Китайский производитель конденсаторов этанола, предоставляющий решения для конденсации паров для предприятий по производству этанола

Производитель конденсаторов этанола в Китае, предлагающий решения по конденсации паров для этанольных производств

Ответ на основной вопрос: Что этанольный конденсатор от Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd предоставляет этанольному производству? Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) проектирует и изготавливает кожухотрубные, пластинчатые и воздушные конденсаторы для дистилляции, ректификации, обезвоживания этанола и рекуперации паров с тепловой мощностью от 100 кВт до 20 МВт. Проектирование основано на физических константах, определяющих работу: этанол кипит при 78,37°C при атмосферном давлении с теплотой парообразования 846 кДж/кг, а этанольно-водная система образует азеотроп при 95,6% по массе этанола и 78,2°C, что устанавливает практический предел обычной дистилляции. Конденсаторы изготавливаются по ASME VIII Division 1 с кожухами, классифицированными по TEMA, рассчитанными на температуру приближения 5-10°C по отношению к охлаждающей воде при 25-33°C.

Производительность конденсатора определяется тепловым балансом и тремя проектными решениями. Каждое из них имеет измеримые последствия для производительности установки и потерь продукта:

• Расчет тепловой нагрузки и азеотропный предел: Тепловая нагрузка конденсатора Q = m·λ плюс снижение температуры ниже точки росы, где m — массовый расход пара, а λ = 846 кДж/кг для этанола при атмосферном давлении. Ректификационная колонна, производящая 10 000 кг/ч этанола с содержанием 95% по массе, следовательно, требует около 2,4 МВт тепловой нагрузки конденсации плюс 100-300 кВт для снижения температуры дистиллята ниже точки кипения и предотвращения потерь при испарении в приемнике. Выше 95,6% по массе азеотроп делает дальнейшее разделение дистилляцией невозможным, поэтому установки добавляют молекулярные сита для обезвоживания, экстрактивную дистилляцию или первапорацию, каждая из которых требует дополнительного конденсатора или регенерационного конденсатора на потоке паров.
• Температура приближения и охлаждающая среда: Площадь конденсатора определяется по формуле A = Q/(U·LMTD), поэтому температура приближения, разница между температурой конденсации и температурой на выходе охлаждающей воды, напрямую влияет на капитальные затраты. Температура приближения 5°C обеспечивает высокую термодинамическую эффективность и низкие потери паров, но требует большого теплообменника; температура приближения 15°C дешевле в изготовлении, но увеличивает потери паров этанола через вентиляционное отверстие, которые при типичных производственных скоростях стоят дороже за год, чем дополнительная сталь. Охлаждающая вода при 25-33°C является стандартной, охлажденная вода при 5-15°C используется, когда колонна работает под вакуумом, а воздушные охладители выбираются там, где вода дефицитна, несмотря на на 20-40% большую площадь.
• Неконденсирующиеся газы и вентиляция: Даже хорошо спроектированный конденсатор накапливает неконденсирующиеся газы из растворенного воздуха в питании, из CO2, образующегося при ферментации, и из утечек под вакуумом. Эти газы образуют пленку на поверхности трубок и могут снизить эффективный коэффициент теплопередачи на 30-60%, что является наиболее частой причиной снижения производительности конденсатора, который хорошо работает при запуске и деградирует в течение смены. Правильным решением является выделенное вентиляционное отверстие в самой холодной точке кожуха, непрерывная или автоматическая вентиляция в скруббер или установку рекуперации, а также вентиляционный конденсатор или охлаждаемая ловушка для улавливания этанола, уносимого с вентиляционным потоком, вместо его выброса в атмосферу.

Три типа конденсаторов используются на этанольных установках, а выбор материала зависит от состава потока и наличия органических кислот. Четыре фактора определяют выбор:

• Кожухотрубный с водяным охлаждением: Стандарт для большой тепловой нагрузки. Теплообменник типа TEMA BEU или BEM с парами в межтрубном пространстве и водой в трубах обеспечивает U = 600-1400 Вт/м²·K и обрабатывает тепловые нагрузки от 500 кВт до 20 МВт в одном корпусе. Предпочтительно размещение паров в межтрубном пространстве, поскольку это минимизирует перепад давления на потоке низкого давления пара и обеспечивает хорошее распределение по пучку. Конструкция должна включать пластину для защиты от эрозии трубок, достаточные вентиляционные отверстия и выход конденсата, рассчитанный так, чтобы избежать затопления нижних трубок, что снизило бы эффективную площадь.
• Воздушные конденсаторы: Выбираются там, где вода дефицитна, где ограничены сбросы сточных вод или где температура охлаждающей воды слишком высока для достижения требуемой температуры конденсации. Воздушные установки имеют более низкий общий коэффициент, обычно 300-600 Вт/м²·K, отнесенный к площади голой трубки, поэтому они физически больше, и их производительность сильно зависит от температуры окружающей среды: установка, рассчитанная на температуру воздуха 35°C, может испытывать трудности во время тепловой волны 45°C. Смягчение включает увеличение размеров на 15-25%, вентиляторы с регулируемой скоростью и контролем температуры, а также адиабатическое предварительное охлаждение входящего воздуха в пиковые периоды.
• Вакуумные конденсаторы для интеграции энергии: Работа ректификационных и обезвоживающих колонн под вакуумом при абсолютном давлении 10-30 кПа снижает температуру кипения, что уменьшает термическую деградацию, позволяет использовать многоступенчатую и рекомпрессионную интеграцию тепла, а также снижает потребление пара на 20-40%. Это также снижает температуру конденсации, поэтому конденсатору требуется охлажденная вода или большая площадь, а вакуумная система должна быть рассчитана на нагрузку неконденсирующихся газов. Экономика обычно благоприятствует вакуумной работе на установках по производству топливного этанола, где стоимость энергии доминирует, а требования к качеству продукта менее строгие.
• Выбор материалов и образование отложений: Углеродистая сталь подходит для чистого этанольно-водного пара, но 304 или 316L используется для контакта с продуктом и для потоков, содержащих органические кислоты, поскольку среда ферментации и дистилляции содержит уксусную и другие органические кислоты, которые разъедают углеродистую сталь и загрязняют продукт железом. Медь и медные сплавы должны избегаться при работе с этанолом. Коэффициенты загрязнения 0,0001-0,0002 м²·K/Вт обычно применяются для стороны воды, с программой водоподготовки и, для крупных установок, системой онлайн-очистки для поддержания производительности между плановыми механическими чистками.

