成功的蒸馏放大项目有什么共同之处?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、化学相互作用和设备需要以非线性方式改变。合格的工程师应考虑以下关键步骤:
- 气液平衡
- 列操作目标
- 运营压力
- R/Dmin、Nmin和进料阶段估计
- 柱的直径和高度
我们的蒸馏设计专家，Terry Tolliver，穿过以下每个实用蒸馏柱设计和尺寸步骤。
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精馏塔设计简介：
蒸馏用于基于其相对沸点分离饲料混合物中的组分。简单的连续列可以使两个组件之间的分离成两个产品流。在多组分系统中，将要分离的两个主要部件指定为光和重键。光键是顶部产物流中更大纯度的挥发性组分，并且重键是底部产物流中纯度较小的挥发性组分。
气液平衡
所有的起点柱设计其基础是准确确定待分离关键组分的相对挥发性。使用质量和能量平衡模拟程序，如Aspen Hysys®，用户必须通过选择适当的流体包和饲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，用于关联非理想组件交互。
列操作目标
列设计的第一步是指定列的操作目标。这些由初级产品组合物定义，以及来自废物，再循环或不太重要的副产物流的产品的最佳回收。这些规格应在顶部流中的重键杂质和底部流中的光键杂质方面。
运营压力
一旦指定了顶流和底流的成分，就可以在不同的压力下确定顶流的露点和底流的沸点。由于必须对顶部蒸汽进行冷凝，而对底部液体进行再煮沸，因此应选择允许可用设施之间可接受的温差的操作压力。
用于冷凝的冷却塔水通常在90华氏度(夏季最恶劣的温度)供应，并在120华氏度回流，以避免冷凝器结垢。可用城市水、河水或冷冻水来提供较低的冷却剂温度。蒸汽、热油或电加热器都是用于再沸的典型设备。蒸汽供应压力决定了可用的加热温度，范围为30 psig蒸汽在250°f和更高的压力蒸汽高达500°f。热油或电加热器通常用于提供400度以上的温度范围。
当可能时，柱的大气或压力操作是优选的，以避免需要真空系统。然而，另一个考虑因素是元件热敏性，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，相对挥发性在较低压力下也得到改善。
r / dmin＆nmin和饲料阶段估计
使用仿真程序，基于总回流操作的快捷过程允许确定最小回流比（R / Dmin）和最小数量的理想分离阶段（nmin）。使用最小回流比的实际回流比为1.2倍，允许估计最佳的阶段以及适当的进料阶段。
现在可以通过指定以下内容：顶部和底层产品组合物，阶段数，进料阶段和顶部和底部压力来实现对给定进料速率和组合物的蒸馏的严格模拟。（列中的压降可以最初估计为每阶段0.1 psi。）
这个模拟的参数案例应该用来验证估计的级和进料位置。在塔的提馏段和精馏段加减段。这样做，直到所需的回流比大约是最小回流比的1.2倍，或者对特定列来说，效用使用和级数之间的权衡似乎是最优的。当使用更多的总级时，所需的再锅炉负荷将减少，直到收益递减，如图1a所示。随着进料阶段的变化，将需要如图1b所示的最小再锅炉负荷。
柱的直径和高度
此时，蒸馏过程已经确定，塔的直径和高度还有待确定。从模拟程序中选择的设计案例提供了塔的每个阶段的内部液体和蒸汽流动及其物理性质。选择柱径以提供可接受的表面蒸汽速度，或“Fs因子”。这定义为蒸汽速度(ft/sec)乘以蒸汽密度的平方根(lb/ft3)，液体负载定义为体积流速(gal/min)除以柱的横截面积(ft2)。塔内构件可以选择作为塔板或填料。盘形柱必须避免水浸、渗水和降液管堵塞。填料塔必须避免浸水，尽量减少表面湿润和分布不均。表1提供了各种托盘的典型参数值范围。
表格1
托盘间距通常是一个柱直径(或2.0英尺最大)。因此，一个大直径的塔，需要10个理想的阶段，以50%的效率，将需要20个实际塔板，两英尺间距。
包装选择包括各种类型的随意倾倒包装或结构包装。表2提供了各种类型的倾倒包装的典型参数值范围。
表2
Hetp是“高度相当于理论板”，或者包装的高度提供理想的分离阶段。需要10个理想阶段的大直径柱需要30英尺的1“马鞍包装，以及液体分布的空间。当需要更理想的阶段时，应将包装分成不超过10个理想阶段的部分，其中蒸气和液体再分配。
小直径的色谱柱必须使用更小的填料尺寸，因此产生的HETP明显更小，通常小于色谱柱直径。规整填料也提供更小的HETP值和更小的压降。
柱的实际高度应包括基于从底部托盘的内部液体流动的50％水平提供大约2-3分钟的储存。此外，应在每个蒸汽或液体分布点处提供两柱直径（或2英尺最大）的蒸气空间，并且在顶托上方提供。
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相关链接：
- 蒸馏项目规划指南
- 史诗的蒸馏系统功能
- 一份方便的骗子为设计比率
- Costello的解释基本设计原则
参考文献
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- 化学与过程设备:选择与设计，第二版，James Cooper et al.， 2005。
- 蒸馏设计，亨利·基斯特等人，1992。
- Hysys®操作指南，2005
作者：Terry Tolliver博士，P.E.-
他在过程控制、模拟、操作、故障排除和优化方面拥有40多年的经验。他持有the Missouri University of Science and Technology的化学工程学士、硕士和博士学位。他自1974年以来持有PE，是Solutia/Monsanto的退休高级研究员。托利佛博士发表了几篇关于精馏塔设计和控制的论文。他被公认为这一领域的杰出专家。
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