化工單元操作概念匯總

1.壓力

絕對(duì)壓力、表壓、真空度

MPaA—絕壓

MPaG—表壓

表壓=絕壓-大氣壓

真空度（數(shù)值）=大氣壓-絕壓

宇宙的絕壓，大氣壓，表壓各位多少？

2.物料衡算：輸入物質(zhì)質(zhì)量＝輸出物質(zhì)質(zhì)量+累積物質(zhì)質(zhì)量

對(duì)于連續(xù)操作過程中，各物料質(zhì)量不隨時(shí)間變化，即處于穩(wěn)定操作狀態(tài)時(shí)，過程中無物料累積，此時(shí)物料衡算關(guān)系為：輸入物質(zhì)質(zhì)量＝輸出物質(zhì)質(zhì)量

3.進(jìn)料溫度

一般而言，精餾塔進(jìn)料有五種熱狀況：溫度低于泡點(diǎn)的冷液體、泡點(diǎn)下的飽和液體、溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)的氣液混合物、露點(diǎn)下的飽和蒸氣、溫度高于露點(diǎn)的過熱蒸氣。

由于不同進(jìn)料熱狀的不同，從進(jìn)料板上升蒸氣量及下降液體量不同，也即上升到精餾段的蒸氣量及下降到提餾段的液體量不同。如果冷進(jìn)料即進(jìn)料溫度顯著低于加料板上溫度的話，則所進(jìn)的料全部進(jìn)入提餾段；如果是過熱蒸氣進(jìn)料即進(jìn)料溫度高于加料板上溫度，則所進(jìn)的物料全部進(jìn)精餾段。

碳五分離裝置塔進(jìn)料溫度以接近進(jìn)料板溫度為宜。

4.泡點(diǎn)和露點(diǎn)

bubbling point

泡點(diǎn)：液體混合物處于某壓力下開始沸騰的溫度，稱為在這壓力下的泡點(diǎn)。

若不特別注明壓力的大小，則常常表示在0.101325MPa下的泡點(diǎn)。泡點(diǎn)隨液體組成而改變。對(duì)于純化合物，泡點(diǎn)也就是在某壓力下的沸點(diǎn)。

一定組成的液體，在恒壓下加熱的過程中，出現(xiàn)第一個(gè)氣泡時(shí)的溫度，也就是一定組成的液體在一定壓力下與蒸氣達(dá)到汽液平衡時(shí)的溫度。泡點(diǎn)隨液相組成和壓力而變。當(dāng)泡點(diǎn)與液相組成的關(guān)系中，出現(xiàn)極小值或極大值時(shí)，這極值溫度相應(yīng)稱為最低恒沸點(diǎn)或最高恒沸點(diǎn)，這時(shí)，汽相與液相組成相同，相應(yīng)的混合物稱為恒沸混合物。汽液平衡時(shí)，液相的泡點(diǎn)即為汽相的露點(diǎn)。

露點(diǎn)：氣溫愈低，飽和水氣壓就愈小。所以對(duì)于含有一定量水汽的空氣，在氣壓不變的情況下降低溫度，使飽和水汽壓降至與當(dāng)時(shí)實(shí)際的水汽壓相等時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)。補(bǔ)充：當(dāng)該溫度低于零攝氏度時(shí)，又稱為霜點(diǎn)。

5.回流量

回流比：塔頂回流量與產(chǎn)出量的比值。

在操作過程中，一般保持回流比不變，當(dāng)進(jìn)料量發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整回流量以保持回流比不變。只有當(dāng)頂液、釜液都不合格時(shí)，即分離度不夠時(shí)，才會(huì)考慮是否調(diào)整回流比。如果只是塔頂或塔釜物料不合格，往往是物料不平衡所致，不是塔頂采出量大了，就是塔釜采出量大了。

提高回流比，可以提高分離度，但是，會(huì)增加蒸汽、電的消耗。如果回流比大大超過工藝需要，造成質(zhì)量過剩，則是不經(jīng)濟(jì)的。

6.塔釜液位

無論那一種精餾操作，都要保持塔釜液位基本穩(wěn)定。塔釜液體與再沸器管程中液體（含有汽泡）存在密度差，塔釜液位足夠高且保持穩(wěn)定是推動(dòng)熱虹吸的物理基礎(chǔ)。一般而言，塔釜液位與釜液流量采用串級(jí)均勻控制。

