Điều chỉnh áp suất trong tháp chưng cất

Thread Content

Làm thế nào để điều chỉnh áp suất trong quá trình chưng cất? Những yếu tố nào ảnh hưởng đến sự thay đổi của áp lực trên tháp? Khi vận hành bất kỳ chiếc tháp chưng cất nào, cũng cần kiểm soát áp suất trong tháp ở mức cho phép, nhằm điều chỉnh các thông số khác một cách phù hợp. Nếu dao động áp suất trong tháp quá lớn, nó sẽ làm phá vỡ sự cân bằng về chất liệu và sự cân bằng giữa khí và chất lỏng trong toàn bộ tháp. Điều này khiến sản phẩm không đạt được chất lượng yêu cầu. Vì vậy, nhiều tháp chưng cất đều có những biện pháp cụ thể để đảm bảo áp suất trong tháp ở mức ổn định và phù hợp. (1) Đối với áp suất trong tháp gia áp, có hai phương pháp điều chỉnh chính như sau: ① Khi bộ ngưng tụ ở đỉnh tháp là loại bộ ngưng tụ phân tầng, thì áp suất trong tháp thường được điều chỉnh thông qua lượng khí được thu hồi. Khi các điều kiện khác không thay đổi, lượng khí được thu hồi sẽ tăng lên, trong khi áp suất trong tháp giảm xuống ； Lượng khí được thu hồi giảm, áp suất trong tháp tăng lên. ②Khi bộ ngưng tụ ở đỉnh tháp là loại ngưng tụ toàn phần, áp suất trong tháp thường được điều chỉnh thông qua lượng chất làm lạnh, tức là tương đương với việc điều chỉnh nhiệt độ của dịch tuần hoàn. Với các điều kiện khác không thay đổi, nếu tăng lượng chất làm lạnh, nhiệt độ của dịch tuần hoàn sẽ giảm, và áp suất trong tháp cũng sẽ giảm ； Nếu giảm lượng chất làm lạnh, nhiệt độ của dịch tuần hoàn sẽ tăng lên, và áp suất trong tháp cũng tăng theo. Đối với việc kiểm soát áp suất trong tháp chưng cất giảm áp, có hai phương pháp chính như sau: ① Khi áp suất chân không trong tháp được tạo ra nhờ máy bơm phun, người ta có thể điều chỉnh mức độ chân không bằng cách điều chỉnh lượng chất làm lạnh hoặc nhiệt độ của chất làm lạnh tại bộ ngưng tụ ở đỉnh tháp. Khi các chất bị tách ra có thể tiếp xúc với không khí, trong phương án điều khiển này, máy bơm hơi sẽ hoạt động ở công suất tối đa. Van điều chỉnh được lắp trên đường ống dẫn khí ra môi trường bên ngoài; bằng cách điều chỉnh mức độ mở của van này, người ta có thể kiểm soát lượng khí thải được hút ra khỏi hệ thống, từ đó điều chỉnh mức độ chân không trong tháp. ②Khi sử dụng máy bơm chân không điện để tạo chân không, van điều chỉnh được lắp trên đường ống dẫn khí trở lại của máy bơm. Bằng cách điều chỉnh mức độ mở của van này, người ta có thể kiểm soát lượng khí thải được đưa ra khỏi hệ thống, từ đó điều chỉnh mức độ chân không trong tháp. Đối với việc kiểm soát áp suất trong tháp ở áp suất khí quyển, có ba phương pháp chính như sau: ① Khi yêu cầu về độ ổn định của áp suất ở đỉnh tháp không cao, thì không cần lắp đặt hệ thống kiểm soát áp suất. Thay vào đó, nên thiết lập một ống dẫn thông ra khí quyển trên các thiết bị chưng cất (bình ngưng hoặc bình tái tuần hoàn), nhằm đảm bảo rằng áp suất bên trong tháp gần bằng với áp suất khí quyển. ②Khi yêu cầu về độ ổn định của áp suất ở đỉnh tháp khá cao, hoặc khi chất cần được tách ra không thể tiếp xúc với không khí, thì có thể sử dụng phương pháp kiểm soát áp suất trong tháp để điều chỉnh áp suất ở đỉnh tháp. ③Dùng phương pháp điều chỉnh lượng hơi nước được cung cấp vào thân tháp để điều chỉnh áp suất pha khí trong thân tháp. Làm thế nào để điều chỉnh nhiệt độ của thùng trong quy trình chưng cất? Những yếu tố nào ảnh hưởng đến sự biến động của nhiệt độ trong nồi? Nhiệt độ của nồi được quyết định bởi áp suất trong nồi và thành phần của vật liệu. Trong quá