Detalhes do projeto do equipamento de destilação
Princípios básicos do equipamento de destilação
A distilação é alcançada pela diferença de ponto de ebulição de cada componente na mistura, usando várias operações conjuntas de evaporação parcial e condensação, para que os componentes leves (baixo ebulição) sejam enriquecidos na fase gás e os ricomponentes (alto ebulição) sejam enriquecidos na fase líquida. Seus mecanismos principais incluem:
Mecanismo de retorno: retorno de fase líquida no topo da torre e retorno de fase de vapor no fundo da torre fornecem condições de contato de gás e líquido para alcançar a transmissão de massa.
Força de transmissão de massa: concentração fraca de fase líquida (Δy, Δx) impulsiona a transferência de componentes, componentes voláteis fáceis de difusão da fase líquida para a fase gás, difíceis de transferência inversa de componentes voláteis.
Transferência de calor: absorção de calor por evaporação líquida é fornecida pela condensação de vapor para formar um ciclo de equilíbrio térmico.
Principais componentes e funções do equipamento de destilação
Corpo da torre destilada
Estrutura: cilindro vertical, material escolhido de acordo com as propriedades do material (como aço inoxidável, cerâmica, vidro), altura de alguns metros (laboratório) a dezenas de metros (industrial).
Função: fornecer espaço para a transmissão de massa de gás e líquido para a separação através dos componentes internos da torre.
Componentes-chave:
Porta de entrada: aberta em diferentes alturas de acordo com as necessidades de separação.
Pontos de temperatura e portas de monitoramento de pressão: monitoramento em tempo real do estado dentro da torre.
Foros humanos: para reparação e manutenção.
Componentes de separação dentro da torre
Torre de embalagem:
Tipo de embalagem: anel de Bauer, embalagem ondulada de tela, etc., fornecendo área de superfície de contato de gás e líquido.
Estrutura de suporte: a placa de grade e o pico suportam o peso do preenchimento e permitem que o gás passe uniformemente.
Distribuidores e redistribuidores de líquidos: assegurar a distribuição uniforme do líquido e reduzir o "efeito de fluxo de parede".
Torre de placa:
Tipo de tábua de torre: tábua de setagem, tábua de válvula flutuante, tábua de bolha, etc., através de um orifício de setagem ou válvula flutuante para que o gás atravesse a camada líquida para formar contato de bolhas.
Tubo de precipitação e barraco de derramamento: Conecte as torres adjacentes para controlar a altura da camada e o fluxo do líquido.
Equipamentos auxiliares
Re-fervidor: Aquecimento do líquido do fundo da torre produz vapor ascendente que fornece energia destilada.
Condensador: resfria o vapor da torre em líquido para refluxo ou extração do produto.
Tanques de refluxo e bombas de refluxo: armazenar condensado e controlar o fluxo de refluxo para manter a circulação dentro da torre.
Bomba de alimentação e medidor de fluxo: transporta matérias-primas e monitora o fluxo para garantir uma alimentação estável.
Etapas de projeto de equipamentos de destilação
Cálculo de parâmetros de processo
Determinação dos requisitos de separação: de acordo com a composição da alimentação e os requisitos de pureza do produto, cálculo da relação de refluxo, posição da alimentação, temperatura do topo / fundo da torre, etc.
Calculação teórica do número de torres:
Calcule placa por placa alternadamente usando a equação de linha de operação e a equação de equilíbrio de fase vapor-líquido, ou determine o número de torres teóricas por meio de gráficos.
Número de torres reais = número teórico de torres / eficiência da torre (geralmente 0,6-0,8).
Otimização do estado de alimentação: ajustar a posição de alimentação de acordo com a condição térmica do material (alimentação a frio, alimentação de ponto de espuma, etc.) para otimizar o efeito de separação.
Cálculo de mecânica de fluidos
Espaçamento da placa e queda de pressão: cálculo por simulação de software ou fórmulas empiricas para garantir um fluxo suave de gás e líquido.
Altura e diâmetro da torre: de acordo com os requisitos de processamento e separação, as torres grandes precisam ser fabricadas e transportadas em segmentos.
Selecção do tipo de placa de torre: escolha uma placa de filtro, uma placa de válvula flutuante ou uma torre de preenchimento de acordo com as propriedades do material (por exemplo, corrosividade, viscosidade).
Cálculo de resistência e seleção de materiais
Cálculo da espessura da parede da torre: Determinado de acordo com a pressão, temperatura e ambiente médio para garantir a segurança do equipamento.
Escolha de material: Considere a resistência à corrosão (como aço inoxidável para materiais ácidos), custo e desempenho de processamento.
Desenho de planos de montagem: apresentar requisitos de processamento para determinar o modo e o tamanho de conexão de cada componente.
Determinação do plano de controle
Selecção de instrumentos: configuração de sensores de pressão, controladores de temperatura, etc. para monitoramento em tempo real.
Controle da válvula: controla o fluxo de alimentação, o fluxo de retorno e a carga térmica do reciclador através da regulação da válvula.
Desenho PID: desenha diagramas de processo com controle de pinças para orientar a operação e manutenção.
Estratégia de otimização de equipamentos de destilação
Otimização da pressão operacional
Sob a premissa de atender às condições de arrefecimento do condensador, a utilização de uma pressão operacional mais baixa pode reduzir a carga térmica do refeividor e reduzir o consumo de energia.
Equilíbrio entre a relação de refluxo e o número de torres
Aumentar a relação de refluxo pode reduzir o número teórico de placas de torre, mas aumenta a carga do condensador e do refluidor. A relação de refluxo adequada é o valor mínimo da soma dos custos operacionais e dos custos do equipamento (geralmente 1,2-2 vezes a relação mínima de refluxo).
Ajuste de posição e estado de alimentação
Ajuste a posição de alimentação de acordo com a condição térmica de alimentação (valor q) para otimizar a distribuição de segmentos destilados e placas de segmentos destilados. Por exemplo, quando o valor q diminui, o número de placas necessárias para o segmento destilado aumenta e a posição de alimentação deve ser deslocada para baixo.
Utilização integrada da energia térmica
Reduza o consumo de energia externa ao pré-aquecer matérias-primas ou aquecimento com o resíduo de vapor do topo da torre. Por exemplo, na separação benzeno-torfenilo, a temperatura do vapor no topo da torre é elevada e pode servir como fonte de calor para sistemas de baixa temperatura.
Caso de aplicação típico: torre de destilação de separação de benzeno-torfenilo
Requisitos de design
Sistema: mistura benzeno-torfenilo (40% de torfenilo).
Capacidade de processamento: 5600 toneladas / mês (fluxo de líquido original 8000 kg / h).
Pressão operacional: pressão normal (evitar que o aumento da pressão aumente o custo do equipamento e dificulte a separação).
Relação de refluxo: Leve o dobro da relação mínima de refluxo para equilibrar os custos operacionais e os custos de equipamento.
Selecção do dispositivo
Tipo de torre: torre de tela (estrutura simples, baixo custo, redução da pressão, grande capacidade de produção).
Método de aquecimento: aquecimento indireto a vapor.
Refrigerante: água de engenharia (temperatura de saída 40 ° C), para equilibrar o efeito de resfriamento e o consumo de água.
Medidas de otimização
Utilização de energia térmica: o calor residual do vapor da torre é usado para pré-aquecimento de matérias-primas ou aquecimento.
Elasticidade operacional: o projeto leva em consideração as mudanças de concentração e temperatura das matérias-primas para garantir que o equipamento se adapte a diferentes condições de trabalho.