在日常操作中，要正確處理好塔釜液位與其它工藝條件的關(guān)系。塔運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)料量、進(jìn)料組成、塔頂采出量、釜溫等條件相對(duì)穩(wěn)定，那么塔釜采出量也應(yīng)該穩(wěn)定。但是，在實(shí)際操作中，上述條件總是會(huì)發(fā)變化或波動(dòng)，相應(yīng)地也會(huì)引起釜液組成、液位的變化。例如，當(dāng)釜溫降低時(shí)，則釜液中輕組份增加，液位趨于上升，這時(shí)不能簡(jiǎn)單地增加釜液采出量，而是應(yīng)該首先提高釜溫，使釜溫符合工藝要求。當(dāng)進(jìn)料中重組份增多，則會(huì)引起釜溫和塔釜液位上升，這時(shí)，要適時(shí)提高釜液采出量。

7.飽和蒸汽壓

蒸氣壓指的是在液體（或者固體）的表面存在著該物質(zhì)的蒸氣，這些蒸氣對(duì)液體表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)就是該液體的蒸氣壓。 比如，水的表面就有水蒸氣壓，當(dāng)水的蒸氣壓達(dá)到水面上的氣體總壓的時(shí)候，水就沸騰。我們通常看到水燒開，就是在100攝氏度時(shí)水的蒸氣壓等于一個(gè)大氣壓。蒸氣壓隨溫度變化而變化，溫度越高，蒸氣壓越大，當(dāng)然還和液體種類有關(guān)。一定的溫度下，與同種物質(zhì)的液態(tài)(或固態(tài))處于平衡狀態(tài)的蒸氣所產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫飽和蒸氣壓，它隨溫度升高而增加。飽和蒸氣壓是物質(zhì)的一個(gè)重要性質(zhì)，它的大小取決于物質(zhì)的本性和溫度。 飽和蒸氣壓越大，表示該物質(zhì)越容易揮發(fā)。

影響因素

當(dāng)氣液或氣固兩相平衡時(shí)，氣相中A物質(zhì)的氣壓，就為液相或固相中A物質(zhì)的飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱蒸氣壓。下面為影響因素：

1.對(duì)于放在真空容器中的液體，由于蒸發(fā)，液體分子不斷進(jìn)入氣相，使氣相壓力變大，當(dāng)兩相平衡時(shí)氣相壓強(qiáng)就為該液體飽和蒸汽壓，其也等于液相的外壓；溫度升高，液體分子能量更高，更易脫離液體的束縛進(jìn)入氣相，使飽和蒸氣壓變大。

２.一般討論的蒸氣壓都為大量液體的蒸氣壓，但是當(dāng)液體變?yōu)楹苄〉囊旱问?，且液滴尺寸越小，由于表面張力而產(chǎn)生附加壓力越大，而使蒸氣壓變高（這也是形成過熱液體，過飽和溶液等亞穩(wěn)態(tài)體系的原因）。所以蒸氣壓與溫度，壓力，物質(zhì)特性，在表面化學(xué)中液面的曲率也有影響.

如果在液相上面加一活塞，將不會(huì)有蒸氣壓產(chǎn)生，因?yàn)榇藭r(shí)沒有氣相存在。

8.揮發(fā)度、相對(duì)揮發(fā)度

揮發(fā)度表示物質(zhì)（組分）揮發(fā)的難易程度。組分互溶的混合液的揮發(fā)度是組分在平衡氣相中的分壓與其在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)之比，稱為該組分的揮發(fā)度。

液體混合物中兩組分的揮發(fā)度之比，稱為相對(duì)揮發(fā)度。也是液體混合物中兩組分的相平衡比的比值。組分 A對(duì)組分B的相對(duì)揮發(fā)度xAB可表示為：

αAB＝KA/KB　　　　　　　　　 (1)

式中KA和KB分別為組分A和B的相平衡比（見傳質(zhì)分離過程）。同一混合液中，揮發(fā)性大的組分，一般相平衡比大,故易揮發(fā)組分對(duì)難揮發(fā)組分的相對(duì)揮發(fā)度大于1；反之則小于1。根據(jù)相平衡比的定義，式(1)可改寫為：

