증류 압력 용기 는 무엇 인가? 설계, 원칙 및 적용

핵심 질문에 답합니다.증류 압력 용기 는 무엇 이며, 증기 압력 차이 를 이용 하여 액체 혼합물 을 어떻게 분리 합니까?증류 압력 용기 (distillation pressure vessel) 는 증류-액성 평형 접촉 단계를 반복하여 휘발성 액체 구성 요소를 분리하는 ASME 코딩 된 수직 기둥입니다.진공에서 압력에서 작동 (0.01 MPa) 에서 고압 (3.5 MPa) 까지, 용기는 상대적 휘발성 α = (yi/xi) /(yj/xj) 을 분리 동력으로 사용합니다.이론적 단계의 수는 이진 시스템에서 *McCabe-Thiele 방법* 또는 *Fenske 방정식* Nmin = log[(xD/(1-xD)) · (((1-xB) /xB) ] / log(α) 를 통해 계산됩니다., Murphree 판 효율 (60-85%) 에 의해 결정된 실제 단계 수와 최소 리플럭스 Rmin의 1. 1- 5. 0 배의 리플럭스 비율.

1증류 압력 용기의 기본 작동 원칙

증류 압력 용기에 도달 된 분리는 증류-액성 평형 열역학, 홍수와 울림을 방지하는 수압 용량 제한에 달려 있습니다.그리고 각 접촉 단계에서의 질량 전달 효율.

• ** 증기 액체 균형 및 상대적 변동성:**각 평형 단계에서는 보다 휘발성 요소가 활동 계수로 변형된 라울 법칙에 따라 증기 단계로 우선 분할됩니다: yi·P = xi·γi·Pi*.상대 변동성 αAB = (yA/xA) / ((yB/xB) 는 분리 난이도를 결정합니다.: α > 2.0는 몇 단계로 쉽게 분리 할 수 있으며, α = 1.1-1.5는 50-200 + 이론 단계가 필요합니다.전체 역류에서 * Fenske 방정식 * 최소 단계 수 Nmin = 로그[xD·(1-xB) / ((1-xD·xB) ] / 로그 ((α), 언더우드 방정식은 최소한의 반류 비율 Rmin을 결정합니다. 일반적으로 산업적으로 중요한 분리를 위해 0.5-3.0입니다.
• **수력 용량 및 홍수 상관관계:**열 내부의 증기 및 액체 부하는 *F-인자* (증기 용량 인자) = Cv·√(ρv/ρL) 로 정의된 작동 가능한 한계 내에서 유지되어야 하며, Cv는 표면 증기 속도이다.시트 트레이 기둥용, 홍수점 (일반적으로 홍수의 80-85%가 설계 한계) 은 페어 상관관계 또는 소더스-브라운 방정식: Cv,max = Csb·√[(ρL - ρv) /ρv를 통해 계산됩니다.홍수의 85%를 초과하면 대량의 액체가 유입됩니다 (증기는 액체 방울을 위로 옮깁니다), 머프리 효율을 줄입니다. 홍수의 30% 아래에서 증기 에너지는 트레이에 액체를 유지하는 데 충분하지 않으며, 트레이 구멍을 통해 액체의 배수 및 우회 단계를 유발합니다.
• **매스 전송 효율 및 HETP:**스테이지 효율은 주어진 이론 단계에 필요한 실제 물리적 단계의 수를 결정합니다.* 머프리 증기 효율* EMv = (yn - yn+1) / ((yn* - yn+1)) 는 일반적으로 60~85% 사이입니다., 트레이 유형 (시트, 밸브, 거품 뚜??), 밸브 높이 (25-75 mm) 및 액체 흐름 경로 길이에 따라 영향을 받습니다.분리는 *HETP (Theoretical Plate에 동등한 높이) 로 정량화됩니다.: 구조화된 포장 (Mellapak 250Y) 에서 0.4-0.6m, 무작위 포장 (Pall 반지, 50mm) 에서 0.6-1.0m. 실제 기둥 높이는 = 이론적 * HETP * (1/EMv),20%의 안전 범위로.

2주요 종류의 증류 압력 용기

증류 압력 용기는 내장 증기-액성 접촉 장치에 의해 분류되며, 이는 용량, 효율성, 압력 하락 및 자본 비용을 결정합니다.3가지 형태가 산업 관행을 지배하고 있습니다.:

