ما هي وعاء الضغط للتقطير؟ التصميم والمبادئ والتطبيقات

الإجابة على السؤال الأساسي:ما هو وعاء الضغط لتنقيط الغاز، وكيف يفصل الخليط السائل من خلال استغلال فروق ضغط البخار؟وعاء الضغط للاستنشاق هو عمود عمودي مشفر من قبل ASME يفصل المكونات السائلة المتطايرة من خلال مراحل اتصال متكررة للتوازن بين البخار والسائل.العمل عند الضغوط من الفراغ (0.01 MPa) إلى الضغط العالي (3.5 MPa) ، يستخدم الوعاء التقلب النسبي α = (yi/xi) / ((yj/xj) كقوة دفع الفصل.يتم حساب عدد المراحل النظرية عن طريق * طريقة ماكاب - ثيل * للأنظمة الثنائية أو * معادلة فينسك * Nmin = log[(xD/(1-xD)) · (((1-xB) / xB) ] / log(α) للارتداد الكلي، مع عدد المراحل الفعلية التي يتم تحديدها من خلال كفاءة لوحة مورفري (60-85%) ونسبة ارتداد 1.1- 5.0 مرات الحد الأدنى للارتداد Rmin.

1مبادئ تشغيل أساسية لأوعية التقطير تحت الضغط

الفصل الذي يتم تحقيقه داخل وعاء الضغط للتقطير يعتمد على الديناميكا الحرارية المتوازنة بين البخار والسائل ، وحدات القدرة الهيدروليكية التي تمنع الفيضانات والبكاء ،وكفاءة نقل الكتلة في كل مرحلة اتصال.

• ** التوازن بين البخار والسائل والتقلب النسبي:**في كل مرحلة توازن ، يفضل المكون الأكثر تقلبًا التقسيم إلى مرحلة البخار وفقًا لقوانين راوالت المعدلة بمعاملات النشاط: yi·P = xi·γi·Pi*.تحدد التقلب النسبي αAB = (yA / xA) / ((yB / xB) صعوبة الفصل: α > 2.0 يسمح بفصل سهل مع عدد قليل من المراحل، في حين أن α = 1.1-1.5 يتطلب 50-200 + المراحل النظرية.يعطي معادلة فينسكي * عند ارتداد الكلي الحد الأدنى لعدد المراحل Nmin = log[xD·(1-xB) / ((1-xD·xB) ] / log(α)، في حين أن معادلات أندروود تحدد الحد الأدنى لنسبة الارتداد Rmin، عادة ما تكون 0.5-3.0 للفصل ذات الصلة الصناعية.
• **القدرة الهيدروليكية والارتباط بين الفيضانات:**يجب أن يبقى تحميل البخار والسائل داخل العمود ضمن حدود قابلة للتشغيل المحددة بواسطة * عامل F * (عامل سعة البخار) = Cv ·√ ((ρv /ρL) ، حيث Cv هو سرعة البخار السطحي.لعمودات سلاسل الجرعة، يتم حساب نقطة الفيضان (عادة 80-85٪ من الفيضان هو الحد التخطيطي) عن طريق ارتباط فير أو معادلة سودرز براون: Cv،max = Csb·√[(ρL - ρv) /ρv].أكثر من 85% من الفيضانات تسبب تسرب السائل الكبير (البخار يحمل قطرات السائل إلى الأعلى)تحت 30 ٪ من الفيضان، طاقة البخار غير كافية للحفاظ على السائل على الوعاء، مما يتسبب في تصريف السائل من خلال ثقوب الوعاء وتجاوز المراحل.
• ** كفاءة نقل الكتلة و HETP:**كفاءة المرحلة تحدد عدد المراحل الفعلية المادية اللازمة لعدد معين من المراحل النظرية.* كفاءة بخار مورفري * EMv = (yn - yn+1) / ((yn* - yn+1)) تتراوح عادة بين 60-85%، يتأثر نوع الدرج (الجراب، الصمام، غطاء الفقاعة) ، ارتفاع السد (25-75 ملم) ، وطول مسار تدفق السائل.يتم قياس الانفصال بـ *HETP (الارتفاع المكافئ لللوحة النظرية) *: 0.4-0.6 م للتعبئة المهيكلة (Mellapak 250Y) ، 0.6-1.0 م للتعبئة العشوائية (حلقات بال، 50 مم).مع 20% هامش أمان لسوء التوزيع.

2أنواع أساسية من أوعية الضغط للتقطير

يتم تصنيف أوعية الضغط للتقطير حسب جهاز الاتصال الداخلي بين البخار والسائل ، والذي يحدد القدرة والكفاءة وانخفاض الضغط وتكلفة رأس المال.ثلاثة تكوينات تهيمن على الممارسة الصناعية:

