중국의 증류 공정 설계 패키지

증류 공정 설계 패키지: Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., LTD의 체계적인 접근 방식

소개

화학 공정 산업에서 액체 혼합물을 개별 구성 요소로 분리하는 것은 기본적이며 종종 에너지 집약적인 작업입니다. 증류는 이러한 작업에 가장 널리 사용되는 분리 기술로 남아 있습니다. 증류 시스템의 효율성, 안전성 및 경제적 실행 가능성은 근본적으로 설계 단계에서 결정됩니다. Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., LTD에서 포괄적인 DPDP(증류 공정 설계 패키지) 개발은 개념 공정 선택과 세부 엔지니어링을 연결하는 중요한 결과물입니다. 이 문서는 증류 장치의 성공적인 엔지니어링, 조달, 건설 및 운영에 필요한 모든 프로세스 정보를 제공하는 기본 청사진 역할을 합니다. 이 기사에서는 DPDP에 통합된 주요 구성 요소와 방법론적 접근 방식을 간략하게 설명합니다.

디자인 패키지의 핵심 구성요소

Wangdu DPDP는 프로세스를 정확하게 정의하는 구조화된 문서 및 데이터시트 모음입니다. 주요 요소는 다음과 같습니다:

1. 프로세스 흐름 다이어그램(PFD): PFD는 프로세스에 대한 거시적인 관점을 제공합니다. 이는 모든 주요 장비, 기본 프로세스 흐름 및 흐름 방향을 보여줍니다. 유속, 구성, 온도 및 압력과 같은 주요 운영 데이터는 주요 흐름에 대한 다이어그램에 직접 주석으로 표시됩니다. 증류탑의 경우 여기에는 공급물, 증류물, 바닥 흐름뿐만 아니라 리보일러와 응축기로 가는 유틸리티 흐름도 포함됩니다.

2. 배관 및 계측 다이어그램(P&ID): PFD를 기반으로 구축된 P&ID는 보다 자세한 회로도를 제공합니다. 배관, 계측 및 제어 시스템을 지정합니다. 여기에는 모든 밸브, 센서(온도, 압력 및 레벨용), 제어 루프, 컬럼과 관련된 안전 장치, 리보일러, 응축기, 관련 펌프 및 탱크의 크기 및 사양이 포함됩니다.

3. 열 및 재료 균형(HMB): HMB는 전체 설계의 정량적 기초입니다. 이는 시스템에 들어오고 나가는 모든 질량과 에너지에 대한 폐쇄적인 설명입니다. 일반적인 증류탑의 경우 HMB는 공급물의 총 질량이 증류액과 바닥 생성물의 합산 질량과 동일한지 확인합니다. 마찬가지로 리보일러와 공급 스트림에서 입력되는 에너지가 응축기와 제품 스트림에서 제거되는 에너지와 균형을 이루도록 보장합니다. 벤젠-톨루엔 분리를 위한 HMB의 샘플 추출물은 10,000kg/h의 공급 속도를 보여 5,500kg/h(99% 벤젠)의 증류액과 4,500kg/h(98% 톨루엔)의 증류액을 생성하며 관련 에너지 관세도 적용됩니다.

4. 장비 데이터시트: 각 주요 장비는 상세한 데이터시트로 정의됩니다. 증류탑 자체의 경우 여기에는 다음이 포함됩니다.

   리보일러(열사이펀 또는 케틀 유형, 열 전달 면적, 사용률), 응축기(열 전달 면적, 사용률) 및 펌프(유량, 헤드, 구성 재료)에 대해 유사한 데이터시트가 생성됩니다.

• 설계 기준: 내부 설계 압력(예: 5 barg) 및 온도(예: 200°C).

• 치수: 타워 높이 및 직경.

• 내부 요소: 유형, 재료, 패스 수, 위어 높이, 트레이 구멍 크기/배열 또는 포장 유형 및 크기를 포함하여 트레이 또는 포장에 대한 세부 사양입니다.

• 성능 데이터: 트레이당 또는 포장 미터당 예상되는 압력 강하 및 턴다운 비율.

설계 방법론 및 데이터 통합

Wangdu의 강력한 DPDP 개발은 이론적 모델링과 경험적 데이터 모두에 의존하는 체계적인 방법론에 따라 진행됩니다.

