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Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2025-10-30 Origine : Site
Introduction
Dans les industries de transformation chimique, la séparation des mélanges liquides en leurs composants individuels est une opération fondamentale et souvent gourmande en énergie. La distillation reste la technique de séparation la plus largement utilisée pour de telles tâches. L'efficacité, la sécurité et la viabilité économique d'un système de distillation sont fondamentalement déterminées dès la phase de conception. Chez Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., LTD, le développement d'un package complet de conception de processus de distillation (DPDP) est un livrable essentiel qui relie la sélection conceptuelle du processus et l'ingénierie détaillée. Ce document sert de modèle de base, fournissant toutes les informations de processus nécessaires au succès de l'ingénierie, de l'approvisionnement, de la construction et de l'exploitation d'une unité de distillation. Cet article décrit les éléments clés et l'approche méthodologique intégrées dans notre DPDP.
Un DPDP Wangdu est une collection structurée de documents et de fiches techniques qui définit précisément le processus. Ses principaux éléments comprennent :
Diagrammes de flux de processus (PFD) : Le PFD fournit une vue macroscopique du processus. Il illustre tous les principaux équipements, les principaux flux de processus et leurs directions d'écoulement. Les données opérationnelles clés, telles que les débits, les compositions, les températures et les pressions, sont annotées directement sur le diagramme des principaux flux. Pour une colonne de distillation, cela inclut les flux d’alimentation, de distillat et de queue, ainsi que les flux utilitaires vers le rebouilleur et le condenseur.
Schémas de tuyauterie et d'instrumentation (P&ID) : s'appuyant sur le PFD, le P&ID offre un schéma plus détaillé. Il spécifie les systèmes de tuyauterie, d'instrumentation et de contrôle. Cela inclut le dimensionnement et les spécifications de toutes les vannes, capteurs (pour la température, la pression et le niveau), les boucles de contrôle et les dispositifs de sécurité relatifs à la colonne, à son rebouilleur, à son condenseur et aux pompes et réservoirs associés.
Bilan thermique et matériel (HMB) : Le HMB est la base quantitative de l’ensemble de la conception. Il s’agit d’une comptabilité fermée de toute la masse et de l’énergie entrant et sortant du système. Pour une colonne de distillation typique, le HMB vérifierait que la masse totale de la charge est égale à la masse combinée du distillat et des produits de queue. De même, il garantit que l’apport d’énergie du rebouilleur et du flux d’alimentation est équilibré par l’énergie éliminée par le condenseur et les flux de produits. Un extrait d'échantillon d'un HMB pour une séparation benzène-toluène pourrait montrer un débit d'alimentation de 10 000 kg/h, donnant un distillat de 5 500 kg/h (99 % de benzène) et un fond de 4 500 kg/h (98 % de toluène), avec les tâches énergétiques associées.
Fiches techniques des équipements : Chaque équipement majeur est défini par une fiche technique détaillée. Pour la colonne de distillation elle-même, cela comprend :
Des fiches techniques similaires sont créées pour le rebouilleur (type thermosiphon ou bouilloire, zone de transfert de chaleur, service), le condenseur (zone de transfert de chaleur, service) et les pompes (débit, hauteur manométrique, matériaux de construction).
Base de conception : Pression de conception interne (par exemple, 5 barg) et température (par exemple, 200 °C).
Dimensions : Hauteur et diamètre de la tour.
Éléments internes : spécifications détaillées des plateaux ou de l'emballage, y compris le type, le matériau, le nombre de passages, la hauteur du déversoir et la taille/disposition des trous pour les plateaux, ou le type et la taille de l'emballage.
Données de performances : chute de pression attendue par plateau ou par mètre d'emballage et taux de préparation.
Le développement d'un DPDP robuste à Wangdu est guidé par une méthodologie systématique qui s'appuie à la fois sur une modélisation théorique et des données empiriques.
