Explicación detallada del diseño del equipo de rectificación
I. principios básicos del equipo de rectificación
La rectificación logra la separación a través de la diferencia de puntos de ebullición de los componentes de la mezcla, utilizando una operación conjunta de evaporación parcial múltiple y condensación, para que los componentes ligeros (compuestos de baja ebullición) se enriquezcan en la fase gaseosa y los componentes recombinantes (compuestos de alta ebullición) se enriquezcan en la fase líquida. Sus mecanismos básicos incluyen:
Mecanismo de retorno: el retorno de la fase líquida en la parte superior de la torre y el retorno de la fase de vapor en el Fondo de la torre proporcionan condiciones de contacto Gas - líquido para lograr la transmisión de masa.
Fuerza impulsora de la transferencia de masa: la diferencia de concentración de la fase Gas - líquido (△ y, △ x) impulsa la transferencia de componentes, los componentes volátiles se propagan de la fase líquida a la fase gaseosa, y los componentes volátiles difíciles se transfieren en sentido inverso.
Transmisión de calor: la absorción de calor por evaporación líquida se proporciona por condensación y liberación de calor de vapor, formando un ciclo de equilibrio térmico.
2. composición y función principales del equipo de rectificación
Cuerpo de la torre de rectificación
Estructura: cilindro cilíndrico vertical, material seleccionado de acuerdo con las características del material (como acero inoxidable, cerámica, vidrio), altura de varios metros (laboratorio) a decenas de metros (industria).
Función: proporcionar espacio de transferencia de masa Gas - líquido para lograr la separación a través de componentes en la torre.
Componentes clave:
Entrada de alimentación: se abre a diferentes alturas de acuerdo con las necesidades de separación.
Punto de medición de temperatura y puerto de monitoreo de presión: monitoreo en tiempo real del Estado en la torre.
Alcantarilla: para mantenimiento y mantenimiento.
Componentes de separación en la torre
Torre rellena:
Tipo de relleno: anillo de bola, relleno corrugado de malla de alambre, etc., que proporciona superficie de contacto Gas - líquido.
Estructura de apoyo: la rejilla y la joroba soportan el peso del relleno y permiten que el gas pase uniformemente.
Distribuidores y redistributores de líquidos: asegúrese de que el líquido se distribuya uniformemente y reduzca el "efecto de flujo de pared".
Torre de placa:
Tipo de placa de torre: placa de tamiz, placa de torre de válvula flotante, placa de torre de blister, etc., que hace que el gas pase a través de la capa líquida para formar contacto de burbuja a través del agujero de tamiz o la válvula flotante.
Tubo de reducción de líquido y vertedero: conecte las placas de Torre adyacentes para controlar la altura de la capa líquida y el flujo de líquido.
Equipos auxiliares
Rebiler: el líquido en el Fondo de la torre de calefacción produce vapor ascendente que proporciona energía de rectificación.
Refrigerante: enfriar el vapor superior de la torre en líquido para el retorno o la extracción del producto.
Tanque de retorno y bomba de retorno: almacenar condensado y controlar el flujo de retorno para mantener la circulación en la torre.
Bomba de alimentación y medidor de flujo: transporte de materias primas y monitoreo del flujo para garantizar una alimentación estable.
3. pasos de diseño del equipo de rectificación
Cálculo de los parámetros del proceso
Los requisitos de separación se determinan: de acuerdo con la composición de la alimentación y los requisitos de pureza del producto, se calcula la relación de retorno, la posición de la alimentación, la temperatura superior / inferior de la torre, etc.
Cálculo del número teórico de placas de torre:
La ecuación de la línea de operación y la ecuación de equilibrio vapor - líquido se calculan alternativamente placa por placa, o el número teórico de placas de torre se determina mediante el método gráfico.
Número real de placas de Torre = número teórico de placas de torre / eficiencia de placas de Torre (generalmente 0,6 - 0,8).
Optimización del Estado de alimentación: ajustar la posición de alimentación de acuerdo con el Estado térmico del material (alimentación en frío, alimentación en punto de burbuja, etc.) y optimizar el efecto de separación.
