưu điểm nổi bật của tháp đầy là: lực cản dòng chảy của chất lỏng thấp, cấu trúc đơn giản, tiêu thụ ít thép hơn, chi phí sản xuất thấp, dễ lắp đặt và bảo trì; ngoài ra, vật liệu dùng để làm các thành phần trong tháp cũng có thể được chọn từ những vật liệu chống ăn mòn. 28. Khi sử dụng chất độn, cần tuân thủ những yêu cầu nào? Đáp: Trước hết, do khe hở giữa vật liệu lấp đầy và thành tháp lớn hơn so với khe hở giữa các lớp vật liệu lấp đầy, nên chất lỏng dễ chảy về phía thành tháp, điều này ảnh hưởng đến hiệu quả truyền chất. Hiện tượng này thường được gọi là hiệu ứng thành tháp. Trước đây, người ta cho rằng đường kính của vật liệu lấp đầy càng lớn thì hiệu ứng thành bên càng nghiêm trọng. Đối với các tháp lấp đầy thông thường, tỷ lệ giữa đường kính tháp D và đường kính của vật liệu lấp đầy d phải lớn hơn 10:1. Đối với các tháp cao, hiệu ứng thành bên càng trở nên nghiêm trọng hơn. Do đó, người ta thường sử dụng phương pháp lấp đầy từng phần hoặc phân bổ chất lỏng lại để giải quyết vấn đề này. Thông thường, tỷ lệ giữa chiều cao H của lớp vật liệu lấp đầy và đường kính tháp lấp đầy nằm trong khoảng 2–6 là mức phù hợp nhất. Thứ hai, việc sắp xếp các chất độn cũng có những yêu cầu nhất định. Khi giá trị D/d lớn hơn 8, tốt nhất nên sắp xếp các vật liệu lấp đầy một cách ngay ngắn. Khi các vật liệu lấp đầy được xếp một cách lộn xộn, trước tiên cần đổ nước vào bên trong thiết bị, sau đó mới cho các vật liệu lấp đầy vào trong nước. Điều này giúp tránh tình trạng các vật liệu bị vỡ và gây tắc nghẽn. Sau khi đã đặt xong các vật liệu lấp đầy, mới tiến hành đổ nước ra ngoài. Thứ ba, khi bình lọc được tắt máy, cần kiểm tra mức độ hư hỏng và ô nhiễm của vật liệu lót, từ đó quyết định có nên vệ sinh hay thay thế chúng hay không. 29. Cấu trúc của tấm bảng van nổi như thế nào? Nó hoạt động như thế nào? Đáp: Tháp van nổi là một loại thiết bị truyền chất lượng cao được sử dụng rộng rãi tại Trung Quốc trong hơn mười năm qua. Hiện nay, nó được ứng dụng rộng rãi trong ngành hóa dầu và đã đạt được những kết quả đáng hài lòng. Cấu trúc của tháp van nổi khá đơn giản, các bộ phận chính bao gồm đĩa thu chất lỏng, ống hạ chất lỏng, vách chắn tràn, van nổi và tấm bảng tháp. 30. Các ưu và nhược điểm của tấm bốc hơi kiểu van nổi là gì? Đáp: Tấm bốc hơi kiểu van nổi có những ưu điểm của cả tấm bốc hơi kiểu bong bóng và tấm bốc hơi đa lỗ; đồng thời, nó cũng khắc phục được những nhược điểm của chúng. Do độ mở của các khe răng trên tấm bọt được giữ cố định, nên khả năng thích ứng của chúng với những thay đổi về áp lực hơi khá kém. Khi tốc độ khí thấp, sự tiếp xúc giữa khí và chất lỏng không tốt; còn khi tốc độ khí cao, hơi nước dễ làm bay hơi chất lỏng. Mặc dù bảng khí đa lỗ có cấu trúc đơn giản và khả năng xử lý lớn, nhưng mức độ linh hoạt trong vận hành lại khá hạn chế. Đối với tháp van nổi, mức độ mở của các van sẽ thay đổi tùy theo tốc độ hơi. Khi tốc độ dòng khí thấp, các van sẽ tự hạ xuống dưới tác động của trọng lực, nhằm giảm thiểu tình trạng rò rỉ. Vì vậy, tháp van nổi có hiệu suất cao và khả năng linh hoạt trong vận hành tốt; nó có thể thích ứng tốt với những thay đổi về lượng nguyên liệu đầu vào. Các thí nghiệm cho thấy tỷ lệ giữa tải trọng tối đa và tải trọng tối thiểu của nó có thể đạt khoảng 7–9. Tháp van nổi có cấu trúc đơn giản, diện tích tiếp xúc khí lớn; chi phí sản xuất thấp hơn tháp bong bóng từ 12–15%. Năng suất xử lý của tháp này cao hơn tháp bong bóng khoảng 20–40%. Do hơi nước trong các tấm bảng của tháp kiểu van nổi được thổi vào lớp chất lỏng theo phương ngang, nên sự trộn lẫn giữa khí và chất lỏng diễn ra tốt hơn. Lượng bọt được cuốn theo cũng ít hơn, thời gian tiếp xúc giữa chúng cũng dài hơn, từ đó hiệu quả truyền chất diễn ra tốt hơn. Hiệu suất của loại tháp này cao hơn 15% so với tháp kiểu bong bóng. Nhược điểm chính của các tấm bảng trong tháp van nổi là hơi nước bị phun ra xung quanh các lỗ dẫn hơi, khiến cho chất lỏng vẫn có thể trộn ngược trở lại. Điều này sẽ làm giảm hiệu quả truyền chất. Ngoài ra, các van có thể bị kẹt, gỉ sét hoặc dính chặt, ảnh hưởng đến việc mở chúng. 