حزمة تصميم عملية التقطير من الصين

حزمة تصميم عملية التقطير: منهج منهجي من شركة Wangdu (Hebei) للهندسة الكيميائية المحدودة

مقدمة

في صناعات العمليات الكيميائية، يعد فصل المخاليط السائلة إلى مكوناتها الفردية عملية أساسية وغالبًا ما تستهلك الكثير من الطاقة. ويظل التقطير هو أسلوب الفصل الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لمثل هذه المهام. يتم تحديد الفعالية والسلامة والجدوى الاقتصادية لنظام التقطير بشكل أساسي خلال مرحلة التصميم. في شركة Wangdu (Hebei) للهندسة الكيميائية المحدودة، يعد تطوير حزمة تصميم عملية التقطير الشاملة (DPDP) بمثابة إنجاز بالغ الأهمية يربط بين اختيار العملية المفاهيمية والهندسة التفصيلية. تعمل هذه الوثيقة بمثابة مخطط تأسيسي، حيث توفر جميع المعلومات العملية اللازمة للهندسة والمشتريات والبناء والتشغيل الناجحة لوحدة التقطير. توضح هذه المقالة المكونات الرئيسية والنهج المنهجي المدمج في DPDP الخاص بنا.

المكونات الأساسية لحزمة التصميم

Wangdu DPDP عبارة عن مجموعة منظمة من المستندات وأوراق البيانات التي تحدد العملية بدقة. وتشمل عناصرها الأساسية ما يلي:

1. مخططات تدفق العملية (PFDs): توفر مخططات تدفق العملية رؤية مجهرية للعملية. ويوضح جميع المعدات الرئيسية، وتدفقات العملية الأولية، واتجاهات تدفقها. يتم شرح البيانات التشغيلية الرئيسية، مثل معدلات التدفق والتركيبات ودرجات الحرارة والضغوط، مباشرة على الرسم التخطيطي للتيارات الرئيسية. بالنسبة لعمود التقطير، يتضمن ذلك تيارات التغذية، ونواتج التقطير، والقيعان، بالإضافة إلى تيارات المرافق إلى إعادة الغليان والمكثف.

2. مخططات الأنابيب والأجهزة (P&IDs): بناءً على PFD، يقدم P&ID مخططًا أكثر تفصيلاً. وهي تحدد الأنابيب والأجهزة وأنظمة التحكم. يتضمن ذلك تحديد حجم ومواصفات جميع الصمامات وأجهزة الاستشعار (لدرجة الحرارة والضغط والمستوى) وحلقات التحكم وأجهزة السلامة ذات الصلة بالعمود ومرجل إعادة الغليان والمكثف والمضخات والخزانات المرتبطة بها.

3. توازن الحرارة والمواد (HMB): HMB هو الأساس الكمي للتصميم بأكمله. إنها محاسبة مغلقة لجميع الكتلة والطاقة الداخلة والخارجة من النظام. بالنسبة لعمود التقطير النموذجي، سيتحقق HMB من أن الكتلة الإجمالية للتغذية تساوي الكتلة المجمعة لمنتجات نواتج التقطير والقيعان. وبالمثل، فهو يضمن موازنة مدخلات الطاقة من غلاية إعادة الغلي وتيار التغذية مع الطاقة التي يتم إزالتها بواسطة المكثف وتدفقات المنتج. قد يُظهر مستخلص عينة من HMB لفصل البنزين-التولوين معدل تغذية قدره 10000 كجم/ساعة، مما ينتج نواتج التقطير تبلغ 5500 كجم/ساعة (99% بنزين) وقيعان 4500 كجم/ساعة (98% تولوين)، مع رسوم الطاقة المرتبطة بها.

4. أوراق بيانات المعدات: يتم تعريف كل قطعة رئيسية من المعدات من خلال ورقة بيانات مفصلة. بالنسبة لعمود التقطير نفسه، يتضمن ذلك ما يلي:

   يتم إنشاء أوراق بيانات مماثلة لغلاية إعادة الغليان (نوع السيفون الحراري أو الغلاية، ومنطقة نقل الحرارة، والواجب)، والمكثف (منطقة نقل الحرارة، والواجب)، والمضخات (معدل التدفق، والرأس، ومواد البناء).

• أساس التصميم: ضغط التصميم الداخلي (على سبيل المثال، 5 بار) ودرجة الحرارة (على سبيل المثال، 200 درجة مئوية).

• الأبعاد: ارتفاع البرج وقطره.

• المواصفات الداخلية: المواصفات التفصيلية للصواني أو التعبئة، بما في ذلك النوع والمادة وعدد الممرات وارتفاع السد وحجم/ترتيب الثقب للصواني، أو النوع والحجم للتغليف.

• بيانات الأداء: انخفاض الضغط المتوقع لكل صينية أو لكل متر من التعبئة، ونسبة الهبوط.

منهجية التصميم وتكامل البيانات

يسترشد تطوير DPDP قوي في وانجدو بمنهجية منهجية تعتمد على كل من النمذجة النظرية والبيانات التجريبية.