Données d'équilibre vapeur-liquide (VLE) : La pierre angulaire de toute conception de distillation est la précision des données VLE. Ceci décrit la relation entre les compositions des phases liquide et vapeur à l'équilibre pour une température et une pression données. Nous utilisons des bases de données établies, telles que la série de données DECHEMA, et employons des modèles thermodynamiques (par exemple, NRTL, UNIQUAC) dans un logiciel de simulation de processus pour prédire le comportement des composants. La sélection du modèle approprié est validée par rapport aux données expérimentales disponibles pour garantir la fiabilité.
Simulation de processus : les logiciels de simulation en régime permanent, tels que Aspen Plus ou ChemCAD, sont un outil indispensable. Nous construisons un modèle rigoureux de la colonne de distillation, intégrant les modèles VLE, HMB et les données cinétiques si des réactions sont impliquées. Le modèle est utilisé pour déterminer les paramètres opérationnels clés, notamment le taux de reflux, le nombre d'étages théoriques et l'emplacement de l'étage d'alimentation. Par exemple, une simulation pourrait indiquer qu'une séparation spécifique nécessite 25 étages théoriques avec un taux de reflux optimal de 2,5, et que l'alimentation doit être introduite au niveau 14.
Analyse hydraulique : Une fois le nombre d'étages théoriques déterminé, une analyse hydraulique est effectuée pour traduire cela en dimensions réelles de la colonne. Cela implique de sélectionner le type de dispositif de contact (plateau de tamis, plateau de valve ou garnissage structuré/aléatoire) et de calculer le diamètre de la colonne en fonction de considérations de vitesse d'inondation. Nous utilisons des corrélations standards, telles que celles de l'American Institute of Chemical Engineers (AIChE), pour garantir que la colonne fonctionne efficacement entre 70 et 85 % de son point d'inondation.
Un système de contrôle bien conçu fait partie intégrante d’un fonctionnement stable et sûr. Notre DPDP comprend une stratégie de contrôle détaillée, comprenant généralement :
Contrôle de pression : Gestion de la pression dans le condenseur.
Contrôle de niveau : maintien des niveaux dans le tambour de reflux et la base de la colonne.
Contrôle de température/composition : utilisation de la température sur un plateau sensible (ou un analyseur en ligne) pour manipuler le taux de reflux ou le débit de vapeur du rebouilleur, maintenant ainsi les spécifications du produit.
De plus, le P&ID intègre les fonctions de sécurité nécessaires telles que des soupapes de sécurité de pression (PSV) sur la colonne et les cuves, ainsi que des alarmes de niveau élevé pour empêcher le transfert de liquide.
Considérations économiques et environnementales
Le DPDP fournit également la base de l’évaluation économique. La consommation d'énergie, principalement déterminée par la fonction du rebouilleur, constitue un coût d'exploitation majeur. Nos conceptions évaluent souvent le potentiel d'intégration de la chaleur, comme l'utilisation du produit à fond chaud pour préchauffer l'alimentation, ce qui peut réduire les coûts des services publics d'une marge quantifiable. Le dimensionnement des équipements à partir des fiches techniques permet une estimation précise du coût en capital.
Le package de conception du processus de distillation est un document complet et basé sur des données qui résume l'intention complète de la conception du processus. Chez Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., LTD, notre approche méthodique du développement du DPDP, fondée sur des données thermodynamiques précises, une simulation rigoureuse et des pratiques d'ingénierie standard, garantit que le package fourni constitue une base solide et pratique pour les étapes ultérieures de l'exécution du projet. Il constitue un outil de communication essentiel, alignant les ingénieurs de processus avec les équipes de conception détaillée, d'approvisionnement et d'exploitation.
Référence
Kister, HZ (1992). Conception de distillation . McGraw-Hill.
Seader, JD, Henley, EJ et Roper, DK (2010). Principes du processus de séparation (3e éd.). John Wiley et fils.
Green, DW et Perry, RH (éd.). (2007). Manuel des ingénieurs chimistes de Perry (8e éd.). McGraw-Hill.
Institut américain des ingénieurs chimistes (AIChE). (1958). Manuel de conception du plateau à bulles.
DÉCHÉMA. (1977-présent). Série de données DECHEMA sur la chimie . Francfort-sur-le-Main : DECHEMA.
