ผู้ผลิตคอนเดนเซอร์เอทานอลของจีนที่ให้บริการโซลูชันการควบแน่นไอระเหยสำหรับโรงงานผลิตเอทานอล

ผู้ผลิตคอนเดนเซอร์เอทานอลในประเทศจีน ให้บริการโซลูชันการควบแน่นไอระเหยสำหรับโรงงานผลิตเอทานอล

ตอบคำถามหลัก:คอนเดนเซอร์เอทานอลจาก Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd ให้บริการอะไรแก่โรงงานผลิตเอทานอล? Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) ออกแบบและผลิตคอนเดนเซอร์แบบเปลือกและท่อ แบบแผ่น และแบบระบายความร้อนด้วยอากาศ สำหรับการกลั่น การทำให้บริสุทธิ์ การทำให้แห้ง และการกู้คืนไอระเหยของเอทานอล โดยมีภาระความร้อนตั้งแต่ 100 กิโลวัตต์ ถึง 20 เมกะวัตต์ การออกแบบเริ่มต้นจากค่าคงที่ทางกายภาพที่ควบคุมการทำงาน: เอทานอลเดือดที่ 78.37°C ที่ความดันบรรยากาศ โดยมีความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ 846 กิโลจูล/กิโลกรัม และระบบเอทานอล-น้ำจะเกิดสารผสมแบบเอzeotrope ที่เอทานอล 95.6% โดยน้ำหนัก และ 78.2°C ซึ่งเป็นขีดจำกัดที่ใช้งานได้จริงของการกลั่นแบบธรรมดา คอนเดนเซอร์ถูกสร้างขึ้นตามมาตรฐาน ASME VIII Division 1 พร้อมเปลือกที่จัดประเภทตาม TEMA โดยมีขนาดสำหรับอุณหภูมิเข้าใกล้ 5-10°C เทียบกับน้ำหล่อเย็นที่ 25-33°C

ประสิทธิภาพของคอนเดนเซอร์ถูกกำหนดโดยสมดุลความร้อนและโดยการตัดสินใจออกแบบสามประการ แต่ละประการมีผลกระทบที่วัดผลได้ต่อกำลังการผลิตของโรงงานและการสูญเสียผลิตภัณฑ์:

• การคำนวณภาระงานและขีดจำกัดของสารผสมแบบเอzeotrope: ภาระงานของคอนเดนเซอร์คือ Q = m·λ บวกกับการลดอุณหภูมิแฝง โดยที่ m คืออัตราการไหลของมวลไอระเหย และ λ คือ 846 กิโลจูล/กิโลกรัม สำหรับเอทานอลที่ความดันบรรยากาศ คอลัมน์ทำให้บริสุทธิ์ที่ผลิตเอทานอลไอระเหย 95% โดยน้ำหนัก 10,000 กิโลกรัม/ชั่วโมง ดังนั้นจึงต้องการภาระงานการควบแน่นประมาณ 2.4 เมกะวัตต์ บวกกับการลดอุณหภูมิแฝง 100-300 กิโลวัตต์ เพื่อลดอุณหภูมิของสารกลั่นให้ต่ำกว่าจุดเดือดและป้องกันการสูญเสียไอระเหยในถังพัก เกิน 95.6% โดยน้ำหนัก สารผสมแบบเอzeotrope ทำให้การแยกเพิ่มเติมด้วยการกลั่นเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นโรงงานจึงเพิ่มเครื่องอบแห้งแบบตะแกรงโมเลกุล การกลั่นแบบสกัด หรือการแยกด้วยเยื่อ ซึ่งแต่ละวิธีจะเพิ่มคอนเดนเซอร์เพิ่มเติมหรือคอนเดนเซอร์สำหรับสร้างใหม่บนกระแสไอระเหย
• อุณหภูมิเข้าใกล้และสารหล่อเย็น: พื้นที่คอนเดนเซอร์เป็นไปตาม A = Q/(U·LMTD) ดังนั้นอุณหภูมิเข้าใกล้ ซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิควบแน่นและอุณหภูมิขาออกของน้ำหล่อเย็น จะขับเคลื่อนต้นทุนการลงทุนโดยตรง อุณหภูมิเข้าใกล้ 5°C ให้ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์สูงและการสูญเสียไอระเหยต่ำ แต่เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนขนาดใหญ่ อุณหภูมิเข้าใกล้ 15°C มีราคาถูกกว่าในการสร้าง แต่เพิ่มการสูญเสียไอระเหยเอทานอลที่ช่องระบาย ซึ่งที่อัตราการผลิตทั่วไปมีมูลค่ามากกว่าเหล็กส่วนเกินตลอดทั้งปี น้ำหล่อเย็นที่ 25-33°C เป็นมาตรฐาน น้ำเย็นที่ 5-15°C ใช้ในกรณีที่คอลัมน์ทำงานภายใต้สุญญากาศ และเครื่องทำความเย็นแบบอากาศจะถูกเลือกในกรณีที่น้ำมีน้อย แม้ว่าจะมีพื้นที่เพิ่มขึ้น 20-40% ก็ตาม
• ก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่นได้และการระบายอากาศ: แม้แต่คอนเดนเซอร์ที่ออกแบบมาอย่างดีก็ยังสะสมก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่นได้จากอากาศที่ละลายในน้ำป้อน จาก CO2 ที่เกิดจากการหมัก และจากการรั่วไหลภายใต้สุญญากาศ ก๊าซเหล่านี้จะปกคลุมพื้นผิวท่อและสามารถลดสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพลง 30-60% ซึ่งเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของคอนเดนเซอร์ที่ทำงานได้ดีเมื่อเริ่มต้นและเสื่อมสภาพตลอดกะ การตอบสนองที่ถูกต้องคือการเชื่อมต่อช่องระบายอากาศโดยเฉพาะที่จุดที่เย็นที่สุดของเปลือก การระบายอากาศอย่างต่อเนื่องหรืออัตโนมัติไปยังเครื่องขัดหรือหน่วยกู้คืน และคอนเดนเซอร์ระบายอากาศหรือกับดักเย็นเพื่อจับเอทานอลที่ปนเปื้อนกับกระแสระบายอากาศ แทนที่จะสูญเสียไปในบรรยากาศ

