Détail de la conception de l'équipement de rectification
I. principe de base de l'équipement de rectification
La rectification permet la séparation par différence des points d'ébullition de chaque composant dans le mélange, en utilisant plusieurs opérations combinées de vaporisation partielle et de condensation pour enrichir le composant léger (Bas ébullition) en phase gazeuse et le composant Recombinant (Haut ébullition) en phase liquide. Ses mécanismes de base comprennent:
Mécanisme de reflux: le reflux de la phase liquide en tête de colonne et le reflux de la phase vapeur en fond de colonne fournissent des conditions de contact gaz - liquide pour réaliser un transfert de masse.
Force motrice de transfert de masse: la différence de concentration de la phase liquide gazeuse (Δy, Δx) entraîne le transfert des composants, la diffusion des composants volatils de la phase liquide vers la phase gazeuse et le transfert inverse des composants difficiles à volatiliser.
Transfert de chaleur: l'endothermie de vaporisation liquide est fournie par la condensation de vapeur exothermique, formant un cycle d'équilibre thermique.
II. Composition et fonction principales de l'équipement de rectification
Colonne de rectification proprement dite
Structure: cylindre vertical, matériau choisi en fonction des caractéristiques du matériau (par exemple acier inoxydable, céramique, verre), hauteur de plusieurs mètres (laboratoire) à plusieurs dizaines de mètres (industriel).
Fonction: fournit l'espace de transfert de masse gaz - liquide, la séparation est réalisée par l'assemblage à l'intérieur de la tour.
Composants clés:
Orifice d'alimentation: ouvert à différentes hauteurs en fonction des besoins de séparation.
Point thermométrique et prise de pression: surveillance en temps réel de l'état de la tour.
Trou d'homme: pour la révision et l'entretien.
Composants de séparation dans la tour
Tour de remplissage:
Type de remplissage: anneau de Bauer, remplissage ondulé en treillis métallique, etc., offrant une surface de contact gaz - liquide.
Structure de support: plaque de grille, bosse supporte le poids de remplissage et permet le passage uniforme du gaz.
Distributeur / redistributeur de liquide: assure une distribution homogène du liquide, réduisant ainsi l'effet "Wall Flow".
La tour à plaques:
Type de plaque: plaque de tamis, plaque de vanne à flotteur, plaque de blister, etc., le gaz traversant la couche liquide à travers des orifices de tamis ou des vannes à flotteur pour former un contact de bulles.
Tuyau de descente avec déversoir: connectez les plateaux adjacents et contrôlez la hauteur de la couche de liquide avec l'écoulement du liquide.
Équipement auxiliaire
Rebouilleur: le chauffage du liquide de fond produit de la vapeur ascendante qui fournit la puissance de rectification.
Condenseur: la vapeur de tête est refroidie en liquide pour le reflux ou la production de produit.
Réservoir de retour avec pompe de retour: stockez le condensat et contrôlez le débit de retour, en maintenant la circulation dans la tour.
Pompe d'alimentation et débitmètre: transporte les matières premières et surveille le débit pour assurer une alimentation stable.
Iii. Étapes de conception de l'équipement de rectification
Calcul des paramètres du processus
Détermination des exigences de séparation: en fonction de la composition de l'alimentation et des exigences de pureté du produit, calculer le taux de reflux, la position de l'alimentation, la température de tête / pied de colonne, etc.
Calcul théorique du nombre de plateaux:
On calcule plaque par plaque en alternant l'équation de la ligne opératoire avec l'équation de l'équilibre de la phase vapeur - liquide ou on détermine le nombre théorique de plateaux par une méthode schématique.
Nombre réel de plateaux = nombre théorique de plateaux / efficacité des plateaux (généralement 0,6 - 0,8).
Optimisation de l'état d'alimentation: optimisation de l'effet de séparation en ajustant la position d'alimentation en fonction de l'état thermique du matériau (alimentation froide, alimentation au point de bulle, etc.).
Calcul mécanique des fluides
Espacement des plaques et chute de pression: calculé par simulation logicielle ou formule empirique pour assurer un flux fluide de gaz.