1. بيانات توازن البخار والسائل (VLE): إن حجر الزاوية في أي تصميم للتقطير هو بيانات VLE الدقيقة. يصف هذا العلاقة بين تركيبات مرحلتي السائل والبخار عند التوازن لدرجة حرارة وضغط معينين. نحن نستخدم قواعد البيانات القائمة، مثل سلسلة بيانات DECHEMA، ونستخدم النماذج الديناميكية الحرارية (على سبيل المثال، NRTL، UNIQUAC) ضمن برامج محاكاة العمليات للتنبؤ بسلوك المكونات. يتم التحقق من صحة اختيار النموذج المناسب مقابل البيانات التجريبية المتاحة لضمان الموثوقية.

2. محاكاة العمليات: تعد برامج محاكاة الحالة المستقرة، مثل Aspen Plus أو ChemCAD، أداة لا غنى عنها. نحن نبني نموذجًا صارمًا لعمود التقطير، يتضمن نماذج VLE، وHMB، والبيانات الحركية إذا كانت التفاعلات متضمنة. يتم استخدام النموذج لتحديد المعلمات التشغيلية الرئيسية، بما في ذلك نسبة الارتجاع، وعدد المراحل النظرية، وموقع مرحلة التغذية. على سبيل المثال، قد تشير المحاكاة إلى أن فصلًا محددًا يتطلب 25 مرحلة نظرية مع نسبة ارتداد مثالية تبلغ 2.5، ويجب إدخال التغذية في المرحلة 14.

3. التحليل الهيدروليكي: بمجرد تحديد عدد المراحل النظرية، يتم إجراء تحليل هيدروليكي لترجمة ذلك إلى أبعاد العمود الفعلية. يتضمن ذلك اختيار نوع جهاز الاتصال (صينية الغربال، أو صينية الصمام، أو التعبئة المنظمة/العشوائية) وحساب قطر العمود بناءً على اعتبارات سرعة الفيضان. نحن نستخدم الارتباطات القياسية، مثل تلك الصادرة عن المعهد الأمريكي للمهندسين الكيميائيين (AIChE)، لضمان عمل العمود بكفاءة في نطاق 70-85% من نقطة الفيضان الخاصة به.

اعتبارات السلامة والتحكم

يعد نظام التحكم المصمم جيدًا جزءًا لا يتجزأ من التشغيل المستقر والآمن. يتضمن برنامج DPDP الخاص بنا استراتيجية تحكم مفصلة، ​​تتضمن عادةً ما يلي:

• التحكم في الضغط: إدارة الضغط في المكثف.

• التحكم في المستوى: الحفاظ على المستويات في أسطوانة الارتجاع وقاعدة العمود.

• التحكم في درجة الحرارة/التركيب: استخدام درجة الحرارة الموجودة على صينية حساسة (أو محلل عبر الإنترنت) لمعالجة نسبة الارتجاع أو تدفق البخار في غلاية إعادة الغلي، وبالتالي الحفاظ على مواصفات المنتج.

علاوة على ذلك، يشتمل نظام P&ID على ميزات السلامة الضرورية مثل صمامات أمان الضغط (PSVs) الموجودة على العمود والأوعية، وأجهزة الإنذار عالية المستوى لمنع ترحيل السائل.

الاعتبارات الاقتصادية والبيئية

توفر DPDP أيضًا الأساس للتقييم الاقتصادي. يعد استهلاك الطاقة، الذي يتم تحديده بشكل أساسي من خلال واجب إعادة الغلاية، من تكاليف التشغيل الرئيسية. غالبًا ما تقوم تصميماتنا بتقييم إمكانية التكامل الحراري، مثل استخدام منتج القاع الساخن لتسخين العلف مسبقًا، مما يمكن أن يقلل تكاليف المرافق بهامش قابل للقياس الكمي. يسمح تغيير حجم المعدات من أوراق البيانات بتقدير دقيق للتكلفة الرأسمالية.

خاتمة

تعد حزمة تصميم عملية التقطير وثيقة شاملة تعتمد على البيانات وتلخص هدف تصميم العملية بالكامل. في شركة Wangdu (Hebei) للهندسة الكيميائية المحدودة، يضمن نهجنا المنهجي لتطوير DPDP - المستند إلى بيانات ديناميكية حرارية دقيقة ومحاكاة صارمة وممارسات هندسية قياسية - أن الحزمة المقدمة تشكل أساسًا متينًا وعمليًا للمراحل اللاحقة من تنفيذ المشروع. إنه بمثابة أداة اتصال مهمة، حيث يقوم بمواءمة مهندسي العمليات مع فرق التصميم التفصيلي والمشتريات والعمليات.

مرجع

1. كيستر، هرتز (1992). تصميم التقطير . ماكجرو هيل.

2. سيدر، جي دي، هينلي، إي جيه، وروبر، دي كيه (2010). مبادئ عملية الفصل (الطبعة الثالثة). جون وايلي وأولاده.

3. جرين، دويتشه فيله، وبيري، آر إتش (محرران). (2007). دليل بيري للمهندسين الكيميائيين (الطبعة الثامنة). ماكجرو هيل.

4. المعهد الأمريكي للمهندسين الكيميائيين (AIChE). (1958). دليل تصميم علبة الفقاعات.

5. ديكيما. (1977 إلى الوقت الحاضر). سلسلة بيانات الكيمياء ديكيما . فرانكفورت أم ماين: ديكيما.