Çin Etanol Kondansörü Üreticisi, Etanol Üretim Tesisleri için Buhar Kondansasyon Çözümleri Sağlıyor

Çin Etanol Yoğuşma Cihazı Üreticisi, Etanol Üretim Tesisleri İçin Buhar Yoğuşma Çözümleri Sunuyor

Temel soruyu yanıtlamak: Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd'den bir etanol yoğuşma cihazı, bir etanol üretim tesisine ne sağlar? Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel), etanol distilasyonu, rektifikasyonu, dehidrasyonu ve buhar geri kazanımı görevleri için 100 kW ila 20 MW termal görevlerle kabuk ve borulu, plakalı ve hava soğutmalı yoğuşma cihazları tasarlar ve üretir. Tasarım, hizmeti yöneten fiziksel sabitlerden başlar: etanol, atmosferik basınçta 78,37°C'de 846 kJ/kg buharlaşma gizli ısısıyla kaynar ve etanol-su sistemi, %95,6 ağırlık etanol ve 78,2°C'de bir azeotrop oluşturur, bu da sıradan distilasyonun pratik sınırını belirler. Yoğuşma cihazları, ASME VIII Bölüm 1'e göre TEMA sınıflandırmalı kabuklarla, 25-33°C'deki soğutma suyuna karşı 5-10°C'lik bir yaklaşma sıcaklığı için boyutlandırılmıştır.

Yoğuşma cihazı performansı, ısı dengesi ve üç tasarım kararı ile belirlenir. Her birinin tesis kapasitesi ve ürün kaybı üzerinde ölçülebilir bir sonucu vardır:

• Görev Hesaplaması ve Azeotrop Sınırı: Yoğuşma cihazı görevi Q = m·λ artı duyulur alt soğutmadır, burada m buhar kütle akışı ve λ atmosferik basınçta etanol için 846 kJ/kg'dır. Bu nedenle, saatte 10.000 kg %95 ağırlık etanol buharı üreten bir rektifikasyon kolonu, yaklaşık 2,4 MW yoğuşma görevi artı distilatı kaynama noktasının altına indirmek ve alıcıdaki ani kayıpları önlemek için 100-300 kW alt soğutma gerektirir. %95,6 ağırlığın ötesinde, azeotrop distilasyonla daha fazla ayrılmayı imkansız hale getirir, bu nedenle tesisler moleküler elek dehidrasyonu, ekstraktif distilasyon veya pervaporasyon ekler, bunların her biri buhar akışına ek bir yoğuşma cihazı veya bir rejenerasyon yoğuşma cihazı yerleştirir.
• Yaklaşma Sıcaklığı ve Soğutma Ortamı: Yoğuşma cihazı alanı A = Q/(U·LMTD) olduğundan, yoğuşma sıcaklığı ile soğutma suyu çıkışı arasındaki fark olan yaklaşma sıcaklığı, sermaye maliyetini doğrudan belirler. 5°C'lik bir yaklaşma, yüksek termodinamik verimlilik ve düşük buhar kaybı sağlar ancak büyük bir eşanjör gerektirir; 15°C'lik bir yaklaşma inşa etmek daha ucuzdur ancak etanol buharının havalandırma kaybını artırır, bu da tipik üretim oranlarında bir yıl boyunca ekstra çelikten daha değerlidir. 25-33°C'deki soğutma suyu standarttır, kolonda vakum altında çalışıldığında 5-15°C'deki soğutulmuş su kullanılır ve su kıt olduğunda hava soğutucular tercih edilir, ancak ayak izi %20-40 daha büyüktür.
• Yoğuşmayanlar ve Havalandırma: İyi tasarlanmış bir yoğuşma cihazı bile, besleme suyundaki çözünmüş havadan, fermantasyondan türetilen CO2'den ve vakum altındaki sızıntıdan kaynaklanan yoğuşmayan gazlar biriktirir. Bu gazlar tüp yüzeyini kaplar ve etkili ısı transfer katsayısını %30-60 oranında azaltabilir, bu da başlangıçta iyi performans gösteren ve vardiya boyunca performansı düşen bir yoğuşma cihazının en yaygın nedenidir. Doğru yanıt, kabuğun en soğuk noktasında özel bir havalandırma bağlantısı, bir scrubber veya geri kazanım ünitesine sürekli veya otomatik havalandırma ve atmosfere kaybetmek yerine havalandırma akışıyla taşınan etanolü yakalamak için bir havalandırma yoğuşma cihazı veya soğutulmuş tuzak olmalıdır.