คอนเดนเซอร์สามประเภทให้บริการโรงงานเอทานอล และการเลือกวัสดุขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของกระแสและกับการมีอยู่ของกรดอินทรีย์ ข้อควรพิจารณาสี่ประการเป็นแนวทางในการเลือก:

• เปลือกและท่อพร้อมการระบายความร้อนด้วยน้ำ: ค่าเริ่มต้นสำหรับภาระงานขนาดใหญ่ เครื่องแลกเปลี่ยนแบบ TEMA BEU หรือ BEM โดยมีไอระเหยอยู่ด้านเปลือกและน้ำในท่อ ให้ค่า U ที่ 600-1,400 W/m2·K และรองรับภาระงานตั้งแต่ 500 กิโลวัตต์ ถึง 20 เมกะวัตต์ในเปลือกเดียว ไอระเหยด้านเปลือกเป็นที่ต้องการเพราะช่วยลดแรงดันตกคร่อมบนกระแสไอระเหยแรงดันต่ำและให้การกระจายตัวที่ดีทั่วทั้งชุด การออกแบบต้องรวมแผ่นกันการปะทะของไอระเหยเพื่อป้องกันการสึกกร่อนของท่อ การเชื่อมต่อช่องระบายอากาศที่เพียงพอ และช่องทางออกของสารควบแน่นที่มีขนาดเหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการท่วมท่อด้านล่าง ซึ่งจะลดพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ
• คอนเดนเซอร์แบบระบายความร้อนด้วยอากาศ: เลือกในกรณีที่น้ำมีน้อย ในกรณีที่การปล่อยน้ำทิ้งถูกจำกัด หรือในกรณีที่อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นสูงเกินไปที่จะได้อุณหภูมิควบแน่นที่ต้องการ หน่วยระบายความร้อนด้วยอากาศมีสัมประสิทธิ์โดยรวมต่ำกว่า โดยทั่วไป 300-600 W/m2·K อ้างอิงจากพื้นที่ท่อเปล่า ดังนั้นจึงมีขนาดใหญ่กว่าทางกายภาพและประสิทธิภาพจะแปรผันอย่างมากกับอุณหภูมิแวดล้อม: โรงงานที่ออกแบบสำหรับอากาศออกแบบ 35°C อาจประสบปัญหาในช่วงคลื่นความร้อน 45°C การบรรเทาผลกระทบรวมถึงการเพิ่มขนาด 15-25% พัดลมความเร็วแปรผันพร้อมการควบคุมอุณหภูมิ และการทำความเย็นล่วงหน้าแบบอะเดียแบติกของอากาศขาเข้าในช่วงสภาวะสูงสุด
• คอนเดนเซอร์สุญญากาศสำหรับการบูรณาการพลังงาน: การเดินคอลัมน์ทำให้บริสุทธิ์และทำให้แห้งภายใต้สุญญากาศที่ 10-30 kPa สัมบูรณ์ จะลดจุดเดือด ซึ่งช่วยลดการเสื่อมสภาพจากความร้อน เปิดใช้งานการบูรณาการความร้อนแบบหลายผลและแบบอัดไอกลับ และลดการใช้ไอน้ำลง 20-40% นอกจากนี้ยังลดอุณหภูมิควบแน่น ดังนั้นคอนเดนเซอร์จึงต้องการน้ำเย็นหรือพื้นที่ขนาดใหญ่ขึ้น และระบบสุญญากาศต้องมีขนาดสำหรับภาระงานที่ไม่สามารถควบแน่นได้ โดยทั่วไปแล้วเศรษฐศาสตร์จะสนับสนุนการทำงานภายใต้สุญญากาศในโรงงานเอทานอลเชื้อเพลิงที่ต้นทุนพลังงานเป็นหลักและข้อกำหนดผลิตภัณฑ์มีความต้องการน้อยกว่า
• การเลือกวัสดุและการเกิดคราบสกปรก: เหล็กกล้าคาร์บอนเพียงพอสำหรับไอระเหยเอทานอล-น้ำที่สะอาด แต่ 304 หรือ 316L จะถูกระบุสำหรับสารควบแน่นที่สัมผัสผลิตภัณฑ์และสำหรับกระแสที่มีกรดอินทรีย์ เนื่องจากสภาพแวดล้อมการหมักและการกลั่นมีกรดอะซิติกและกรดอินทรีย์อื่นๆ ที่โจมตีเหล็กกล้าคาร์บอนและปนเปื้อนผลิตภัณฑ์ด้วยเหล็ก ควรหลีกเลี่ยงทองแดงและโลหะผสมทองแดงในการบริการเอทานอล โดยทั่วไปจะใช้ปัจจัยการเกิดคราบสกปรก 0.0001-0.0002 m2·K/W กับด้านน้ำ พร้อมโปรแกรมบำบัดน้ำ และสำหรับโรงงานขนาดใหญ่ ระบบทำความสะอาดออนไลน์เพื่อรักษาประสิทธิภาพระหว่างการทำความสะอาดทางกลตามกำหนด

