Table of Contents

עמודות זיקוק מייצגות את אחד החלקים הקריטיים ביותר של ציוד במתקנים לעיבוד כימי, הזיכוכים, וצמחים לייצור תרופות. מבנים אלה מגדלים אחראים על הפרדת תערובת מורכבות לתוך המרכיבים המרכיבים שלהם המבוססים על הבדלים בנקודות רותחות ותנודתיות.העיצוב וההסתה של עמודות זיקוק דורשות שיקול זהיר של גורמים רבים, עם גובה עמודה אחת הפרמטרים החשובים ביותר כי הם ישירות השפעות הפרדה וחשיבה מדויקת של תהליכים כימיים.

גובה עמודה דיזיונית אינו רק ממד שרירותי - הוא קשור באופן אינטימי לעקרונות התרמודינמיקה השולטים בשוויון פנוי-ליקוויד, תופעות העברה המונית, והמציאות המעשית של ציוד תעשייתי.שני חישובים שונים מבוצעים בדרך כלל בתהליך העיצוב: הגובה התיאורטי, המייצג מינימום אידיאלי המבוסס על שלבים של איזון, ואת הגובה בפועל, אשר מהווה עבור עולם אמיתי של יעילות, משוואות טכנולוגיות, ומפורטות, הן משוואות מתמטיות, וקריטריונים של ידע מכניים, אשר כרוכים, אשר כרוכים, אשר כרוכים, כדי לבחון את המשתנים, הן שיטות חישובים יעילים, וקביעת אמצעים מתמטיים, וקריטריונים של שיטות חישוביים, וקביעת משוואות מתמטיים, כולל, וקביעת שיקולים, וקביעת משוואות מתמטיים, וקביעת משוואות מתמטיים, וקביעת יעילות.

המונחים: Distillation line Fundamentals

לפני צלילה חישובים גבוהים, חיוני להבין את העקרונות הבסיסיים השולטים פעולות דיקינציה. דיקישוט הוא תהליך הפרדה המנצל הבדלים בתנודתיות של רכיבים בתערובת נוזלית.כאשר תערובת נוזלית מחומם, הרכיבים תנודתיים יותר מעדיפים נפיחות מעשית, יצירת שלב פנוי אשר מועשר במרכיבים קלים אלה.

בהשקה, צלחת תיאורטית היא אזור דמיוני או שלב שבו שני שלבים, כגון vapor ונוזל, לקבוע איזון אחד עם השני. מושג זה של שלבי איזון יוצר את הבסיס לכל חישובים הזיקוקציה.כל שלב תיאורטי מייצג צעד אחד שבו השלבים הריקים והנוזלים מגיעים לאיזון תרמודינמי, וכתוצאה מכך יש מידה מסוימת של איזון.

ניתן להגדיר עמודות של דיאזיישן בשתי דרכים עיקריות: עמודות ועמודות ארוזות.טורות Tray מכילות סדרה של פלטפורמות אופקיות (צילומים או צלחות) שבו מגע vapor ונוזל מתרחשת, בעוד עמודות ארוזות מכילות חומרי אריזה מובנה או אקראיים המספקים שטח משטח גדול עבור מגע פנוי.

שיטות טיהור רמת השתן

הגובה התיאורטי של עמודה של זיקוק מייצג את הגובה המינימלי הנדרש כדי להשיג הפרדה מוגדרת בתנאים אידיאליים. חישוב זה מניח איזון מושלם מושג בכל שלב, ללא מגבלות העברה המונית, חוסר יעילות הידראולי, או התנהגויות לא-אידאליות אחרות. בעוד שאין עמודה אמיתית פועלת בתנאים מושלמים אלה, הגובה התיאורטי מספק בסיס חיוני לחישובים עיצוב ומסייעת למהנדסים להבין את דרישות ההפרדה הבסיסית.

התפוצצות פנטזיקה עבור שלבים מינימליים

משוואה פנסקה בשקיקה שברירית מתמשכת היא משוואה המשמשת לחישוב מספר מינימלי של צלחות תיאורטיות הנדרשת להפרדה של זרם מזון בינארי על ידי עמודה של שברירית המופעלת ב-reflux מוחלט.ה-reflux הכולל מייצג מצב מגביל שבו כל vapor overhead הוא condensed ו-Reed to the עמודה, ללא נסיגה. בעוד זה אינו מצב מעשי מספק את השלבים המינימליים הנדרשים עבור מספר מינימלי של הפרדה נדרשת.