• **시브 트레이 증류 기둥:**이 ASME 용기 (0.6-4.0m 지름, 10-60m 높이) 는 액체 흐름을 위한 다운커머 섹션을 가진 구멍이 뚫린 트레이 데크 (3-8mm 구멍, 10-15% 개방 영역) 를 포함하고 있다. 0.5-2의 F 인자에서 작동한다.5m/s·(kg/m3) ^0.5시트 트레이는 설계 부하에서 70-80%의 머프리 효율을 달성한다. 450-600mm의 트레이 간격은 증기 액체 분리를 허용한다. 트레이 당 압력 하락은 설계 속도에서 0.5-1.0 kPa이다.이 기둥은 높은 용량으로 선호됩니다., 석유화학 정제 (무료 증류, FCC 주 분화기) 에서 중도 순수 응용.
• **구조된 포장 유독 기둥:**이 용기들은 1~2m 높이의 모듈에 쌓인 유류 금속판 포장 (예를 들어 Sulzer Mellapak 250Y, Koch-Glitsch Flexipac) 을 사용합니다. HETP 0.4-0.6m 및 이론 단계당 압력 하락 50-200Pa구조화 된 포장은 열 분해를 방지하기 위해 바닥 압력이 1-5 kPa 이하로 유지되어야하는 진공 증류에 중요한 트레이보다 3-5% 낮은 압력 하락을 달성합니다.용량 인수는 F 인수 = 1에서 2-3m/s.5-2.0은 달성 할 수 있습니다. 액체 분배 장치 (노치 트로프 또는 구멍 뚫린 파이프 유형) 는 효율성을 20-50% 감소시키는 오차 분배를 방지하기 위해 ± 5% 내의 균일성을 달성해야합니다.
• **분리벽 (분리벽) 기둥:**이 단일 배 구성은 세로 내부 분단 벽을 통합하여 두 개의 연속적인 기둥 대신 한 기둥 껍질에서 세 가지 제품 (빛, 중간, 무거운) 을 분리 할 수 있습니다.껍질의 수를 줄임으로써, 장비 수, 재보일러 부과 20% ~ 35%로, 분할된 벽 기둥은 상당한 CAPEX 및 에너지 절감을 달성합니다.파티션은 선분조 측면과 주요 수정 측면으로 기둥을 나눈다, 액체 분화 비율 (일반적으로 0.3-0.7) 및 증기 분화 비율은 수압 설계에 의해 제어됩니다. 확립 된 응용 분야는 BTX 향수 분화 및 C3 / C4 분화 서비스입니다.

증류 압력 용기 유형 비교 행렬

자주 묻는 질문 (FAQ)

질문: 소화 설계에서 최소 역류와 최소 단계의 차이점은 무엇입니까?

A: 최소 반류 비율 Rmin (아더우드 방정식을 통해 계산) 는 무궁무진한 수의 단계가 필요한 반류입니다. 분리가 열역학적으로 가능합니다.최소 단계 Nmin (총 역류에서 Fenske 방정식에서) 는 역류가 무한한 경우 이론적 단계 수입니다실용적인 설계는 일반적으로 R = 1.1-5.0 * Rmin에서 이러한 극단 사이에서 작동하며, 선택된 역류 비율에 따라 실제 단계 수를 결정하는 길리랜드 상관관계입니다.

질문: 증류 압력 용기에 구조화된 포장에 대해 HETP는 어떻게 결정됩니까?

A: 구조화 된 포장용 HETP는 표준 테스트 혼합물을 사용하여 공급자가 실험적으로 결정하고 (예를 들어, 전체 반류에서 사이클로헥산/n-헤프탄) 과 F 인자, 액체 비율,그리고 시스템 속성Mellapak 250Y의 경우, HETP = 0.4-0.6m F = 1.0-2.0m/s·(kg/m3) ^ 0에서5파일럿에서 산업용 기둥으로 확장하면 기둥 지름이 1-2m를 초과하면 더 심해지는 액체 분포 부작용을 고려하기 위해 1.2-1.5 * 교정 인수를 적용합니다.

질문: 시트 트레이 증류 기둥에서 눈물을 흘리는 원인은 무엇이며 어떻게 예방할 수 있습니까?

A: 트레이 구멍을 통한 증기 속도가 트레이 데크에 액체를 유지하기에 충분하지 않아 구멍을 통해 액체가 흐르면서 하류 단계를 우회하면 울음소리가 발생합니다.이것은 머프리의 효율성을 30~50% 감소시킵니다.눈물 는 홍수 속도 (최소 증기 부하) 의 30-50% 이상 작동 유지 및 변수 개방 면적 (예를 들어,낮은 증기 속도에 닫는 움직이는 밸브 캡) 또는 증기 저항을 증가시키는 작은 구멍 직경 (3-5 mm).

질문: 보통 두 개의 기둥 대신 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나란히 나선다.

A: 세 가지 구성 요소의 사료를 순수한 제품으로 분리 할 때 분할 된 벽 기둥이 유리합니다. 중간 구성 요소가 지배적 인 분자 (> 30%의 사료) 인 경우,인접한 구성 요소들 사이의 상대적 변동성은 비슷합니다 (α 비율 < 2).0), 에너지 비용은 20~35%의 감세율을 정당화합니다. 한 껍질, 한 리보일러, 한 콘덴서 제거로 인한 자본 절감은 더 복잡한 내부 설계와 비교해야합니다.제한된 턴다운 (일반적으로 설계의 50-100%), 그리고 두 개의 독립적인 기둥에 비해 가동 유연성이 감소합니다.