trình chưng cất, chỉ khi duy trì nhiệt độ nồi ở mức quy định thì mới có thể đảm bảo chất lượng sản phẩm. Do đó, nhiệt độ nồi là một trong những chỉ số kiểm soát quan trọng trong quy trình chưng cất. Khi nhiệt độ trong nồi thay đổi, người ta thường điều chỉnh lượng hơi nước dùng để sưởi ấm nồi, nhằm duy trì nhiệt độ ở mức bình thường. Khi nhiệt độ trong nồi thấp hơn mức quy định, cần tăng lượng hơi sử dụng để tăng mức độ bay hơi của chất lỏng trong nồi. Điều này giúp làm tăng hàm lượng các thành phần có khối lượng phân tử lớn trong chất lỏng, từ đó nâng cao điểm sủi và nhiệt độ trong nồi. Khi nhiệt độ trong nồi vượt quá giá trị quy định, cần giảm lượng hơi nước sử dụng, nhằm giảm mức độ bay hơi của chất lỏng trong nồi. Điều này sẽ khiến hàm lượng các thành phần nhẹ trong chất lỏng tăng lên, từ đó làm giảm điểm sủi bọt và giúp hạ nhiệt độ trong nồi xuống. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự biến động nhiệt độ trong nồi. Khi áp suất trong tháp đột nhiên tăng lên, nhiệt độ của nồi cũng sẽ tăng theo, sau đó lại giảm xuống. Điều này xảy ra vì sự tăng nhiệt độ của nồi chứa là do áp suất tăng lên, khiến điểm sôi của chất lỏng trong nồi cũng tăng theo. Do đó, lượng hơi nước bay lên bên trong tháp không những không tăng lên, mà ngược lại còn giảm đi do áp suất tăng cao ； Như vậy, quá trình bay hơi của các thành phần nhẹ trong hỗn hợp bên trong tháp sẽ không diễn ra hoàn toàn. Điều này khiến điểm sôi của chất lỏng trong tháp giảm xuống, và do đó nhiệt độ của tháp cũng giảm theo. Ngược lại, khi áp suất trong tháp đột nhiên giảm, lượng hơi nước di chuyển lên trên trong tháp sẽ tăng lên do sự giảm áp suất này. Điều này khiến mực chất lỏng ở đáy tháp giảm nhanh, và như vậy các thành phần có khối lượng phân tử lớn có thể bị đưa lên đỉnh tháp. Khi thành phần của dung dịch trong nồi thay đổi, điểm sủi bọt của dung dịch sẽ tăng lên, và nhiệt độ của nồi cũng sẽ tăng theo. Như vậy, áp suất trong tháp là yếu tố quan trọng gây ra sự thay đổi nhiệt độ của nồi. Do đó, trong quá trình vận hành, cần phải kiểm soát áp suất trong tháp ở mức yêu cầu trước tiên; chỉ như vậy mới có thể xác định chính xác liệu nhiệt độ trong nồi có đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật hay không. Nếu không, điều này sẽ dẫn đến những sai sót trong quá trình vận hành. Nhiệt độ nồi cũng sẽ giảm khi nồng độ các thành phần nhẹ trong nguyên liệu tăng lên, và tăng lên khi nồng độ các thành phần nặng tăng lên. Ngoài ra, việc có nước trong nồi, sự kết tụ của chất trong nồi bay hơi làm tắc một số ống dẫn, những biến động về áp suất hơi nóng, sự hỏng hóc của các van điều tiết, cũng như sự rối loạn trong quá trình lấy chất ra khỏi nồi, tất cả những yếu tố này đều có thể gây ra sự biến động về nhiệt độ trong nồi. Khi nhiệt độ nồi thay đổi, cần phân tích nguyên nhân gây ra sự thay đổi đó và loại bỏ nó. Ví dụ, lượng chất được thu hồi từ đỉnh tháp quá ít, khiến các thành phần nhẹ bị đẩy xuống phần đáy tháp, gây ra hiện tượng nhiệt độ đáy tháp giảm. Nếu lúc này không tăng lượng chất được thu hồi từ đỉnh tháp, mà chỉ tăng lượng hơi nước dùng để làm nóng phần đáy tháp, thì điều đó không những không mang lại tác dụng gì đối với nhiệt độ của phần đáy tháp, mà trong trường hợp nghiêm trọng còn có thể gây ra hiện tượng tràn chất lỏng. Ví dụ khác, các ống trong nồi bay hơi bị tắc nghẽn do sự kết tụ của chất liệu, khiến nhiệt độ trong nồi giảm xuống. Lúc này cần phải thuê xe để kiểm tra và sửa chữa thiết