Etanol tesislerine üç tür yoğuşma cihazı hizmet eder ve malzeme seçimi akış bileşimine ve organik asitlerin varlığına bağlıdır. Seçimi dört husus yönlendirir:

• Su Soğutmalı Kabuk ve Borulu: Büyük görevler için varsayılan. Kabuk tarafında buhar ve borularda su bulunan bir TEMA BEU veya BEM eşanjörü, 600-1.400 W/m2·K U değeri verir ve tek bir kabukta 500 kW ila 20 MW arasındaki görevleri işler. Kabuk tarafında buhar, düşük basınçlı buhar akışındaki basınç düşüşünü en aza indirdiği ve demet boyunca iyi bir dağılım sağladığı için tercih edilir. Tasarım, tüp erozyonunu önlemek için bir buhar girişi çarpma plakası, yeterli havalandırma bağlantıları ve alt tüplerin taşmasını önlemek için boyutlandırılmış bir yoğuşuk çıkışı içermelidir, bu da etkili alanı azaltır.
• Hava Soğutmalı Yoğuşma Cihazları: Su kıt olduğunda, atık deşarjının kısıtlı olduğu veya soğutma suyu sıcaklığının gerekli yoğuşma sıcaklığına ulaşmak için çok yüksek olduğu durumlarda seçilir. Hava soğutmalı üniteler, çıplak tüp alanına atıfta bulunulduğunda tipik olarak 300-600 W/m2·K gibi daha düşük bir genel katsayıya sahiptir, bu nedenle fiziksel olarak daha büyüktürler ve performansları ortam sıcaklığına göre güçlü bir şekilde değişir: 35°C tasarım havası için tasarlanmış bir tesis, 45°C'lik bir sıcak hava dalgası sırasında zorlanabilir. Azaltma, %15-25 oranında aşırı boyutlandırma, sıcaklık kontrollü değişken hızlı fanlar ve en yüksek koşullar sırasında giriş havasının adiabatik ön soğutulmasını içerir.
• Enerji Entegrasyonu İçin Vakum Yoğuşma Cihazları: Rektifikasyon ve dehidrasyon kolonlarını vakum altında 10-30 kPa mutlak basınçta çalıştırmak, kaynama noktasını düşürür, termal bozunmayı azaltır, çok etkili ve buhar sıkıştırmalı ısı entegrasyonunu mümkün kılar ve buhar tüketimini %20-40 oranında azaltır. Ayrıca yoğuşma sıcaklığını düşürür, bu nedenle yoğuşma cihazı soğutulmuş su veya daha büyük bir alan gerektirir ve vakum sistemi yoğuşmayan yük için boyutlandırılmalıdır. Ekonomik olarak, enerji maliyetinin hakim olduğu ve ürün spesifikasyonunun daha az talepkar olduğu yakıt etanolü tesislerinde vakum operasyonu genellikle avantajlıdır.
• Malzeme Seçimi ve Kirlenme: Temiz etanol-su buharı için karbon çeliği yeterlidir, ancak ürünle temas eden yoğuşuk ve organik asit içeren akışlar için 304 veya 316L belirtilir, çünkü fermantasyon ve distilasyon ortamı, karbon çeliğini aşındıran ve ürünü demirle kirleten asetik ve diğer organik asitleri taşır. Etanol servisinde bakır ve bakır alaşımlarından kaçınılmalıdır. Su tarafına tipik olarak 0,0001-0,0002 m2·K/W kirlenme faktörleri uygulanır, su arıtma programı ve daha büyük tesisler için planlanmış mekanik temizlikler arasında performansı korumak için çevrimiçi bir temizleme sistemi kullanılır.

S: Etanol buharı için gerekli yoğuşma cihazı alanı nasıl hesaplanır?