31. Chiều cao của tháp và đường kính của tháp ảnh hưởng như thế nào đến sản lượng và chất lượng sản phẩm? Đáp: Đường kính của tháp chủ yếu ảnh hưởng đến khả năng sản xuất, còn chiều cao của tháp thì ảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm. Mối quan hệ giữa đường kính tháp và khả năng sản xuất có thể được biểu diễn bằng công thức sau. D = (v / 0,785w)^(1/2). Trong đó, D là đường kính của tháp, tính bằng mét ； v – Lưu lượng khí hơi bên trong tháp, đơn vị: m³/giây.
w – Tốc độ dòng chảy của không khí bên ngoài tháp, đơn vị: m/giây. Đối với một tháp nhất định, tốc độ dòng chảy của khí trong tháp cũng có giới hạn nhất định. Ở một tốc độ luồng khí nhất định, lưu lượng khí hơi bên trong tháp càng lớn thì đường kính tháp cần thiết cũng càng lớn ； Tương tự, đường kính của tháp càng lớn thì khả năng chứa hơi bên trong tháp cũng càng cao, tức là khả năng sản xuất cũng tăng lên. Do đó, đường kính tháp là yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng sản xuất. Chiều cao của cột, khi hiệu suất của các tấm và khoảng cách giữa các tấm đã được xác định, sẽ quyết định số lượng thực tế của các tấm trong cột. Và số tầng thực tế lại được quyết định bởi số tầng lý thuyết tối thiểu. Số lượng tầng lý thuyết tối thiểu càng nhiều, thì số lượng tầng thực tế cũng càng nhiều. Ảnh hưởng của đường kính tháp và chiều cao tháp đối với quá trình sản xuất mang tính biện chứng, không thể tách rời nhau. Ví dụ, việc tăng chiều cao của tháp có thể giúp giảm tỷ lệ tuần hoàn, từ đó nâng cao khả năng sản xuất ； Việc tăng đường kính tháp sẽ giúp tăng tỷ lệ tuần hoàn, từ đó giúp giảm chiều cao của tháp. 32. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất là gì? Đáp: Ngoài các vấn đề liên quan đến thiết bị, những yếu tố ảnh hưởng chính đến quá trình chưng cất bao gồm: nhiệt độ và áp suất trong tháp chưng cất (bao gồm phần đỉnh tháp, phần đáy tháp và một số tầng chứa có ý nghĩa đặc biệt) ； Trạng thái đầu vào ； Lượng nguyên liệu đầu vào ； Thành phần nguyên liệu đầu vào ； Nhiệt độ nguyên liệu đầu vào ； Tốc độ hơi nước di chuyển lên trong tháp và lượng nhiệt cung cấp cho nồi bay hơi ； Lưu lượng trở về ； Lượng chất làm lạnh ở đỉnh tháp ； Lượng sản phẩm thu được ở đỉnh tháp và lượng sản phẩm thu được ở đáy tháp. Việc vận hành tháp chính là điều chỉnh các yếu tố ảnh hưởng này dựa trên yêu cầu về thành phần của sản phẩm ở đỉnh và đáy tháp. 33. Sự thay đổi áp suất hoạt động của tháp chưng cất ảnh hưởng như thế nào đến quá trình chưng cất? Đáp: Thiết kế và hoạt động của tháp chưng cất đều được thực hiện trong một mức áp suất nhất định. Do đó, thông thường, người ta luôn cố gắng duy trì áp suất ở mức ổn định trong quá trình chưng cất. Sự biến động áp suất trong tháp sẽ gây ra những ảnh hưởng sau đối với hoạt động của tháp. (1) Để đảm bảo chất lượng sản phẩm và cân bằng vật chất, việc thay đổi áp suất hoạt động sẽ làm thay đổi thành phần của các pha khí và lỏng trên từng tầng trong chu trình distillation. Khi áp suất tăng lên, các thành phần có khối lượng phân tử lớn trong pha khí sẽ giảm đi; đồng thời, nồng độ của các thành phần có khối lượng phân tử nhỏ trong pha khí sẽ tăng lên ； Hàm lượng các thành