bị. Làm thế nào để điều chỉnh tỷ lệ tuần hoàn trong quy trình chưng cất? Tỷ lệ tuần hoàn được xác định dựa trên yêu cầu tách chiết nguyên liệu. Tỷ lệ tuần hoàn quá cao hoặc quá thấp đều sẽ ảnh hưởng đến tính kinh tế của quy trình chưng cất và chất lượng sản phẩm. Tăng tỷ lệ tuần hoàn sẽ làm tăng nồng độ các thành phần nhẹ trong sản phẩm ở đỉnh tháp. Tuy nhiên, điều này lại làm giảm khả năng sản xuất của tháp, đồng thời làm tăng mức tiêu thụ năng lượng để làm mát ở đỉnh tháp và năng lượng cần thiết để làm nóng ở đáy tháp. Trong quá trình vận hành bình thường, cần duy trì tỷ lệ tuần hoàn phù hợp, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng thời đạt được hiệu quả kinh tế tốt nhất. Chỉ khi các điều kiện sản xuất bình thường của nhà máy bị phá vỡ hoặc chất lượng sản phẩm không đạt tiêu chuẩn, thì mới có thể điều chỉnh tỷ lệ tuần hoàn. Ví dụ, khi hàm lượng các thành phần được tái tổ hợp trong sản phẩm ở đỉnh tháp tăng lên, chất lượng sản phẩm sẽ giảm; do đó cần tăng tỷ lệ tuần hoàn một cách phù hợp. Tải trọng của tháp (lượng vật liệu đầu vào) quá thấp; để đảm bảo tốc độ dòng hơi đi lên trong tháp ở mức ổn định, cần tăng tỷ lệ tuần hoàn phù hợp. Đối với các thiết bị sản xuất quy mô lớn, khi có sự mâu thuẫn giữa các loại cấu trúc tầng phản ứng khác nhau, yêu cầu về tốc độ hơi nước di chuyển lên trên, phạm vi hoạt động của các thiết bị đo lường, và khối lượng sản xuất thực tế, thì có thể điều chỉnh tỷ lệ tuần hoàn sao cho phù hợp. Ví dụ như các tấm bảng trong tháp sử dụng van nổi: khi khả năng xử lý chỉ còn 50–60% so với khả năng thiết kế, để giúp các van nổi hoạt động trong phạm vi thích hợp, đồng thời để giữ cho phạm vi đo lường của các thiết bị nằm trong khoảng công tác phù hợp, cần tăng tỷ lệ tuần hoàn. Điều này rất quan trọng để đảm bảo sự ổn định trong quá trình sản xuất, đặc biệt đối với các nhà máy sản xuất quy mô lớn. 4. Có thể sử dụng các phương pháp sau để điều chỉnh tỷ lệ tuần hoàn: ① Giảm lượng sản phẩm được lấy ra từ đỉnh tháp nhằm tăng tỷ lệ tuần hoàn. ②Khi bộ ngưng tụ ở đỉnh tháp là loại bộ ngưng tụ phân tầng, có thể tăng lượng chất làm lạnh sử dụng ở đỉnh tháp, nhằm tăng lượng chất lỏng được ngưng tụ và từ đó tăng tỷ lệ tuần hoàn. ③Với chế độ tuần hoàn cưỡng bức có bồn chứa trung gian, lượng chất lưu được tuần hoàn có thể tăng tạm thời nhằm nâng cao tỷ lệ tuần hoàn, nhưng không được để bồn chứa trống rỗng. 5. Làm thế nào để điều chỉnh chênh lệch áp suất trong quá trình chưng cất? Chênh lệch áp suất trong tháp là yếu tố chính để đánh giá mức độ tải khí bên trong tháp; đồng thời, đây cũng là một dấu hiệu quan trọng để xác định xem quá trình chưng cất có diễn ra một cách cân bằng hay không. Khi lượng vật liệu đầu vào và đầu ra được duy trì ở mức cân bằng, và tỷ lệ tuần hoàn không thay đổi, thì áp suất trong tháp cũng sẽ gần như không thay đổi. Khi sự cân bằng vật chất bình thường bị phá vỡ, hoặc khi nhiệt độ và áp suất bên trong tháp thay đổi, điều này sẽ làm thay đổi tốc độ dòng hơi di chuyển lên trên trong tháp, cũng như chiều cao của lớp chất lỏng ngăn cách các tầng trong tháp. Điều này lại gây ra sự thay đổi về chênh lệch áp suất trong tháp. Trong quá trình chưng cất, cần điều chỉnh các yếu tố gây ra sự thay đổi áp suất trong tháp một cách phù hợp. Có ba phương pháp thường được sử dụng: ① Khi lượng nguyên liệu đầu vào không thay đổi, người ta sử dụng lượng chất lỏng được lấy ra từ đỉnh tháp để điều chỉnh áp suất trong tháp. Khi lượng sản phẩm được thu