Детальное проектирование ректификационного оборудования
Основные принципы ректификационного оборудования
ректификация отделяется различиями в температуре кипения компонентов смеси, используя комбинацию многократного частичного испарения и конденсации, так что легкие компоненты (низкокипящие вещества) обогащаются в газовой фазе, а рекомбинантные компоненты (высококипящие вещества) обогащаются в жидкой фазе. Его основные механизмы включают:
Механизм обратного потока: возврат жидкой фазы на вершине башни и возврат паровой фазы на дне башни обеспечивают условия контакта с газом и жидкостью для достижения передачи массы.
Движущая сила массопередачи: дифференциальная концентрация в газожидкой фазе (дельта y, дельта x) приводит к переносу компонентов, легко летучие компоненты диффузируются из жидкой фазы в газовую фазу, трудно летучие компоненты перемещаются в обратном направлении.
Передача тепла: теплопоглощение жидким испарением обеспечивается теплоотдачей от конденсации пара, образуя цикл теплового равновесия.
Основные компоненты и функции дистилляционного оборудования
Корпус ректификационной колонны
Конструкция: вертикальный цилиндрический цилиндрический корпус, материал выбирается в соответствии с характеристиками материала (например, нержавеющая сталь, керамика, стекло), высота от нескольких метров (лаборатория) до десятков метров (промышленность).
Функция: Предоставление пространства для газожидкостного переноса, разделение через компоненты в башне.
Ключевые компоненты:
Входные отверстия: открыты на разных высотах в соответствии с потребностями разделения.
Точка измерения температуры и люк мониторинга давления: мониторинг состояния башни в режиме реального времени.
Человеческие отверстия: используются для ремонта и технического обслуживания.
блок разделения в башне
Башня наполнителя:
Тип наполнителя: кольцо Бауэра, гофрированная набивка шелковой сетки и т. Д. Обеспечивает площадь поверхности контакта жидкости с газом.
Поддерживающая конструкция: решетка, горб поддерживают вес наполнителя и позволяют газу проходить равномерно.
Распределитель жидкости с перераспределителем: обеспечивает равномерное распределение жидкости, уменьшает « эффект потока стенки».
Плитная башня:
Тип тарелки башни: решетка, тарелка башни с плавающим клапаном, тарелка башни с пузырьком и т. Д. Через отверстие сита или поплавковый клапан газ проходит через слой жидкости, образуя пузырьковый контакт.
Спускающая труба и водослив: соедините соседние тарелки башни, чтобы контролировать высоту слоя жидкости с потоком жидкости.
Вспомогательное оборудование
Перекипятитель: жидкость на дне нагревательной башни производит восходящий пар, который обеспечивает мощность ректификации.
Конденсатор: охлаждает верхний пар башни до жидкости для обратного потока или извлечения продукта.
Рециркуляционный резервуар с обратным насосом: хранение конденсата и контроль обратного потока для поддержания циркуляции в башне.
Входные насосы и расходомеры: перекачивают сырье и контролируют расход, чтобы обеспечить стабильную подачу.
III. Этапы проектирования ректификационного оборудования
расчет технологических параметров
Требования к разделению определены: в соответствии с составом подачи и требованиями к чистоте продукта, рассчитывается отношение обратного потока, положение подачи, температура крыши / основания башни и так далее.
Расчет числа теоретических башен:
Используйте уравнение операционной линии и уравнение баланса паровой и жидкой фаз поочередно по пластинам или графически определяйте количество теоретических башен.
Фактическое число башенных пластин = теоретическое число башенных пластин / эффективность башенных пластин (обычно 0,6 - 0,8).
Оптимизация состояния подачи: в соответствии с тепловым состоянием материала (холодная подача, подача точки пузыря и т. Д.) отрегулируйте положение подачи, оптимизируйте эффект разделения.
Гидродинамические вычисления
Расстояние между пластинами и перепад давления: рассчитывается с помощью программного моделирования или эмпирической формулы для обеспечения плавного потока газа и жидкости.
Высота башни и диаметр башни: в соответствии с требованиями обработки и разделения, большая башня требует сегментного производства и транспортировки.
Выбор типа тарелки башни: выберите решетку, плавучую клапанную пластину или насадочную башню в соответствии с характеристиками материала (например, коррозионная, вязкость).
Расчет прочности и выбор материала
Расчет толщины стенки башни: определяется в соответствии с давлением, температурой и средой, чтобы обеспечить безопасность оборудования.
Выбор материала: Учитывайте коррозионную стойкость (например, нержавеющую сталь для кислотных материалов), стоимость и производительность обработки.
Рисование сборочных чертежей: выдвигать требования к обработке, уточнять способ соединения и размер каждого компонента.
Определение схемы контроля
Выбор прибора: Настройка датчика давления, регулятора температуры и т. Д. Для достижения мониторинга в реальном времени.
Управление клапаном: управление подачей, обратным расходом и тепловой нагрузкой рекуператора через регулирующий клапан.
Рисование PID - карт: Рисование технологической схемы с управлением точкой зажима для руководства операциями и обслуживанием.
Стратегия оптимизации дистилляционного оборудования
Оптимизация рабочего давления
В соответствии с условиями охлаждения конденсатора, использование более низкого эксплуатационного давления может уменьшить тепловую нагрузку рекуператора, снизить потребление энергии.
Баланс отношения потока к числу тарелок
Увеличение коэффициента обратного потока уменьшает количество теоретических башен, но увеличивает нагрузку на конденсатор и рекуператор. Подходящее отношение обратного потока - это наиболее часовое значение суммы эксплуатационных расходов и затрат на оборудование (как правило, минимальное отношение обратного потока в 1,2 - 2 раза).
Корректировка положения и состояния подачи
В соответствии с тепловым состоянием подачи (q значение) отрегулируйте положение подачи и оптимизируйте распределение количества пластин между сегментом ректификации и сегментом дистилляции. Например, значение q уменьшается на час, количество пластин, необходимых для сегмента ректификации, увеличивается, а положение подачи должно быть сдвинуто вниз.
Комплексное использование тепловой энергии
Использование остатка пара на крыше башни для подогрева сырья или отопления, чтобы уменьшить потребление внешней энергии. Например, при разделении бензола - толуола температура пара на вершине башни выше и может служить источником тепла для низкотемпературных систем.
V. Типичный случай применения: бензол - толуоловые сепараторные ректификационные колонны
Проектные требования
Система: смесь бензола - толуола (толуол 40%).
Объем обработки: 5600 тонн в месяц (приток сырой жидкости 8000 кг / ч).
Рабочее давление: атмосферное давление (чтобы избежать увеличения давления, что приводит к росту стоимости оборудования и усложняет разделение).
Коэффициент возврата: возьмите в 2 раза минимальное отношение возврата, сбалансируйте эксплуатационные расходы с расходами на оборудование.
Выбор оборудования
Тип тарелки башни: ситовая башня (простая конструкция, низкая стоимость, снижение давления, большая производственная мощность).
Способ нагрева: непрямой паровой нагрев рекуператора.
Холодильник: Инженерная вода (температура выхода 40°C), сбалансированный эффект охлаждения и потребление воды.
Меры по оптимизации
Использование тепловой энергии: остаточное тепло пара на крыше башни используется для подогрева сырья или отопления.
Операционная эластичность: при проектировании учитывается изменение концентрации сырья и температуры, гарантируя, что оборудование адаптируется к различным условиям.