汽化樣品并不容易，也并非總是可能的。但是，如果您的分析取樣系統中的分析儀需要氣體，而樣品是液體，唯一的辦法是將液體轉化為氣體。這一過程稱為汽化或閃蒸汽化。目的是將純液體樣品快速轉化為蒸氣，而不改變成分。

如果您開始進行汽化，了解蒸發和汽化之間的差別非常重要。蒸發隨著溫度的升高逐漸發生。而汽化隨著壓力下降瞬時發生。
通過升高溫度來汽化樣品是不可能的。熱量會導致蒸發，增加更多熱量只能使蒸發進行得更快。在混合樣品中，蒸發會使某些混合物先于其它成分蒸發，從而造成分餾。在操作正確的情況下，汽化可以確保所有混合物同時汽化，從而保持樣品的成分。
汽化過程中可能會出錯。您可能沒有瞬時將全部樣品變為蒸氣，而是無意中造成汽化和蒸發同時發生，從而造成了分餾。一旦混合物樣品發生分餾，就不再適合進行分析。

對于分餾，一種常見的情況是較輕的分子先蒸發并流入分析儀，而較重的分子仍保持液相狀態。即使在過程的稍后階段分餾的樣品都顯現為氣體，混合氣體的分子比例與分餾之前已不再相同。它將不再能夠準確代表從工藝管路所取的產品。調整工藝變量(溫度、壓力和流量)有助于確保正確進行汽化，并得到準確的分析結果。

了解汽化
要汽化樣品，一般使用汽化調壓閥，也稱為汽化器。汽化器是一種減壓調壓閥，能夠在準確位置將熱量傳輸給樣品。汽化是一個包含三個階段的過程，如下圖中所示。首先，樣品以液體形式進入汽化器。此時，液體不應沸騰。

汽化的三個階段

其次，液體經過汽化調壓閥的調節腔，造成劇烈而突然的壓力下降，從而使液體汽化。同時，供給熱量，使汽化的液體保持氣態。

最后，現為氣態的樣品從汽化調壓閥流出，進入分析儀進行讀數。由于突然轉變為汽相，汽體成分與液體成分相同，從而可以確保讀數準確。

這一過程非常敏感，有很多可以決定成敗的變量或輸入值。出于本討論之目的，我們將主要關注兩組輸入值。

第一組輸入值涉及樣品的成分。根據樣品的成分，它將在不同的壓力和溫度下開始起泡和完成汽化。我們需要知道這些壓力和溫度才能成功控制汽化過程。

第二組輸入值涉及您在取樣系統中控制的各項設置：壓力、溫度和流量。壓力和溫度在汽化器中控制，而流量受下游的轉子流量計(變截面流量計)和針閥控制。這些輸入值根據我們對第一組輸入值所了解的信息進行設置。正確的汽化要求保持每個輸入值的精密平衡。即使以上述系統方式進行汽化，該過程也需要進行一些試驗，并會產生一些誤差。

了解樣品
了解第一組輸入值的最佳方法是相位圖。相位圖可以標繪壓力和溫度，顯示在任一對條件下物質是汽相、液相還是固相。圖中的線指示兩種相之間的界面。

下圖代表含20%己烷的戊烷的相位圖。當樣品高于始沸點(藍色線)時，它全部為液相。樣品在進入汽化器時應全部是液相。當混合物低于露點(金色線)時，它全部為汽相。樣品離開汽化器時必須全部為汽相。

顯示含20%己烷的戊烷的相位圖，帶溫度設置

始沸點線和露點線之間的部分是樣品的沸騰范圍或“不過端區”。在這里，混合物處于兩種狀態，部分為液相，部分為汽相。樣品一旦進入此范圍，即被分餾，不再適合進行分析。

對于純樣品和近似純樣品，幾乎沒有什么沸騰范圍。始沸點線和露點線幾乎重疊在一起。純樣品和近似純樣品會轉化為相同成分的蒸氣，無論是通過蒸發還是通過汽化。某些工業樣品接近這種程度的純度，轉化很容易。

另一方面，某些樣品的沸騰范圍非常寬，以致于無法成功汽化。沒有辦法從沸騰范圍的液相側直接轉到汽相側。無法更改溫度、流量和壓力變量來避免分餾。

大多數樣品都處于這兩個極端之間。例如，在樣品相位圖中，始沸點和露點之間的區域非常狹窄，只要設置正確，樣品就能有效地從沸騰范圍的液相側轉到汽相側。同時，圖中的這一區域又非常寬，必須小心地更改變量才能避免樣品處于沸騰范圍。

