分离过程选择之设计的可靠性分析

发布时间:2018-01-25
    在影响分离过程选择的所有因素中,设计的可靠性是重要的。然而设计的可靠性确实不能定量地确定,因为它与在工业装置设计之前的大量试验工作密切相关。有关几个分离过程可靠性的情况简述如下。
  精馏
  经过多年工业规模设备的扩大试验和工业实践,已经建立了可靠的精馏设计方法。只要给出被分离混合物中有关组分的物性数据和各二元对组分的汽液平衡数据,就可以完成整个精馏过程的设计。偶尔也需要莱些小规模实验,但是精馏过程的放大方法是所有分离方法中可靠的。
  吸收
  与精馏相似,已建立了可靠的设计方法。对于工程上广泛遇到t物系,可根据物性数据、汽液平衡数据和设备结构参散等进行设计。几乎不必做实验即可完成设计。对于不熟悉的新物系或新设备,一般只须测定汽液平衡关系、必要的热力学和传递性质以及板效率数据即可。
  萃取
  如果已知被分离组分和所选择的萃取溶剂之间的相平衡关系以及物系中有关的物性数据(如密度、界面张力、粘度等),可完成萃取过程的初步设计。该法可用于溶剂的选择、确定操作条件和萃取设备选型等,有足够的可靠性。然而,并未达到精馏设计那样的准确程度。因此在同类装置中进行小规模试验是必要的,而设备的放大以借助于萃取设备的为可靠。若使用公开发表的计算方法,则应评价放大方法的可靠性。
  结晶
  结晶设备的设计是很困难的。仅有相平衡和物性数据尚不能预测结晶过程,因此台架实验是需要的。在设计结晶过程之前,通常需要在小型工业装置上做中试。即使如此,在实际工业装置生产出合格的产品之前仍需调整操作,而且不可避免会有失败的情况。然而,因为结晶过程往往能提供纯净的产品,与其他分离方法相比,结晶所消耗的能量较少,所以应用前景十分广阔。随着广泛地使用和大规模地试验,设计的可靠性将增强。
  吸附
  如果在所选择的吸附床层上,有实测的吸附等温线数据和能够确定物料传质特性的一定数量的小试结果,那么能够对吸附设备和操作循环作可靠的设计。如果所处理的物料包含几个吸附组分,则通常必须用实际混合物进行试验,因为多组分等温线性能一般不能由单组分等温线来预测。
  反渗透
  反渗透设备的设计通常需先做实验。在单个膜组件或小型实验设备上,用实际物料进行小试。试验的目的不仅仅是为了确定膜的操作特性,而且也要确定原料的预处理方法,以防止膜件堵塞和受损。当小试提供了可靠的设计依据之后,反渗透设备的设计是有把握的,因为大规模的反渗透装置不过是由大量的膜组件并联构成的,应能重复小试结果。
  气体膜分离
  对反渗透过程的论述完全适用于气体膜分离。
  滤
  滤过程的设计必须以广泛的台架实验结果为基础,并且往往还需中间试验。通过试验不仅确定设备设计,而且确定适宜的操作条件(如操作循环比)。滤设备有多种结构型式,若要选择适宜结构,必须逐一进行试验,因为不可能通过其他散据预测特定滤设备的结构特性。同时也必须通过试验确定滤所透过或截留的组分,以及它们随时间和操作条件而变化的情况,因为膜的截留相对分子质量仅仅是值,与实际应用有较大的差别。
  离于交换
  虽然离子交换系统能借助少量小试结果进行设计。但一般进行中试,因为在工业装置中出现的床层堵塞和交换能力降低的现象在小试中难以观察,同时只有在中试中才能模拟工业装置再生阶段所采用的大循环量操作工况。
  渗析和电渗析
  对反渗透的论述完全适用于选择性膜的渗析和电渗析。
  电泳
  电泳目前还仅使用于小批量分离过程。提高生产能力的惟一方法是在工业装置中对实际物料进行实验,确定其分离特性。因此,电泳过程可靠的放大方法也只是设计多条并联生产线,以便扩大生产能力。
  色层分离
  色层分离的放大方法通常是依次在几个不同尺寸的色层柱上做实验。例如,选择24.5 mm、15 cm和1m三种直径的柱子,在每种情况都要确定适宜的注A-洗提方式,每种操作都具有不同的分配和填充方法,部分问题由小试解决。
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