В: Как рассчитывается требуемая площадь конденсатора для этанольного пара?

О: Используйте стандартное уравнение теплообменника A = Q/(U·LMTD·F), начиная с тепловой нагрузки. Для конденсации чистого или близкого к азеотропному пара при постоянной температуре Q = m·λ, поэтому 10 000 кг/ч этанола при 846 кДж/кг дают 2 350 кВт. Затем определите LMTD из температуры конденсации и температур на входе и выходе охлаждающей воды: при паре при 78,4°C и воде, поднимающейся с 28 до 38°C, LMTD составляет около 44°C. При U = 900 Вт/м²·K требуемая площадь составляет примерно 60 м². Добавьте зону охлаждения ниже точки росы площадью 10-20%, примените соответствующий поправочный коэффициент LMTD для конфигурации кожухотрубного теплообменника и включите коэффициент загрязнения 0,0001-0,0002 м²·K/Вт со стороны воды.

В: Почему дистилляция этанола останавливается примерно на 95% чистоты?

О: Потому что этанол и вода образуют азеотроп с минимальной температурой кипения при 95,6% по массе этанола и 78,2°C при атмосферном давлении. При таком составе пар и жидкость имеют идентичный состав, поэтому никакое количество дополнительного орошения или теоретических ступеней не увеличит концентрацию этанола; пар, выходящий из верхней части колонны, имеет ту же концентрацию, что и жидкость, кипящая в кипятильнике. Производство безводного этанола с чистотой выше 99,5% по массе поэтому требует нарушения азеотропа другим способом: адсорбция на молекулярных ситах, что является наиболее распространенным промышленным методом; экстрактивная дистилляция с растворителем, таким как этиленгликоль; азеотропная дистилляция с экстрагентом, таким как циклогексан; или мембранная первапорация. Каждый метод добавляет оборудование и затраты на энергию, поэтому этанол топливного класса обычно производится с чистотой около 99,5% по массе, а этанол промышленного класса — с чистотой 95% по массе.

В: Что вызывает снижение производительности этанольного конденсатора со временем?

О: Четыре причины, в порядке убывания частоты. Загрязнение неконденсирующимися газами является наиболее распространенным: воздух и CO2, образующийся при ферментации, накапливаются в межтрубном пространстве и образуют изолирующий слой, который может снизить эффективное значение U на 30-60%, и это устраняется правильной вентиляцией в самой холодной точке кожуха. Загрязнение со стороны воды накипью, биологическим ростом или взвешенными твердыми частицами снижает коэффициент теплопередачи в трубках и управляется водоподготовкой и периодической очисткой. Затопление конденсатом происходит, когда выходное отверстие недостаточно велико или ловушка неисправна, затапливая трубки, которые должны конденсировать пар. Наконец, коррозия или отложения на стороне пара снижают коэффициент конденсации, что обычно является проблемой выбора материала и указывает на то, что следовало выбрать 304 или 316L вместо углеродистой стали.

В: Должен ли этанольный конденсатор монтироваться над колонной или под ней?

О: Большинство установок монтируют конденсатор на уровне земли или на низкой платформе рядом с колонной, с приемником конденсата под ним, поскольку такая компоновка обеспечивает свободный дренаж кожуха, упрощает техническое обслуживание и извлечение пучка трубок, а также позволяет избежать тяжелых высоких стальных конструкций и длинной паровой линии, необходимых для конденсатора, установленного сверху. Компромиссом является более длинная паровая линия с собственным перепадом давления, что немного повышает рабочее давление колонны, и необходимость насоса для подачи орошения. Конденсаторы, установленные сверху или интегрированные, устраняют длинную паровую линию и насос орошения, но требуют высокой конструкции и усложняют снятие пучка, поэтому они обычно резервируются для небольших колонн или там, где пространство сильно ограничено.

Теги: Реактор из нержавеющей стали, Система химического реактора, Промышленный химический реактор