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精馏塔设计--蒸馏夹点



 
蒸馏夹点

Distillation Pinch point:
    精馏塔蒸馏过程也会出现夹点现象,从二元蒸馏图可知, 当操作线逼近平衡线时, 在二线之间的阶梯将变得越来越小, 当操作线和平衡线相交时, 即为最小回流比状况, 需要无穷多理论板才能完成指定的分离要求, 该交点即称为蒸馏夹点。
    当夹点蒸馏发生时, 这些板几乎不起什么分离作用, 此外当所分离的组分为非理想体系时, 平衡关系曲线出现非常规的现象, 如极性物质的分离中, 也易于出现蒸馏夹点。

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    最佳进料板位置应当跨过两条操作线的交点。但若按照实际情况作图时,跨越操作线可能过早或过晚,即实际进料板位置并不一定位于最佳进料位置上。
    提馏段操作线、精馏段操作线和平衡线的交点处都会形成夹点,分别称为上、下夹点。
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    假设作图时从塔顶开始画阶梯,图(a)给出了跨越点过早的情况,因为此时进料板位于4,5板之间。图(b)给出了跨越点过晚的情况,因为此时进料板位于8,9板之间。

    由于进料位置不当,引起出现蒸馏夹点!
    此时代表一定数量的塔板只起到很小的分离作用,实际上这些塔板大多是白白浪费掉了。
    夹点的出现,会引起塔板数成指数倍数的增长,其数量往往大大超出人们的预期,只要塔板数未满足要求,规定的分离要求便无法完成。在夹点附近操作是十分危险的,因而在塔设计中一个重要的原则便是必须远离夹点区。
夹点克服措施
 
  对于一个已有的蒸馏塔,由于设备的原因,进料位置往往很难改变。若存在夹点,就只能通过提高回流比和再沸量来进行补救。这一措施将使得操作线和平衡线距离拉大,则它们之间的阶梯变大,此时可在不改变进料位置的条件下达到规定的分离要求。
  增加回流和再沸量来克服夹点是以能耗增加为代价的。它将引起塔内较大的气相和液相流量。
  当塔的冷凝器和再沸器已经接近其操作限度时,则只能依靠减小塔的进料量才能保证分离要求。出现夹点蒸馏, 可以通过增加回流比和再沸气体量来予以补救, 但会引起能耗的增加。
  若冷凝器和再沸器能力已达其处理量的极限, 无法再进一步提高时, 则只能通过降低塔的进料量以避开夹点。
夹点特点及现象

    在实际生产装置上,当连续的某段塔板上的温度变化很小时,尤其是靠近进料板附近的一段塔板,便是蒸馏夹点出现的迹象。
 当然该现象也可能是液泛、干板或板效率极其低下的反映。
 蒸馏夹点的一个十分明显的特点是当回流比和再沸量增加时,塔板间的温度差增大,操作转为正常。
 蒸馏塔干板现象是蒸馏夹点的一个特例,此时板上的液相流量为零,操作线的斜率为零,并且在和平衡线相交之前一直成水平线。

 
切线夹点

    对于正常形状、无拐点的相平衡线,蒸馏夹点出现在两条操作线和q-线的相交点。
    而当相平衡线出现拐点时,如下图的情况,此时夹点会出现在相平衡线拐点的切线上,而非两条操作线和q-线的相交点上。这一特殊状况即称为切线夹点。
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恒浓区 invariant zone

    蒸馏夹点出现时,进料板的上下两侧无论是气相组成还是液相组成都不再随板数的变化而变化,此时出现的组成不变的区域称为恒浓区。
    故恒浓区的出现是判断蒸馏夹点存在的一个依据!

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