　　　　　　　　 (2)

式中yA和xA分別為組分A在汽相和液相中的摩爾分率;yB和xB分別為組分 B在汽相和液相中的摩爾分率?！?/p>

當(dāng)混合物中液相為理想溶液且汽相為理想氣體時(shí)，應(yīng)用拉烏爾定律和道爾頓分壓定律，可由式(2)導(dǎo)出：

αAB =p

/p

式中p和p分別為組分A和B的飽合蒸氣壓。此時(shí)相對(duì)揮發(fā)度為兩組分的飽和蒸氣壓(純組分揮發(fā)性的一種度量)之比。對(duì)于理想系統(tǒng)，相對(duì)揮發(fā)度與混合液的組成和溫度關(guān)系很小，工程上可視為常數(shù)。但強(qiáng)非理想系統(tǒng)的濃度對(duì)相對(duì)揮發(fā)度有較大的影響。此外，在工業(yè)上有時(shí)還在混合液中加入某種添加物來增大待分離組分間的相對(duì)揮發(fā)度，使難以用普通蒸餾分離的混合液變得易于進(jìn)行分離。這就是萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾等特殊精餾的基本依據(jù)。

9.液泛
　　氣、液兩相在塔內(nèi)總體上呈逆行流動(dòng)，并在塔板上維持適宜的液層高度，氣、液兩相適宜接觸狀態(tài)，進(jìn)行接觸傳質(zhì)。如果由于某種原因，使得氣、液兩相流動(dòng)不暢，使板上液層迅速積累，以致充滿整個(gè)空間，破壞塔的正常操作，稱此現(xiàn)象為液泛，如圖42所示。根據(jù)液泛發(fā)生原因不同，可分為兩種不同性質(zhì)的液泛。

塔內(nèi)氣相靠壓差自下而上逐板流動(dòng)，液相靠重力自上而下通過降液管而逐板流動(dòng)。顯然，液體是自低壓空間流至高壓空間，因此，塔板正常工作時(shí)，降液管中的液面必須有足夠的高度，以克服兩板間的壓降而流動(dòng)。若氣液兩相中之一的流量增大，使降液管內(nèi)液體不能順利下流，管內(nèi)液體增高到越過溢流堰頂部，于是兩板間液體相連，該層塔板產(chǎn)生積液，并依次上升，這種現(xiàn)象稱為液泛，亦稱淹塔。此時(shí)，塔板壓降上升，全塔操作被破壞，操作時(shí)應(yīng)避免液泛發(fā)生。

對(duì)一定的液體流量，氣速過大，氣體穿過板上液層時(shí)，造成兩板間壓降增大，使降液管內(nèi)液體不能下流而造成液泛。液泛時(shí)的氣速為塔操作的極限速度。從傳質(zhì)角度考慮，氣速增高，氣液間形成湍動(dòng)的泡沫層，使傳質(zhì)效率提高，但應(yīng)控制在液泛速度以下，以進(jìn)行正常操作。

當(dāng)液體流量過大時(shí)，降液管的截面不足以使液體通過，管內(nèi)液面升高，也會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。

影響液泛速度的因素除氣液流量和流體物性外，塔板結(jié)構(gòu)，特別是塔板間距也是重要參數(shù)，設(shè)計(jì)中采用較大的板間距，可提高液泛速度。

10.霧沫夾帶

上升氣流穿過塔板上液層時(shí)，將板上液體帶入上層塔板的現(xiàn)象稱為霧沫夾帶。霧沫生成故然可增大氣液兩相的傳質(zhì)，但過量的霧沫夾帶造成液相在塔板間的返混，進(jìn)而導(dǎo)致塔板效率嚴(yán)重下降。為了保證板式塔能夠維持正常的操作效果，生產(chǎn)中將霧沫夾帶限制在一定限度以內(nèi)，規(guī)定每公斤上升氣體夾帶到上層塔板的液體量不超過0.1公斤。