設置溫度、壓力和流量
汽化是各個變量之間的平衡作用。以下是設置溫度、壓力和流量輸入值的過程，包含四個步驟：
1、確定汽化器的進口壓力 
該壓力是固定的，倘若汽化器位于樣品取樣口附近，則是工藝壓力。壓力越大越好，因為這樣就可以在進來的液體不沸騰的情況下實現更高的汽化器溫度。

2、設置進口溫度
設置溫度時有兩個目標。第一，溫度必須足夠低以便樣品進入汽化器時完全處于液相狀態并且不起泡。在含 20%己烷的戊烷相位圖中，4bar時的始沸點是88?C。為了留出保持液相狀態的誤差范圍，請選擇80?C。

第二個目標是溫度必須足夠高以促成樣品的汽化。汽化樣品時，根據能量守恒定律，溫度會下降。樣品溫度開始時必須足夠高，以便壓力下降后樣品不會處于沸騰范圍。

3、設置汽化器的出口壓力
目標是將壓力降到金色露點線以下。在示例相位圖中，出口壓力設置為1.5bar。在此例中，如果出口壓力再高一點兒，樣品將不能完全汽化并分餾。

4、設置流量
流量在下游的閥門和轉子流量計設置，而不是汽化器設置。在取樣系統中，最好設置較高的蒸汽流量，因為這樣樣品可以更快地流入分析儀。但是，高流量也會帶來問題，因為需要更多熱量來汽化樣品。換言之，高流量導致汽化時的溫度下降更大。在示例相位圖中，紫色線說明溫度下降。隨著流量增加，紫色線將更急劇地向左傾斜。

影響溫度下降的另一個變量是汽化器的熱量傳輸能力。某些汽化器在構造上能夠使熱量更有效地傳輸給樣品。當液體樣品轉化為蒸氣、溫度下降時，它會從周圍的不銹鋼吸收熱量。關鍵問題是汽化器恢復該熱量并將其傳輸給樣品的效率如何。樣品能夠吸收的熱量越多，它在汽化過程中溫度的下降就越小。

在某些情況下，汽化器的外面可能摸起來很燙，而里面的內核卻很涼。這是因為被汽化的樣品正在吸收大量熱量，而汽化器無法傳輸保持溫度所需的足夠熱量。最佳解決方案是降低流量。

汽化帶有一定的近似性。根據經驗，應盡量降低流速，同時要避免造成樣品到分析儀的行進時間出現不可接受的時間延遲。從較低的流速開始，然后試驗逐漸提高流速，比從較高的流速開始要好。

故障排除
相位圖有助于估算溫度、壓力和流量設置，但仍然需要某些故障排除方法。出現問題的一個確定的因素是分析儀結果存在較差的重復性。下面，我們提出了樣品被分餾而不是汽化的兩種可能性，問題#1更為常見：
 
【問題1】只有部分樣品被汽化。液體通過汽化器并滯留在下游的卡套管中。最終，液體會蒸發并從周圍卡套管吸收熱量，使卡套管摸起來很涼或造成結霜或結冰。汽化器下游的液體可能會穿過調壓閥進入其它元件，如流量計和過濾器，這會造成相當大的損壞。
【解決方法】要解決此問題，最佳選擇是降低流速。另一個選擇是降低汽化器出口壓力(如果可能的話)。第三個選擇是增加輸入調壓閥的熱量，但這樣會增加汽化器使用壽命縮短和可能出現問題 #2(參見下文)的風險

【問題#2】 樣品在汽化器進口沸騰。樣品在汽化之前分餾。該問題的一種跡象是汽化器進管顫動，有時很劇烈，測量值出現波動。較輕的分子蒸發并產生厚厚的一層蒸氣分子。其中一些較輕的分子會移動到分析儀上，從而給出不準確的分析結果。其余部分會形成“蒸氣墻，會將液體回推到工藝管線中。之后，部分蒸汽墻冷卻凝結。最終，液體樣品重新流向汽化器，在汽化器中，較輕的分子蒸發，循環再次開始。最終，較重的分子到達汽化器，然后向分析儀移動，從而給出完全不同的分析結果。
【解決方法】要解決此問題，請降低汽化器溫度。

結論
汽化液體樣品是復雜的。在全球很多取樣系統中，汽化器經常會分餾樣品，并將不具代表性的樣品送入分析儀。通過使用您系統的特殊混合物的相位圖，可以極大提高成功的機會。通過了解汽化過程的具體情況，尤其要了解是哪些變量(溫度、壓力和流量)在起作用及其對汽化結果的影響，能夠進一步提高成功率。有了這一框架，您能夠實現正確的設置，從而可根據觀察到的跡象和征兆進行調整。
作者：Dean Slejko和Tony Waters