تولید کننده ی کندسانسر اتانول چین که راه حل های کندسانس بخار را برای تاسیسات تولید اتانول فراهم می کند

تولید کننده کندانسور اتانول چین ارائه دهنده راه حل های میعان بخار برای تاسیسات تولید اتانول

پاسخ به سوال اصلی:کندانسور اتانول از شرکت Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd چه چیزی را برای یک تاسیسات تولید اتانول فراهم می کند؟ شرکت Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) کندانسورهای پوسته و لوله، صفحه ای و خنک شونده با هوا را برای تقطیر اتانول، رکتيفیکاسیون، آبگیری و بازیابی بخار طراحی و تولید می کند، با وظایف حرارتی از 100 کیلووات تا 20 مگاوات. طراحی بر اساس ثابت های فیزیکی که بر سرویس حاکم هستند آغاز می شود: اتانول در فشار اتمسفر در دمای 78.37 درجه سانتیگراد با گرمای نهان تبخیر 846 کیلوژول بر کیلوگرم می جوشد و سیستم اتانول-آب در 95.6 درصد وزنی اتانول و 78.2 درجه سانتیگراد یک آزئوتروپ تشکیل می دهد که حد عملی تقطیر معمولی را تعیین می کند. کندانسورها مطابق با ASME VIII Division 1 با پوسته های طبقه بندی شده TEMA ساخته می شوند و برای دمای نزدیک 5-10 درجه سانتیگراد در مقابل آب خنک کننده در دمای 25-33 درجه سانتیگراد اندازه گذاری می شوند.

1. اندازه گذاری و طراحی کندانسور اتانول

عملکرد کندانسور توسط تعادل حرارتی و سه تصمیم طراحی تعیین می شود. هر کدام پیامدهای قابل اندازه گیری برای توان تولید کارخانه و اتلاف محصول دارند:

• محاسبه وظیفه و حد آزئوتروپ: وظیفه کندانسور Q = m·lambda به علاوه زیرسردی محسوس است، که در آن m جریان جرمی بخار و lambda برای اتانول در فشار اتمسفر 846 کیلوژول بر کیلوگرم است. بنابراین یک ستون رکتيفیکاسیون که 10000 کیلوگرم در ساعت بخار اتانول 95 درصد وزنی تولید می کند، به حدود 2.4 مگاوات وظیفه میعان، به علاوه 100-300 کیلووات زیرسردی برای رساندن تقطیر به زیر نقطه حباب آن و جلوگیری از اتلاف فلش در مخزن نیاز دارد. فراتر از 95.6 درصد وزنی، آزئوتروپ جداسازی بیشتر از طریق تقطیر را غیرممکن می کند، بنابراین کارخانه ها از آبگیری با الک یا مولکولی، تقطیر استخراجی یا پرواپراسیون استفاده می کنند که هر کدام یک کندانسور اضافی یا یک کندانسور احیا کننده را بر روی جریان بخار قرار می دهند.
• دمای نزدیک و محیط خنک کننده: مساحت کندانسور از A = Q/(U·LMTD) پیروی می کند، بنابراین دمای نزدیک، اختلاف بین دمای میعان و خروجی آب خنک کننده، مستقیماً هزینه سرمایه را هدایت می کند. دمای نزدیک 5 درجه سانتیگراد بازده ترمودینامیکی بالا و اتلاف بخار کم اما یک مبدل بزرگ را می دهد؛ دمای نزدیک 15 درجه سانتیگراد ارزان تر ساخته می شود اما اتلاف بخار اتانول را افزایش می دهد که در نرخ های تولید معمولی در طول سال بیشتر از فولاد اضافی ارزش دارد. آب خنک کننده در دمای 25-33 درجه سانتیگراد استاندارد است، آب سرد در دمای 5-15 درجه سانتیگراد در مواردی که ستون تحت خلاء کار می کند استفاده می شود و خنک کننده های هوا در مواردی که آب کمیاب است انتخاب می شوند، علی رغم ردپای 20-40 درصد بزرگتر.
• گازهای غیرقابل میعان و تهویه: حتی یک کندانسور با طراحی خوب نیز گازهای غیرقابل میعان را از هوای حل شده در خوراک، از CO2 حاصل از تخمیر و از نشت تحت خلاء جمع می کند. این گازها سطح لوله را می پوشانند و می توانند ضریب انتقال حرارت موثر را 30-60 درصد کاهش دهند، که شایع ترین علت کندانسوری است که در هنگام راه اندازی به خوبی کار می کند و در طول یک شیفت عملکرد آن کاهش می یابد. پاسخ صحیح یک اتصال تهویه اختصاصی در سردترین نقطه پوسته، تهویه مداوم یا خودکار به یک اسکرابر یا واحد بازیابی و یک کندانسور تهویه یا تله سرد برای گرفتن اتانول حمل شده با جریان تهویه به جای از دست دادن آن به اتمسفر است.