1. VLE(증기-액체 평형) 데이터: 모든 증류 설계의 초석은 정확한 VLE 데이터입니다. 이는 주어진 온도와 압력에 대해 평형 상태에서 액체상과 증기상의 조성 사이의 관계를 설명합니다. 우리는 DECHEMA 데이터 시리즈와 같은 확립된 데이터베이스를 활용하고 프로세스 시뮬레이션 소프트웨어 내에서 열역학 모델(예: NRTL, UNIQUAC)을 사용하여 부품 동작을 예측합니다. 적절한 모델의 선택은 신뢰성을 보장하기 위해 사용 가능한 실험 데이터와 비교하여 검증됩니다.

2. 공정 시뮬레이션: Aspen Plus 또는 ChemCAD와 같은 정상 상태 시뮬레이션 소프트웨어는 필수 도구입니다. 우리는 반응이 관련된 경우 VLE 모델, HMB 및 동역학 데이터를 통합하여 증류탑의 엄격한 모델을 구축합니다. 이 모델은 환류 비율, 이론 단계 수, 공급 단계 위치 등 주요 작동 매개변수를 결정하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 시뮬레이션에서는 특정 분리에 최적 환류 비율이 2.5인 25개의 이론적 단계가 필요하고 공급물은 단계 14에 도입되어야 함을 나타낼 수 있습니다.

3. 수리학적 분석: 이론적 단계의 수가 결정되면 이를 실제 기둥 치수로 변환하기 위해 수리적 분석이 수행됩니다. 여기에는 접촉 장치 유형(체 트레이, 밸브 트레이 또는 구조적/임의 패킹)을 선택하고 범람 속도 고려 사항을 기반으로 컬럼 직경을 계산하는 작업이 포함됩니다. 우리는 미국 화학공학회(AIChE)의 표준 상관관계를 사용하여 컬럼이 홍수점의 70-85% 내에서 효율적으로 작동하도록 보장합니다.

안전 및 제어 고려 사항

잘 설계된 제어 시스템은 안정적이고 안전한 작동에 필수적입니다. DPDP에는 일반적으로 다음과 같은 세부적인 제어 전략이 포함되어 있습니다.

• 압력 제어: 응축기의 압력을 관리합니다.

• 레벨 제어: 환류 드럼 및 컬럼 베이스의 레벨을 유지합니다.

• 온도/조성 제어: 민감한 트레이(또는 온라인 분석기)의 온도를 사용하여 환류 비율이나 리보일러 증기 흐름을 조작함으로써 제품 사양을 유지합니다.

또한 P&ID에는 컬럼과 용기의 압력 안전 밸브(PSV) 및 액체 이월을 방지하는 높은 수준의 경보와 같은 필수 안전 기능이 통합되어 있습니다.

경제적, 환경적 고려사항

DPDP는 또한 경제적 평가의 기초를 제공합니다. 주로 리보일러 의무에 의해 결정되는 에너지 소비는 주요 운영 비용입니다. 우리의 설계에서는 뜨거운 바닥 제품을 사용하여 공급물을 예열하는 등 열 통합 가능성을 평가하는 경우가 많습니다. 이를 통해 정량화할 수 있는 마진으로 유틸리티 비용을 줄일 수 있습니다. 데이터시트의 장비 크기를 조정하면 정확한 자본 비용을 추정할 수 있습니다.

결론

증류 공정 설계 패키지는 전체 공정 설계 의도를 요약하는 포괄적인 데이터 기반 문서입니다. Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., LTD에서는 정확한 열역학 데이터, 엄격한 시뮬레이션 및 표준 엔지니어링 관행에 기반을 둔 DPDP 개발에 대한 체계적인 접근 방식을 통해 제공된 패키지가 프로젝트 실행의 후속 단계를 위한 견고하고 실용적인 기반을 형성하도록 보장합니다. 이는 프로세스 엔지니어를 세부 설계, 조달 및 운영 팀과 연결하는 중요한 커뮤니케이션 도구 역할을 합니다.

참조

1. 키스터, HZ (1992). 증류 설계 . 맥그로힐.

2. Seader, JD, Henley, EJ, & Roper, DK(2010). 분리 공정 원리 (3판). 존 와일리 앤 선즈.

3. Green, DW, & Perry, RH (Eds.). (2007). 페리의 화학 엔지니어 핸드북 (8판). 맥그로힐.

4. 미국 화학공학회(AIChE). (1958). 버블 트레이 디자인 매뉴얼.

5. DECHEMA. (1977-현재). DECHEMA 화학 데이터 시리즈 . 프랑크푸르트암마인: DECHEMA.