hồi nhiều, tốc độ dòng hơi di chuyển lên trong tháp sẽ giảm, và hiệu áp suất trong tháp cũng giảm theo ； Lượng khí được thu hồi giảm, tốc độ dòng hơi di chuyển lên trong tháp tăng lên, và chênh lệch áp suất trong tháp cũng tăng lên. ②Khi lượng khí được thu hồi không thay đổi, người ta sử dụng lượng liệu thô để điều chỉnh chênh lệch áp suất trong tháp. Lượng vật liệu đầu vào tăng lên, chênh lệch áp suất trong tháp cũng tăng ； Lượng vật liệu đầu vào giảm, chênh lệch áp suất trong tháp cũng giảm. ③Trong phạm vi cho phép của các chỉ số kỹ thuật, áp suất chênh lệch trong tháp được điều chỉnh bằng cách thay đổi nhiệt độ của nồi. Tăng nhiệt độ nồi, chênh lệch áp suất trong tháp tăng lên ； Giảm nhiệt độ nồi, sự chênh lệch áp suất trong tháp giảm. Đối với những thay đổi về chênh lệch áp suất do sự cố của thiết bị, cần xử lý từng trường hợp cụ thể; trong trường hợp nghiêm trọng thì cần ngừng máy để kiểm tra và sửa chữa. 6. Làm thế nào để điều chỉnh nhiệt độ ở đỉnh tháp trong quá trình chưng cất? Nhiệt độ ở đỉnh tháp là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm ở đỉnh tháp. Khi áp suất trong tháp không thay đổi, nếu nhiệt độ ở đỉnh tháp tăng lên, hàm lượng các thành phần có khối lượng phân tử lớn trong sản phẩm thu được từ đỉnh tháp sẽ tăng lên, khiến chất lượng sản phẩm giảm sút. Có hai phương pháp chính để điều chỉnh nhiệt độ ở đỉnh tháp: một là giữ nguyên lượng chất lưu trở lại, và điều chỉnh nhiệt độ của chất lưu này ； Một cách là giữ nguyên nhiệt độ tuần hoàn, điều chỉnh lượng chất được tuần hoàn. Do các thiết bị sản xuất ngày càng có quy mô lớn hơn, để đảm bảo tính ổn định trong quá trình sản xuất, phương pháp điều chỉnh lượng chất lưu trở về đã được sử dụng rộng rãi. Các phương pháp điều chỉnh cụ thể như sau: ① Dùng lượng chất lưu trở về để kiểm soát nhiệt độ đỉnh. Lưu lượng chảy ngược tăng lên, nhiệt độ ở phía trên giảm xuống; phương pháp điều chỉnh này thường được sử dụng khi phần trên cùng của tháp là bộ ngưng tụ hoàn toàn. ②Khi chất lạnh được sử dụng ở đỉnh tháp xảy ra sự thay đổi pha trong quá trình truyền nhiệt, có thể điều chỉnh nhiệt độ ở đỉnh tháp bằng cách điều chỉnh áp suất bay hơi của chất lạnh và nhiệt độ tại đỉnh tháp. Áp suất bay hơi giảm, nhiệt độ bay hơi tương ứng cũng giảm, khiến nhiệt độ ở phía trên giảm xuống. Phương pháp này có thể thay đổi lượng chất được đưa trở lại khi bộ ngưng tụ ở đỉnh tháp là bộ ngưng tụ phân tầng ； Khi bộ ngưng tụ ở đỉnh tháp có tác dụng làm lạnh quá mức, nó cũng có thể được sử dụng để thay đổi nhiệt độ tuần hoàn. ③Khi chất lạnh ở đỉnh tháp không xảy ra sự thay đổi pha trong quá trình truyền nhiệt, có thể sử dụng việc điều chỉnh lưu lượng chất lạnh và nhiệt độ ở đỉnh tháp để kiểm soát nhiệt độ đó. Nếu lưu lượng tăng, nhiệt độ đỉnh sẽ giảm. Phương pháp này vừa có thể thay đổi lượng chất lưu trở lại, vừa có thể thay đổi nhiệt độ của chất lưu trở lại. ④Điều chỉnh nhiệt độ ở đỉnh tháp bằng diện tích trao đổi nhiệt của bộ ngưng tụ ở đỉnh tháp. Nâng mức chất lỏng làm mát, diện tích trao đổi nhiệt tăng lên, nhiệt độ ở phía trên giảm xuống. Phương pháp này vừa có thể thay đổi lượng chất lưu trở lại, vừa có thể thay đổi nhiệt độ của chất lưu trở lại. ⑤Khi nồng độ chất trong giai đoạn chưng cất khá cao, có thể sử dụng sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai tấm để điều chỉnh nhiệt độ ở phía trên. Độ chênh lệch nhiệt độ tăng lên, lượng chất lỏng tuần hoàn cũng tăng theo, trong khi nhiệt độ ở phía trên giảm xuống.