2. انواع کندانسور و مواد برای سرویس اتانول

سه نوع کندانسور در کارخانه های اتانول استفاده می شوند و انتخاب مواد به ترکیب جریان و وجود اسیدهای آلی بستگی دارد. چهار ملاحظه راهنمای انتخاب هستند:

• پوسته و لوله با خنک کننده آبی: پیش فرض برای وظایف بزرگ. یک مبدل TEMA BEU یا BEM با بخار در سمت پوسته و آب در لوله ها، U برابر 600-1400 وات بر متر مربع کلوین را می دهد و وظایف 500 کیلووات تا 20 مگاوات را در یک پوسته واحد مدیریت می کند. بخار در سمت پوسته ترجیح داده می شود زیرا افت فشار را در جریان بخار کم فشار به حداقل می رساند و توزیع خوبی در سراسر بسته ایجاد می کند. طراحی باید شامل یک صفحه برخورد ورودی بخار برای جلوگیری از فرسایش لوله، اتصالات تهویه کافی و یک خروجی میعان باشد که برای جلوگیری از سیلاب شدن لوله های پایینی که مساحت موثر را کاهش می دهد، اندازه گذاری شده باشد.
• کندانسورهای خنک شونده با هوا: در مواردی که آب کمیاب است، تخلیه پساب محدود است، یا دمای آب خنک کننده برای دستیابی به دمای میعان مورد نیاز خیلی بالا است، انتخاب می شود. واحدهای خنک شونده با هوا ضریب کلی کمتری دارند، معمولاً 300-600 وات بر متر مربع کلوین نسبت به مساحت لوله برهنه، بنابراین از نظر فیزیکی بزرگتر هستند و عملکرد آنها به شدت با دمای محیط متفاوت است: کارخانه ای که برای هوای طراحی 35 درجه سانتیگراد طراحی شده است ممکن است در طول موج گرمای 45 درجه سانتیگراد دچار مشکل شود. کاهش شامل اندازه گذاری بیش از حد 15-25 درصد، فن های با سرعت متغیر با کنترل دما و پیش خنک کننده آدیاباتیک هوای ورودی در شرایط اوج است.
• کندانسورهای خلاء برای ادغام انرژی: کارکرد ستون های رکتيفیکاسیون و آبگیری تحت خلاء در 10-30 کیلوپاسکال مطلق، نقطه جوش را کاهش می دهد، که باعث کاهش تخریب حرارتی می شود، امکان ادغام حرارتی چند اثره و بازیافت بخار را فراهم می کند و مصرف بخار را 20-40 درصد کاهش می دهد. همچنین دمای میعان را کاهش می دهد، بنابراین کندانسور به آب سرد یا مساحت بیشتری نیاز دارد و سیستم خلاء باید برای بار غیرقابل میعان اندازه گذاری شود. اقتصاد معمولاً عملیات خلاء را در کارخانه های اتانول سوختی که هزینه انرژی غالب است و مشخصات محصول کمتر مورد نیاز است، ترجیح می دهد.
• انتخاب مواد و گرفتگی: فولاد کربن برای بخار اتانول-آب تمیز کافی است، اما 304 یا 316L برای میعان در تماس با محصول و برای جریان های حاوی اسیدهای آلی مشخص می شود، زیرا محیط تخمیر و تقطیر حاوی اسیدهای استیک و سایر اسیدهای آلی است که به فولاد کربن حمله کرده و محصول را با آهن آلوده می کنند. باید از مس و آلیاژهای مس در سرویس اتانول اجتناب شود. فاکتورهای گرفتگی 0.0001-0.0002 متر مربع کلوین بر وات معمولاً به سمت آب اعمال می شوند، با یک برنامه تصفیه آب و برای کارخانه های بزرگتر، یک سیستم تمیز کننده آنلاین برای حفظ عملکرد بین تمیز کردن های مکانیکی برنامه ریزی شده.