phần nhẹ trong pha lỏng tăng lên; đồng thời, tỷ trọng giữa pha lỏng và pha khí cũng thay đổi, khiến lượng pha lỏng tăng lên còn lượng pha khí giảm đi. Kết quả tổng thể là: nồng độ các thành phần nhẹ trong phần hơi ở đỉnh tháp tăng lên, nhưng lượng của chúng lại giảm đi ； Nồng độ các thành phần nhẹ trong dịch nấu tăng lên, và lượng dịch nấu cũng tăng theo. Tương tự, khi áp suất giảm, lượng hỗn hợp ở đỉnh tháp sẽ tăng lên, trong khi nồng độ của các thành phần nhẹ sẽ giảm xuống ； Lượng chất lỏng trong nồi giảm, nồng độ các thành phần nhẹ cũng giảm. Trong quá trình vận hành bình thường, cần duy trì áp suất ổn định. Tuy nhiên, nếu quá trình vận hành không diễn ra bình thường và dẫn đến việc nồng độ các thành phần có khối lượng phân tử lớn trong sản phẩm ở đỉnh tháp tăng lên, thì có thể tăng áp suất vận hành một cách phù hợp để đảm bảo chất lượng sản phẩm vẫn ở mức chấp nhận được. Nhưng khi đó, lượng các thành phần có khối lượng phân tử nhỏ trong pha lỏng sẽ tăng lên. (2) Độ bay hơi tương đối giữa các thành phần: Khi áp suất tăng lên, độ bay hơi tương đối giữa các thành phần sẽ giảm xuống, dẫn đến hiệu quả tách chiết kém đi; ngược lại cũng vậy. (3) Thay đổi khả năng sản xuất của tháp: Khi áp suất tăng lên, trọng lượng riêng của các thành phần cũng tăng theo; do đó, khả năng xử lý của tháp cũng tăng lên. (4) Biến động áp suất tháp: Điều này sẽ gây ra sự rối loạn trong mối quan hệ tương ứng giữa nhiệt độ và thành phần. Trong quá trình vận hành, chúng ta thường sử dụng nhiệt độ như một tiêu chí gián tiếp để đánh giá chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, cách này chỉ đúng khi áp suất trong tháp duy trì ở mức ổn định. Khi áp suất trong tháp thay đổi, điểm sương và điểm bọt của hỗn hợp cũng thay đổi, điều này khiến cho sự phân bố nhiệt độ trong toàn bộ tháp thay đổi theo. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và chất lượng sản phẩm cũng sẽ thay đổi. Từ phân tích trên có thể thấy rằng việc thay đổi áp suất vận hành sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của toàn bộ thiết bị. Do đó, trong quá trình vận hành bình thường, cần duy trì một áp suất ổn định. Chỉ khi hoạt động bình thường của thiết bị bị gián đoạn, thì mới có thể điều chỉnh áp suất trong phạm vi cho phép, dựa trên các phân tích đã nêu. Cần lưu ý rằng, trong quá trình chưng cất, những thay đổi về lượng nguyên liệu đầu vào, thành phần của nguyên liệu đầu vào và nhiệt độ của nguyên liệu đầu vào; những thay đổi về lượng hơi nóng sử dụng để làm nóng buồng chưng cất, lượng chất được tái tuần hoàn, nhiệt độ của chất được tái tuần hoàn; cùng với tình trạng tắc nghẽn các tấm chưng cất, tất cả những yếu tố này đều có thể gây ra sự biến động áp suất trong chu trình chưng cất. Lúc này, chúng ta cần phân tích nguyên nhân gây ra sự biến động áp suất đó và xử lý kịp thời để khôi phục lại hoạt động bình thường của quy trình chưng cất. 34. Tình trạng nguyên liệu đầu vào ảnh hưởng như thế nào đến quá trình chưng cất? Đáp: Có năm loại tình trạng nguyên liệu đầu vào (1) Nguyên liệu đầu vào ở dạng lạnh ； (2) Đưa nguyên liệu vào ở điểm sôi ； (3) Nguyên liệu được trộn lẫn giữa khí và chất lỏng ； (4) Nguyên liệu là hơi nước bão hòa ； (5) Đưa hơi nước quá nhiệt vào hệ thống. Để thuận tiện cho việc phân tích, hãy coi δ là lượng nhiệt cần thiết để biến mỗi kilômol chất lỏng đầu vào thành hơi bão hòa. δ chính là nhiệt hóa hơi của mỗi kilômol chất lỏng đầu vào. Từ công thức trên có thể thấy rằng: khi chất lỏng được đưa vào ở trạng thái lạnh thì δ > 1; khi chất lỏng được đưa vào ở điểm sôi thì δ = 1; còn khi chất lỏng được đưa vào ở dạng hỗn hợp khí-lỏng thì δ = 0