成功的蒸馏扩大项目有什么共同点?项目经理必须理解并确定项目成功的五个关键设计元素。随着产量的增加，成本、化学反应和设备需要以非线性的方式变化。合格的工程师应该考虑以下关键步骤:
- 气液平衡
- 列操作目标
- 操作压力
- R/Dmin和Nmin和饲料阶段估计
- 柱子的直径和高度
我们的蒸馏设计专家，Terry Tolliver，通过这些实用的蒸馏塔设计和尺寸步骤下面。
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蒸馏塔设计简介:
蒸馏是根据原料混合物的相对沸点来分离组分的方法。一个简单的，连续的色谱柱可以将两个组分分离成两个产品流。在多组分系统中，要分离的两个主要组分被称为轻键和重键。轻关键是在顶部产品流中纯度更高的挥发性成分，重关键是在底部产品流中纯度更高的挥发性成分较少。
气液平衡
一切的起点列设计所依据的是准确地确定要分离的关键组分的相对挥发性。使用质量和能量平衡模拟如Aspen Hysys®等程序，用户必须通过选择合适的流体包和进料中存在的组件来建立模拟的基础。活动系数，由程序估计或由用户提供，用于联系非理想的组件交互。
列操作目标
列设计的第一步是指定列的操作目标。这些是由初级产品组成和从废物、再循环或不太重要的副产品流中对产品的最佳回收来定义的。这些规格应该是根据上游的重杂质和下游的轻杂质来确定的。
操作压力
一旦指定了顶部和底部流组合物，可以在各种压力下确定顶部流的露点和底部流的沸点。应选择操作压力，以便在可用的实用程序之间可接受的温度差异，因为架空蒸汽必须冷凝并再沸腾再沸腾。
用于冷凝的冷却塔水通常以90华氏度(最坏的夏季温度)供应，返回时为120华氏度，以避免冷凝器污染。可用城市水、河水或冷冻水来提供较低的冷却剂温度。蒸汽、热油或电加热器是用于再沸的典型设施。蒸汽供应压力决定可用的加热温度，在250华氏度的30 psig蒸汽范围和更高的压力蒸汽高达500华氏度。热油或电加热器通常用于提供超过400华氏度的温度范围。
在可能的情况下，优选常压或压力操作的塔，以避免需要真空系统。然而，另一个考虑因素是组件的热敏性，这可能需要较低的压力操作，以避免污垢、产品变色或分解。通常在较低的压力下，相对挥发性也会得到改善。
R/Dmin和Nmin及进料阶段估算
利用模拟程序，基于全回流操作的快捷程序允许确定最小回流比(R/Dmin)和最小理想分离级数(Nmin)。使用1.2倍的实际回流比，最小回流比将允许估计最佳的级数和一个适当的进料级。
在给定的进料速率和成分下，可以通过指定以下参数来严格模拟蒸馏过程:顶部和底部产品组成、级数、进料级和顶部和底部压力。(整个柱的压降最初估计为每级0.1 psi。)
应使用该模拟的参数案例来验证估计的阶段数量和馈送位置。从柱的剥离和整流部分添加和减去阶段。执行此操作，直到所需的回流比率大约为最小回流比的1.2倍，或者实用程序使用与阶段之间的折价显示特定列最佳。随着使用总阶段的总阶段，如图1A所示，返回递减率下降将降低所需的再沸器占空税。随着进料阶段的变化，如图1B所示所示所需的最小再沸器占空比。
柱子的直径和高度
此时，蒸馏过程明确，留下塔直径和高度。来自仿真程序的所选设计案例为列的每个阶段提供内部液体和蒸汽流量及其物理性质。选择柱直径以提供可接受的浅表蒸气速度或“FS因子”。这被定义为蒸汽速度（FT / SEC）乘以蒸汽密度（LB / FT3）的乘以液体，并且被定义为体积流量（GAL / min）的液体加载，其除以柱的横截面积（FT2）。柱内部可以选择作为托盘或包装。托盘柱必须避免洪水，哭泣和降低者备份。包装柱必须避免洪水，最小表面润湿和混合分布。表1提供了各种类型托盘的典型参数值范围。
表1
托盘间距通常为一列直径（或2.0英尺最大）。因此，大直径柱，需要10％的理想阶段，效率为50％，需要20英尺间隔的20个实际托盘。
包装选择包括各种类型的随机倾倒包装或结构包装。表2提供了各种类型的转储包装的典型参数值的范围。
表2
HETP是“相当于理论板的高度”，或提供理想分离阶段的填料高度。一个需要10个理想级的大直径柱需要30英尺的1”马鞍填料，加上液体分布的空间。当需要更多的理想级时，填料应该被分成不超过10个理想级的部分，蒸气和液体在中间重新分布。
必须在小直径柱中使用更小的填充尺寸，所得到的HETP明显较小，通常小于柱直径。结构化包装还提供更小的Hetp值和更少的压降。
塔的实际高度应该包括一个能提供大约2-3分钟含率的油底壳容积，在50%的水平，根据从底部塔盘流出的内部液体。同时，在每个蒸汽或液体分布点和顶部塔板上方，应提供两塔直径的蒸汽空间(或最大2英尺)。
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相关链接:
参考
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- 化学和工艺设备：选择和设计，第二辑。，詹姆斯库珀等。al。，2005年。
- 蒸馏设计，亨利·基斯特等，1992。
- Hysys®操作指南，2005
作者:Terry Tolliver医生，体育
Tolliver博士在过程控制，仿真，操作，故障排除和优化方面拥有40多年的经验。他在密苏里州科技大学的化学工程中持有BS，MS和PHD。自1974年以来，他举办了PE，是来自Solutia / Monsanto的退休高级研究员。Tolliver博士在蒸馏塔设计和控制上发表了几篇论文。他被认为是该领域的杰出专业人士。
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