• ** أعمدة تقطير سيف تري:**تحتوي هذه الأوعية ASME (0.6-4.0 متر قطر، 10-60 متر ارتفاع) على سطح الصحن المثقوبة (ثلاثة ثقوب 8 ملم، 10-15٪ مساحة مفتوحة) مع أقسام المنخفضة لتدفق السائل. تعمل عند عوامل F من 0.5-2.5 م/ثانيا (((كغ/م3) ^0.5يصل مستوى كفاءة مورفري إلى 70-80٪ عند تحميل التصميم. يسمح المسافة بين الصحنات من 450-600 مم بفصل البخار من السائل. انخفاض الضغط لكل صينية هو 0.5-1.0 كيلوبايت في معدلات التصميم.هذه الأعمدة مفضلة للكفاءة العالية، تطبيقات النقاء المتوسط في تكرير البتروكيماويات (تقطير الخام، FCC الكسر الرئيسي).
• **عمدات التقطير المعبأة:**تستخدم هذه الأوعية عبوات من صفائح معدنية ملفوفة (على سبيل المثال، سولزر ميلاباك 250 واي، كوخ غليتش فليكسيباك) مكدسة في وحدات بطول 1-2 متر. مع HETP من 0.4-0.6 م وانخفاض الضغط من 50-200 با لكل مرحلة نظرية، التعبئة المهيكلة يحقق 3-5* انخفاض ضغط أقل من الصناديق الحرجة لتنقيط الفراغ حيث يجب أن يبقى الضغط السفلي أقل من 1-5 kPa لمنع التدهور الحراري.عوامل السعة من 2-3 م/ث عند عامل F = 1.5-2.0 يمكن تحقيقها. يجب أن تحقق موزعات السوائل (نوع الأنابيب المختلطة أو المثقوبة) توحيدًا ضمن نطاق ± 5٪ لمنع سوء التوزيع الذي يقلل من الكفاءة بنسبة 20-50٪.
• ** أعمدة الحائط المنقسم:**هذه التكوينات ذات الوعاء الواحد تتضمن جدار تقسيم داخلي عمودي، مما يتيح فصل ثلاثة منتجات (خفيفة، متوسطة، ثقيلة) في قشرة عمود واحد بدلاً من عمودين متتابعين.من خلال تقليل عدد القذائف، عدد المعدات، وجبة الغلاية من 20 إلى 35٪، العمود الجدارية المنقسمة تحقيق وفورات كبيرة في كابكس والطاقة.القسمة تقسم العمود إلى جانب قبل الكسر وجانب تصحيح رئيسي، مع نسبة تقسيم السائل (عادة 0.3-0.7) ونسبة تقسيم البخار التي يتم التحكم فيها من خلال التصميم الهيدروليكي. وتشمل التطبيقات الراسخة فصل المواد العطرية BTX وخدمة تقسيم C3 / C4.

أنواع أوعية تقطير الضغط مصفوفة مقارنة

الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هو الفرق بين الحد الأدنى للعودة والحد الأدنى للمراحل في تصميم التقطير؟

ج: الحد الأدنى لنسبة الرجوع Rmin (حسب بواسطة معادلات أندروود) هو الرجوع الذي سيتطلب فيه عدد لا نهائي من المراحلالحد الأدنى للمراحل Nmin (من معادلة فينسك عند الإرتداد الإجمالي) هو عدد المراحل النظرية عندما يكون الإرتداد لا نهائيًايعمل التصميم العملي بين هذه المتطرفات، عادة في R = 1.1-5.0 * Rmin، مع ارتباط جيليلاند تحديد عدد المراحل الفعلية نظرا لنسبة الرجوع المختارة.

س: كيف يتم تحديد HETP للتعبئة الهيكلية في وعاء ضغط تقطير؟

ج: يتم تحديد HETP للتعبئة المهيكلة تجريبياً من قبل البائعين باستخدام خليطات اختبار قياسية (مثل cyclohexane/n-heptane عند الارتداد الكلي) ويتزامن مع عامل F ، ومعدل السائل ،وخصائص النظامبالنسبة لـ Mellapak 250Y، HETP = 0.4-0.6 م عند F = 1.0-2.0 م/s·(kg/m3) ^ 0.5في التوسع من العمودات التجريبية إلى العمودات الصناعية، يتم تطبيق عامل تصحيح من 1.2 إلى 1.5 * للاحتساب لتأثيرات سوء توزيع السائل التي تصبح أكثر حدة مع تجاوز قطر العمود 1-2 م.

السؤال: ما الذي يسبب البكاء في عمود تقطير وعاء الجرعة وكيف يتم الوقاية منه؟

الجواب: يحدث البكاء عندما تكون سرعة البخار من خلال ثقوب الصحن غير كافية للحفاظ على السائل على سطح الصحن ، مما يتسبب في تصريف السائل من خلال الثقوب وتجاوز المراحل الأسفل.هذا يقلل من كفاءة مورفري بنسبة 30-50٪يتم منع البكاء من خلال الحفاظ على التشغيل فوق 30-50٪ من سرعة الفيضان (حد أدنى لحمل البخار) واختيار تصاميم الدرج مع مساحة مفتوحة متغيرة (على سبيل المثال،أغطية صمام متحركة تغلق عند معدلات بخار منخفضة) أو قطر فتحة أصغر (3-5 مم) يزيد من مقاومة البخار.

س: متى يجب استخدام عمود الحائط المنقسم بدلاً من عمودين تقليديين؟

ج: عمود الجدار المنقسم مفيد عند فصل تغذية من ثلاثة مكونات إلى منتجات نقية حيث يكون المكون الأوسط هو الجزء المهيمن (> 30% من الغذاء) ،التقلب النسبي بين المكونات المجاورة متشابه (نسبة α < 2).0) ، وتكاليف الطاقة تبرر خفض الرسوم بواقع 20-35٪. يجب أن تُوزن وفورات رأس المال من القضاء على قشرة واحدة، وغلاية واحدة، ومكثف واحد، مقابل التصميم الداخلي الأكثر تعقيداً،إيقاف محدود (عادة 50-100٪ من التصميم)، وانخفاض المرونة التشغيلية مقارنة مع اثنين من الأعمدة المستقلة.