操作弹性是指上升
气体速度的最小允许值(
负荷下限)到最大允许值(负荷上限)之间的范围。上升气体速度在此范围内变动时,
精馏塔能在一定的
分离效果下,维持正常操作。
负荷性能图
板式塔的负荷性能图是用以表示塔盘上气液两相能正常流通、且保持相当塔板效率的稳定操作范围。超越此范围,塔的正常操作就遭到破坏。气液流量、物系性质、塔板结构等因素都会影响塔的操作。
在负荷性能图上,不同类型的塔盘,有不同的界限曲线。对于溢流式无升气管的塔盘(如筛板、浮阀或舌形等),可用下列一些曲线来确定其稳定操作区(图2-30)。
(1)气相下限操作线。例如筛板塔、舌形塔的漏液线,浮阀塔的下限阀孔动能因子线等。低于此线时,气液相间不能正常接触。
(2)过量雾沫夹带线。气速超过此线时,雾沫夹带过量而使塔板效率降低过多(一般精馏的雾沫夹带允许限为0.1kg/kg上升气)。
(3)液相下限线。当塔盘上的液体流量过小,使堰上液流高度小于6mm时,就不能保证液流在塔盘上均匀分布。
(4)液相上限线。如果液体在降液管内的停留时间不足,泡沫未能分离而引起泡沫夹带,此即所谓气相返混,因而降低了塔板效率。
(5)液泛线。气液流量超过此线则造成液泛。这是由于气液流量过大时,使气相通过一层塔板的压力降过大,同时液相通过降液管的推动力减小、阻力增大,引起降液管液泛,破坏塔的正常操作。
图中各曲线所围成的阴影区域,表示塔盘的稳定操作区。然而各线的相对位置会因塔盘型式的不同而改变,即使同一塔型,结构参数的变化也会引起图线的移动。例如降液管设计得太小,液相上限线就将左移,甚至可使液泛线位于区域之外。这表示在发生液泛之前,液相流量已受降液管的最大负荷所限制。
对于不同塔型也会出现不同的界限曲线。例如泡罩塔的负荷性能图主要差别是:液相下限线变为“锥流线’’;气速下限线是脉动线;且在气速下限线的右侧还有一条倾流线。
操作点的确定
如果塔盘在一定的气液比下操作,为定值,则塔盘的操作可用通过原点、斜率为的直线来表示。图2-30中的OAB、OCD、OEP就分别代表不同气液比的三条操作线。各线在负荷性能图上的两个交点,分别表示操作负荷的上、下限,它们是:
OAB——上限B为过量雾沫夹带,下限A为液层过低;
OOD——上限D为液泛,下限C为漏液;
OEF——上限F因降液管过小,下限E为漏液。
由此可见,同一塔盘因操作情况不同,控制其负荷的上、下限条件也不尽相同。
由此可知,当塔盘设计完成后,负荷性能图及操作线也就肯定了,但最好使操作点位于操作线的上、下负荷间的适当位置上。生产中常有超负荷或减负荷运行的情况,如果操作点太靠近上限或下限,则负荷变动时就很容易超越稳定操作区,导致坍板效率急速下降,甚至破坏操作。因此在设计完成后,一定要作出负荷性能图,确定负荷上、下限,以检查操作点的位置。如果发现操作点位置不合适,则必须调整结构参数,以获得满意的上限或下限负荷数据。
操作弹性
操作弹性是衡量板式塔性能的指标之一。操作弹性通常定义为最大负荷对最小负荷之比。
由于在极限负荷下塔板效率降低, 因之需要有一个适应各种塔型的关于操作弹性的共同比较标准,有提出将操作弹性定义为同样使塔板效率下降15%(也有定为5%)的高负荷与低负荷值之比。根据这一定义,应在负荷性能图上作出等效率曲线,使操作线与之相交,从而确定出保持一定塔板效率的上、下限负荷,共比值即是操作弹性。但尚无把握绘制等效率曲线。
操作弹性大的塔,适应性好,但决不能认为操作弹性越大越好。以蒸馏为例,若操作范围很宽,势必要求再沸器、冷凝器等附属设备都很大,这是很不经济的。人们也希望定出填料塔的操作弹性,但这个概念还未普遍形成。