Q: คำนวณพื้นที่คอนเดนเซอร์ที่ต้องการสำหรับไอระเหยเอทานอลได้อย่างไร?

A: ใช้สมการเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมาตรฐาน A = Q/(U·LMTD·F) โดยเริ่มต้นจากภาระงาน สำหรับการควบแน่นไอระเหยบริสุทธิ์หรือเกือบเป็นสารผสมแบบเอzeotrope ที่อุณหภูมิคงที่ Q = m·λ ดังนั้น เอทานอล 10,000 กิโลกรัม/ชั่วโมง ที่ 846 กิโลจูล/กิโลกรัม จะได้ 2,350 กิโลวัตต์ จากนั้นกำหนด LMTD จากอุณหภูมิควบแน่นและอุณหภูมิขาเข้าและขาออกของน้ำหล่อเย็น: ด้วยไอระเหยที่ 78.4°C และน้ำที่เพิ่มขึ้นจาก 28 ถึง 38°C LMTD จะอยู่ที่ประมาณ 44°C ด้วย U ที่ 900 W/m2·K พื้นที่ที่ต้องการจะอยู่ที่ประมาณ 60 ตร.ม. เพิ่มโซนลดอุณหภูมิแฝง 10-20% ของพื้นที่ ใช้ปัจจัยแก้ไข LMTD ที่เหมาะสมสำหรับการกำหนดค่าเปลือกและท่อ และรวมปัจจัยการเกิดคราบสกปรก 0.0001-0.0002 m2·K/W ที่ด้านน้ำ

Q: ทำไมการกลั่นเอทานอลจึงหยุดที่ความบริสุทธิ์ประมาณ 95%?