Cálculo de la mecánica de fluidos
Distancia entre placas y caída de presión: a través de simulaciones de software o cálculos de fórmulas empíricas, se garantiza un flujo fluido de gas y líquido.
Altura de la torre y diámetro de la torre: de acuerdo con la capacidad de procesamiento y los requisitos de separación, las torres grandes deben fabricarse y transportarse en secciones.
Selección del tipo de placa de torre: seleccione la placa de tamiz, la placa de válvula flotante o la torre de embalaje de acuerdo con las características del material (como corrosividad y viscosidad).
Cálculo de la resistencia y selección de materiales
Cálculo del espesor de la pared de la torre: determinado de acuerdo con la presión, la temperatura y el entorno dieléctrico para garantizar la seguridad del equipo.
Selección de materiales: considere la resistencia a la corrosión (como el acero inoxidable para materiales ácidos), el costo y las propiedades de procesamiento.
Dibujo de montaje: presentar requisitos de procesamiento y aclarar el modo y el tamaño de conexión de cada componente.
Determinación del plan de control
Selección de instrumentos: configuración de sensores de presión, controladores de temperatura, etc., para realizar el monitoreo en tiempo real.
Control de la válvula: controlar la cantidad de alimentación, el flujo de retorno y la carga térmica del rebiler a través de la válvula reguladora.
Dibujo de mapa eip: dibuja el diagrama de flujo del proceso con control de agarre para guiar la operación y el mantenimiento.
IV. estrategia de optimización de equipos de rectificación
Optimización de la presión operativa
Bajo la premisa de cumplir con las condiciones de enfriamiento del refrigerante, el uso de una presión de operación más baja puede reducir la carga térmica del rebiler y reducir el consumo de energía.
Equilibrio entre la relación de retorno y el número de placas de Torre
Aumentar la relación de retorno puede reducir el número teórico de placas de torre, pero aumentará la carga del refrigerante y el rebiler. La relación de retorno adecuada es el valor más pequeño de la suma de los costos operativos y los costos del equipo (generalmente 1,2 - 2 veces la relación de retorno mínima).
Ajuste de la posición y el Estado de alimentación
Ajustar la posición de alimentación de acuerdo con el Estado térmico de alimentación (valor q) y optimizar la distribución del número de placas entre la Sección de rectificación y la Sección de elevación. Por ejemplo, cuando el valor q disminuye, el número de placas necesarias en la Sección de rectificación aumenta y la posición de alimentación debe moverse hacia abajo.
Utilización integral de la energía térmica
Calentar las materias primas o la calefacción con calor residual del vapor superior de la torre para reducir el consumo de energía externa. Por ejemplo, en la separación de benceno - tolueno, la temperatura del vapor en la parte superior de la torre es más alta y puede servir como fuente de calor para el sistema de baja temperatura.
V. caso de aplicación típico: torre de separación y rectificación de benceno - Tolueno
Requisitos de diseño
Sistema: mezcla de benceno y tolueno (40% de tolueno).
Capacidad de procesamiento: 5.600 toneladas por mes (flujo de líquido original 8.000 kg / h).
Presión de operación: presión atmosférica (evitar el aumento de la presión que resulta en un aumento del costo del equipo y una mayor dificultad de separación).
Relación de retorno: doble la relación mínima de retorno para equilibrar los costos de operación y los costos de equipo.
Selección de equipos
Tipo de placa de torre: torre de placa de tamiz (estructura simple, bajo costo, reducción de presión, gran capacidad de producción).
Método de calentamiento: rebiler de calentamiento por vapor indirecto.
Refrigerante: agua de ingeniería (temperatura de salida 40 ° c), equilibrar el efecto de enfriamiento y el consumo de agua.
Medidas de optimización
Utilización de la energía térmica: el calor residual del vapor superior de la torre se utiliza para calentar las materias primas o la calefacción.
Flexibilidad operativa: al diseñar, se tienen en cuenta los cambios de concentración y temperatura de las materias primas para garantizar que el equipo se adapte a diferentes condiciones de trabajo.