影響霧沫夾帶量的因素很多，最主要的是空塔氣速和塔板間距?？账馑僭龈?，霧沫夾帶量增大；板間距增大，可使霧沫夾帶量減少。

過量霧沫夾帶液泛
　　霧沫夾帶造成返混，降低塔板效率。少量夾帶不可避免，只有過量的夾帶才能引起嚴(yán)重后果。液沫夾帶有兩種原因引起，其一是氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板?？梢?，增加板間距可減少夾帶量。另一種原因是氣相運(yùn)動(dòng)是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動(dòng)，此時(shí)增加板間距不會(huì)奏效。隨氣速增大，使塔板阻力增大，上層塔板上液層增厚，塔板液流不暢，液層迅速積累，以致充滿整個(gè)空間，即液泛。由此原因誘發(fā)的液泛為液沫夾帶液泛。開始發(fā)生液泛時(shí)的氣速稱之為液泛氣速

。

　　　　

圖 42塔板液泛　 　　　　　　　　圖 43塔板漏液

　　·降液管液泛
　　當(dāng)塔內(nèi)氣、液兩相流量較大，導(dǎo)致降液管內(nèi)阻力及塔板阻力增大時(shí)，均會(huì)引起降液管液層升高。當(dāng)降液管內(nèi)液層高度難以維持塔板上液相暢通時(shí)，降液管內(nèi)液層迅速上升，以致達(dá)到上一層塔板，逐漸充滿塔板空間，即發(fā)生液泛。并稱之為降液管內(nèi)液泛。兩種液泛互相影響和關(guān)相。其最終現(xiàn)象相同。

11.漏液

當(dāng)上升氣體流速減小，氣體通過升氣孔的動(dòng)壓不足以阻止板上液體經(jīng)升氣孔流下時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。錯(cuò)流型的塔板在正常操作時(shí)，液體應(yīng)沿塔板流動(dòng)，在板上與垂直向上流動(dòng)的氣體進(jìn)行錯(cuò)流接觸后由降液管流下。漏液發(fā)生時(shí)，液體經(jīng)升氣孔流下，必然影響氣液在塔板上的充分接觸，使塔板效率下降，嚴(yán)重的漏液會(huì)使塔板不能積液而無法操作。為保證正常操作，漏液量應(yīng)不大于液體流量的10%。

造成漏液的主要原因是氣速太小和板面上液面落差所引起的分布不均，在塔板入口的厚液液層處往往出現(xiàn)漏液，所以常在塔板入口處留出一條不開孔的安定區(qū)。

板式塔少量漏液不可避免，當(dāng)氣速進(jìn)一步降低時(shí)，漏液量增大，導(dǎo)致塔板上難以維持正常操作所需的液面，無法操作。此漏液為嚴(yán)重漏液，如圖43所示，稱相應(yīng)的孔流氣速為漏液點(diǎn)氣速。

12.塔板壓降

上升的氣流通過塔板時(shí)需要克服以下幾種阻力：塔板本身的干板阻力（即板上各部件所造成的局部阻力）、板上充氣層的靜壓強(qiáng)和液體的表面張力。氣體通過塔板時(shí)克服這三部分阻力就形成了該板的總壓強(qiáng)降。

氣體通過塔板時(shí)的壓強(qiáng)降是影響板式塔操作特性的重要因素。因氣體通過各層塔板的壓強(qiáng)降直接影響到塔底的操作壓強(qiáng)。若塔板壓降過大，對(duì)于精餾操作，則釜壓要高，特別對(duì)真空精餾，塔板壓降則成為主要性能指標(biāo)，因塔板壓降增大，導(dǎo)致釜壓升高，便失去了真空操作的特點(diǎn)。

然而，從另一方面分析，對(duì)精餾過程，若干板壓降增大，一般可使板效率提高。板上液層適當(dāng)增厚，氣液傳質(zhì)時(shí)間增長(zhǎng)，顯然效率也會(huì)提高，但使塔板壓降增大。因此，進(jìn)行塔板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮，在保證較高板效率的前提下，力求減小塔板壓降，以降低能耗及改善塔的操作性能。

有資料統(tǒng)計(jì)，在常壓塔中每層塔板的壓力降在400-666帕，或3-5mmHg。

13.精餾裝置

精餾塔，塔釜再沸器，塔頂冷凝器。

連續(xù)精餾在塔體某一塊塔板上進(jìn)料，這一塊板稱為進(jìn)料板。進(jìn)料板把塔分成上下兩段，進(jìn)料板以上稱為精餾段，進(jìn)料板以下（包括進(jìn)料板）稱為提餾段。