ماتریس مقایسه انواع کندانسور اتانول

سوالات متداول (FAQ)

س: مساحت کندانسور مورد نیاز برای بخار اتانول چگونه محاسبه می شود؟

پاسخ: از معادله استاندارد مبدل حرارتی A = Q/(U·LMTD·F) استفاده کنید، با شروع از وظیفه. برای میعان بخار خالص یا نزدیک به آزئوتروپ در دمای ثابت، Q = m·lambda، بنابراین 10000 کیلوگرم در ساعت اتانول در 846 کیلوژول بر کیلوگرم، 2350 کیلووات می دهد. سپس LMTD را از دمای میعان و دماهای ورودی و خروجی آب خنک کننده تعیین کنید: با بخار در دمای 78.4 درجه سانتیگراد و آب که از 28 به 38 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، LMTD حدود 44 درجه سانتیگراد است. با U برابر 900 وات بر متر مربع کلوین، مساحت مورد نیاز تقریباً 60 متر مربع است. یک منطقه زیرسردی 10-20 درصد مساحت اضافه کنید، فاکتور اصلاح LMTD مناسب را برای پیکربندی پوسته و لوله اعمال کنید و یک فاکتور گرفتگی 0.0001-0.0002 متر مربع کلوین بر وات در سمت آب لحاظ کنید.

س: چرا تقطیر اتانول در حدود 95 درصد خلوص متوقف می شود؟

پاسخ: زیرا اتانول و آب در فشار اتمسفر در 95.6 درصد وزنی اتانول و 78.2 درجه سانتیگراد یک آزئوتروپ با کمترین نقطه جوش تشکیل می دهند. در آن ترکیب، بخار و مایع ترکیب یکسانی دارند، بنابراین هیچ مقدار رفلاکس اضافی یا مرحله نظری نمی تواند غلظت اتانول را افزایش دهد؛ بخار خروجی از بالای ستون همان قدرت مایع در حال جوش در دیگ بخار را دارد. بنابراین تولید اتانول بی آب با خلوص بیش از 99.5 درصد نیازمند شکستن آزئوتروپ از طریق مکانیسم دیگری است: جذب الک مولکولی، که رایج ترین مسیر صنعتی است؛ تقطیر استخراجی با حلال مانند اتیلن گلیکول؛ تقطیر آزئوتروپیک با یک عامل همراه مانند سیکلوهگزان؛ یا پرواپراسیون غشایی. هر مسیر هزینه تجهیزات و انرژی را اضافه می کند، به همین دلیل است که اتانول درجه سوختی معمولاً در حدود 99.5 درصد وزنی و اتانول درجه صنعتی در 95 درصد وزنی مشخص می شود.

س: چه چیزی باعث کاهش عملکرد کندانسور اتانول در طول زمان می شود؟

پاسخ: چهار علت، به ترتیب فراوانی. پوشش گازهای غیرقابل میعان شایع ترین است: هوا و CO2 حاصل از تخمیر در سمت پوسته جمع می شوند و یک لایه عایق تشکیل می دهند که می تواند مقدار U موثر را 30-60 درصد کاهش دهد و این با تهویه مناسب در سردترین نقطه پوسته برطرف می شود. گرفتگی سمت آب از رسوب، رشد بیولوژیکی یا جامدات معلق، ضریب سمت لوله را کاهش می دهد و از طریق تصفیه آب و تمیز کردن دوره ای مدیریت می شود. سیلاب میعان زمانی رخ می دهد که خروجی کوچک باشد یا تله خراب شود و لوله هایی را که باید بخار را میعان کنند، غرق کند. در نهایت، خوردگی یا رسوبات در سمت بخار ضریب میعان را کاهش می دهد، که معمولاً یک مسئله انتخاب مواد است و نشان می دهد که باید 304 یا 316L به جای فولاد کربن مشخص می شد.

س: آیا کندانسور اتانول باید بالاتر یا پایین تر از ستون نصب شود؟

پاسخ: بیشتر کارخانه ها کندانسور را در سطح زمین یا روی یک سکوی کم در کنار ستون نصب می کنند، با مخزن میعان در زیر آن، زیرا این چیدمان پوسته را آزاد از تخلیه نگه می دارد، نگهداری و برداشتن بسته لوله را ساده می کند و از سازه فولادی سنگین مرتفع و خط بخار طولانی مورد نیاز برای کندانسور نصب شده در بالا اجتناب می کند. معامله این است که یک خط بخار طولانی تر با افت فشار خود دارد که فشار عملیاتی ستون را کمی افزایش می دهد و نیاز به پمپ میعان برای تامین رفلاکس دارد. کندانسورهای نصب شده در بالا یا یکپارچه خط بخار طولانی و پمپ رفلاکس را حذف می کنند اما نیاز به سازه مرتفع دارند و برداشتن بسته را پیچیده می کنند، بنابراین آنها معمولاً برای ستون های کوچک یا در مواردی که فضای طرح به شدت محدود است، رزرو می شوند.