A: เนื่องจากเอทานอลและน้ำเกิดสารผสมแบบเอzeotrope ที่มีจุดเดือดต่ำสุดที่เอทานอล 95.6% โดยน้ำหนัก และ 78.2°C ที่ความดันบรรยากาศ ที่องค์ประกอบนั้น ไอระเหยและของเหลวมีองค์ประกอบเหมือนกัน ดังนั้นการไหลย้อนกลับเพิ่มเติมหรือขั้นตอนทางทฤษฎีจำนวนเท่าใดก็ตามจะไม่สามารถเพิ่มความเข้มข้นของเอทานอลได้ ไอระเหยที่ออกจากด้านบนของคอลัมน์มีความเข้มข้นเท่ากับของเหลวที่เดือดในหม้อต้ม ดังนั้น การผลิตเอทานอลปราศจากน้ำที่สูงกว่า 99.5% โดยน้ำหนัก จึงต้องทำลายสารผสมแบบเอzeotrope ด้วยกลไกอื่น: การดูดซับด้วยตะแกรงโมเลกุล ซึ่งเป็นวิธีอุตสาหกรรมที่พบบ่อยที่สุด การกลั่นแบบสกัดด้วยตัวทำละลาย เช่น เอทิลีนไกลคอล การกลั่นแบบเอzeotrope ด้วยสารช่วย เช่น ไซโคลเฮกเซน หรือการแยกด้วยเยื่อแบบเพอร์วาพอเรชั่น แต่ละวิธีจะเพิ่มอุปกรณ์และต้นทุนพลังงาน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเอทานอลเกรดเชื้อเพลิงจึงมักถูกระบุที่ประมาณ 99.5% โดยน้ำหนัก และเกรดอุตสาหกรรมที่ 95% โดยน้ำหนัก

Q: อะไรคือสาเหตุที่คอนเดนเซอร์เอทานอลสูญเสียประสิทธิภาพไปตามกาลเวลา?

A: สี่สาเหตุ เรียงตามลำดับความถี่ การสะสมก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่นได้เป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุด: อากาศและ CO2 ที่เกิดจากการหมักสะสมที่ด้านเปลือกและก่อตัวเป็นชั้นฉนวนที่สามารถลดค่า U ที่มีประสิทธิภาพลง 30-60% และแก้ไขได้ด้วยการระบายอากาศที่เหมาะสมที่จุดที่เย็นที่สุดของเปลือก การเกิดคราบสกปรกที่ด้านน้ำจากตะกรัน การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ หรือของแข็งแขวนลอย จะลดสัมประสิทธิ์ด้านท่อและจัดการได้ด้วยการบำบัดน้ำและการทำความสะอาดเป็นระยะ การท่วมของสารควบแน่นเกิดขึ้นเมื่อช่องทางออกมีขนาดเล็กเกินไปหรือกับดักทำงานผิดปกติ ทำให้ท่อที่ควรจะควบแน่นไอระเหยจมอยู่ สุดท้าย การกัดกร่อนหรือการสะสมที่ด้านไอระเหยจะลดสัมประสิทธิ์การควบแน่น ซึ่งมักเป็นปัญหาการเลือกวัสดุและบ่งชี้ว่าควรระบุ 304 หรือ 316L แทนเหล็กกล้าคาร์บอน

Q: ควรติดตั้งคอนเดนเซอร์เอทานอลไว้เหนือหรือใต้คอลัมน์?

A: โรงงานส่วนใหญ่ติดตั้งคอนเดนเซอร์ที่ระดับพื้นดินหรือบนแท่นต่ำข้างคอลัมน์ โดยมีถังพักสารควบแน่นอยู่ด้านล่าง เนื่องจากรูปแบบนี้ทำให้เปลือกคอลัมน์ระบายน้ำได้ดี ทำให้การบำรุงรักษาและการถอดชุดท่อทำได้ง่ายขึ้น และหลีกเลี่ยงโครงสร้างเหล็กยกสูงขนาดใหญ่และท่อไอระเหยยาวที่จำเป็นสำหรับคอนเดนเซอร์ที่ติดตั้งด้านบน ข้อแลกเปลี่ยนคือท่อไอระเหยที่ยาวขึ้นพร้อมแรงดันตกคร่อมของตัวเอง ซึ่งจะเพิ่มแรงดันการทำงานของคอลัมน์เล็กน้อย และความจำเป็นในการใช้ปั๊มสารควบแน่นเพื่อจ่ายการไหลย้อนกลับ คอนเดนเซอร์ที่ติดตั้งด้านบนหรือแบบรวมจะช่วยขจัดท่อไอระเหยยาวและปั๊มไหลย้อนกลับ แต่ต้องใช้โครงสร้างยกสูงและทำให้การถอดชุดท่อซับซ้อนขึ้น ดังนั้นจึงมักสงวนไว้สำหรับคอลัมน์ขนาดเล็กหรือในกรณีที่พื้นที่ติดตั้งมีข้อจำกัดอย่างมาก

แท็ก:เครื่องปฏิกรณ์สแตนเลส, ระบบเครื่องปฏิกรณ์เคมี, เครื่องปฏิกรณ์เคมีอุตสาหกรรม