C: Görevle başlayarak standart ısı eşanjörü denklemi A = Q/(U·LMTD·F) kullanın. Saf veya azeotropa yakın buharın sabit sıcaklıkta yoğuşması için Q = m·λ olduğundan, 846 kJ/kg'da 10.000 kg/saat etanol 2.350 kW verir. Ardından, yoğuşma sıcaklığı ve soğutma suyu giriş ve çıkış sıcaklıklarından LMTD'yi belirleyin: 78,4°C'deki buhar ve 28 ila 38°C arasında yükselen su ile LMTD yaklaşık 44°C'dir. 900 W/m2·K U değeri ile gerekli alan yaklaşık 60 m2'dir. 10-20% alanlık bir alt soğutma bölgesi ekleyin, kabuk ve boru konfigürasyonu için uygun LMTD düzeltme faktörünü uygulayın ve su tarafında 0,0001-0,0002 m2·K/W'lık bir kirlenme faktörü dahil edin.

S: Etanol distilasyonu neden yaklaşık %95 saflıkta durur?

C: Çünkü etanol ve su, atmosferik basınçta %95,6 ağırlık etanol ve 78,2°C'de minimum kaynama noktalı bir azeotrop oluşturur. Bu kompozisyonda buhar ve sıvı aynı kompozisyona sahiptir, bu nedenle ek geri akış veya teorik kademe miktarı etanol konsantrasyonunu artıramaz; kolondaki üstten çıkan buhar, kazandaki kaynayan sıvı ile aynı güçtedir. Bu nedenle, %99,5 ağırlığın üzerinde susuz etanol üretmek için azeotropu farklı bir mekanizmayla kırmak gerekir: en yaygın endüstriyel yol olan moleküler elek adsorpsiyonu; etilen glikol gibi bir çözücü ile ekstraktif distilasyon; sikloheksan gibi bir taşıyıcı ile azeotropik distilasyon; veya membran pervaporasyon. Her yol ekipman ve enerji maliyeti ekler, bu nedenle yakıt sınıfı etanol tipik olarak yaklaşık %99,5 ağırlık ve endüstriyel sınıf %95 ağırlık olarak belirtilir.

S: Etanol yoğuşma cihazının performansı zamanla neden düşer?

C: Sıklık sırasına göre dört neden. Yoğuşmayan gaz kaplaması en yaygın olanıdır: hava ve fermantasyondan türetilen CO2 kabuk tarafında birikir ve etkili U değerini %30-60 oranında azaltabilen yalıtkan bir katman oluşturur ve bu, kabuğun en soğuk noktasında uygun havalandırma ile giderilir. Ölçek, biyolojik büyüme veya askıda katı maddelerden kaynaklanan su tarafı kirlenmesi, tüp tarafı katsayısını azaltır ve su arıtma ve periyodik temizlik yoluyla yönetilir. Yoğuşuk taşması, çıkışın yetersiz boyutlandırılması veya tuzak arızası durumunda meydana gelir ve yoğuşması gereken tüpleri su altında bırakır. Son olarak, buhar tarafındaki korozyon veya birikintiler yoğuşma katsayısını azaltır, bu genellikle bir malzeme seçimi sorunudur ve karbon çeliği yerine 304 veya 316L'nin belirtilmesi gerektiğini gösterir.

S: Etanol yoğuşma cihazı kolondan yukarı mı yoksa aşağı mı monte edilmelidir?

C: Çoğu tesis, yoğuşuk alıcıyı altında olacak şekilde yoğuşma cihazını yer seviyesinde veya kolonun yanında alçak bir platformda monte eder, çünkü bu düzenleme kabuğu serbestçe boşaltır, bakımı ve tüp demetinin çekilmesini basitleştirir ve üstten monte edilmiş bir yoğuşma cihazı için gereken ağır yükseltilmiş çelik işlerini ve uzun buhar hattını önler. Karşılığında, kendi basınç düşüşü olan daha uzun bir buhar hattı vardır, bu da kolonun çalışma basıncını hafifçe yükseltir ve geri akış sağlamak için bir yoğuşuk pompası ihtiyacını doğurur. Üstten monte edilmiş veya entegre yoğuşma cihazları, uzun buhar hattını ve geri akış pompasını ortadan kaldırır ancak yükseltilmiş bir yapı gerektirir ve demet çıkarılmasını karmaşıklaştırır, bu nedenle genellikle küçük kolonlar veya alanın ciddi şekilde kısıtlı olduğu yerler için ayrılır.

Etiketler: Paslanmaz Çelik Reaktör, Kimyasal Reaktör Sistemi, Endüstriyel Kimyasal Reaktör