Hauteur et diamètre de la tour: selon le volume de traitement et les exigences de séparation, les grandes tours doivent être fabriquées et transportées par sections.
Choix du type de plaque: Choisissez une plaque de tamis, une plaque de vanne à flotteur ou une tour de remplissage en fonction des caractéristiques du matériau (par exemple, corrosivité, viscosité).
Calcul de la force et sélection des matériaux
Calcul de l'épaisseur de paroi de la tour: déterminé en fonction de la pression, de la température et de l'environnement moyen, il garantit la sécurité de l'équipement.
Choix des matériaux: considérez la résistance à la corrosion (par exemple, l'acier inoxydable pour les matériaux acides), le coût et les performances de traitement.
Dessin d'assemblage: faire des demandes d'usinage, clarifier la façon dont les composants sont connectés avec la taille.
Détermination du programme de contrôle
Options d'instrumentation: configurez des capteurs de pression, des contrôleurs de température, etc., pour une surveillance en temps réel.
Contrôle de la vanne: contrôle de la quantité d'alimentation, du débit de retour et de la charge thermique du rebouilleur via une vanne de régulation.
Dessin de diagramme PID: dessinez un diagramme de processus avec contrôle de point de pincement pour guider l'opération et la maintenance.
Iv. Stratégie d'optimisation des équipements de rectification
Optimisation de la pression de fonctionnement
Sous réserve de satisfaire aux conditions de refroidissement du condenseur, l'adoption d'une pression de fonctionnement inférieure peut réduire la charge thermique du rebouilleur et réduire la consommation d'énergie.
Ratio de reflux équilibré avec le nombre de plateaux
L'augmentation du taux de reflux réduit le nombre de plateaux théoriques, mais augmente la charge du condenseur par rapport au rebouilleur. Le taux de reflux approprié est la valeur la plus horaire de la somme des dépenses d'exploitation et des dépenses d'équipement (généralement 1,2 à 2 fois le taux de reflux minimum).
Position d'alimentation et ajustement de l'état
La position de la charge est ajustée en fonction du régime thermique de la charge (valeur Q), optimisant la répartition du nombre de plateaux de la Section de rectification par rapport à la Section de distillation. Par exemple, la valeur de q diminue, le nombre de plateaux requis pour la Section de rectification augmente et la position d'alimentation doit être déplacée vers le bas.
Utilisation intégrée de l'énergie thermique
Utilisez la chaleur résiduelle de la vapeur de tête pour préchauffer les matières premières ou le chauffage et réduire la consommation d'énergie externe. Par exemple, dans la séparation benzène - toluène, la température de la vapeur au Sommet est plus élevée et peut servir de source de chaleur pour le système cryogénique.
V. cas d'application typique: colonne de rectification de séparation benzène - toluène
Exigences de conception
Système: mélange benzène - toluène (toluène 40%).
Volume traité: 5600 tonnes / mois (débit de liquide brut 8000 kg / h).
Pression de fonctionnement: pression normale (pour éviter une augmentation de la pression entraînant une augmentation des dépenses d'équipement et une difficulté accrue de séparation).
Taux de reflux: Prenez 2 fois le taux de reflux minimum pour équilibrer les dépenses d'exploitation avec les dépenses d'équipement.
Choix du type d'équipement
Type de plateau: tour à écran (structure simple, faible coût, pression réduite, grande capacité de production).
Mode de chauffage: réchauffeur à vapeur indirect.
Liquide de refroidissement: eau d'ingénierie (température de sortie 40 ℃), équilibre l'effet de refroidissement avec la quantité d'eau utilisée.
Mesures d'optimisation
Utilisation de l'énergie thermique: la chaleur résiduelle de la vapeur de tête est utilisée pour préchauffer les matières premières ou le chauffage.
élasticité de fonctionnement: conçu en tenant compte de la concentration des matières premières et des variations de température, assurez - vous que l'équipement s'adapte à différentes conditions de fonctionnement.