משוואה פנסקה באה לידי ביטוי מתמטית כמו:

(ב) ויקרא י"ד): "וַיְּהַּדְהִיתִיתִיתִיתִי עַל עַל הָאָרֶץ אֲשֶׁר נָתַבְתָּבְתָּבְתָּבְתִּיִנָּבְתִּיִנְתָּבְתִּיִם (ב"א)

היכן מייצגים המשתנים:

  • (ב) ויקרא י"א:2 ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא:2 ).
  • (ב) [15] [15] [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [15] [15] [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) αFigveLT:1 = תנודתיות יחסית ממוצעת בין מפתח האור לבין מרכיבים מרכזיים כבדים

היא מניחה שלבי איזון, reflux מוחלט, ו (בשימוש הנפוץ ביותר שלה) תנודתיות יחסית ממוצעת שטופלה כקבוע על העמודה. ההנחה הזו של חישובים עקביים יחסית, אך עשויה להציג טעות מסוימת עבור מערכות שבהן תנודתיות משתנה באופן משמעותי עם טמפרטורה או הרכב.המשוואה נגזר בשנת 1932 על ידי Me Fenske, פרופסור ששירת כראש המחלקה להנדסה כימית באוניברסיטת פנסילבניה מ , מ -1955.

יישום ה- Fenske Equation to Multicomponent Systems

בעוד משוואה פנטסקה היא פשוטה ביותר עבור תערובת בינארית, ניתן להרחיב את זה למערכות מרובות-קודמות על ידי התמקדות ברכיבים מרכזיים.משוואה פנטסקה ניתן להשתמש כדי להעריך את השלבים המינימליים הנדרשים ב-reflux הכולל וליישם באותה מידה על מערכות מרובות-קודדות. incomponent distillation, מהנדסים לזהות מפתח אור (הרכיב הקל ביותר שיש להופיע בעיקר ב"מספר העליון" (הרכיב הראשון) בין המרכיבים האלה בדרך כלל).

עבור מערכות מרובות-קודמות, ניתן לכתוב את משוואה פנסקה:

(ב) ויקרא י"ד): "וַיַּבְהַּדְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִי" (במדבר כ"ד)

כאשר LK מתייחס למרכיב מפתח האור וה-HK מתייחס למרכיב המרכזי הכבד.התנודתיות היחסית αFLT:0LK/HKirFLT:1 מחושבת כיחס של לחץ ה- vapor או K-values של המפתח למפתח הכבד בתנאים הממוצעים.

חישוב הגובה התיאורטי מן השלבים

ברגע שהמספר המינימלי של שלבים תיאורטיים נקבע באמצעות משוואה פנטסקה, הגובה התיאורטי ניתן לחשב על ידי התבוננות במידות הפיזיות הקשורות לכל שלב.עבור עמודות מגש, חישוב זה הוא פשוט יחסית, שכן כל שלב תיאורטי מתאים למגש פיזי עם ספא מוגדר.

גובה העמודה הנכבשה על ידי מגשים הוא Z=N × (TS) שבו (TS) הוא מגש ספאק, אשר בדרך כלל 300 מ"מ, 450 מ"מ, או 600 מ"מ למעט בשקיקה מבועתת שבו (TS) הוא 100 עד 150 מ"מ. בחירת מגש תלויה במספר גורמים כולל הצורך בגישה לתחזוקה, קוטר, קצב החוספס והזרימה, פוטנציאל לשיטה או לשיטה.

עבור עמודות ארוזות, הקשר בין שלבים תיאורטיים לגובה פיזי מתבטא באמצעות רוחב הגובה של לוח תיאורטי (HETP) גובה העמודה המכילה אריזה הוא בדרך כלל מחושב על ידי Z = (NTP) × (HETP), שבו (HETP) = גובה של Packing Equivalent לאחד לוח תיאורטי. פרמטר זה מייצג את הגובה של חומר אריזה הנדרש כדי להשיג את ההשוואה לשלב תיאורטי אחד.

הבנת ערכים HETP

מידת הדיוקה של שיטת לוח תיאורטי (HETP) היא מושג בתהליכים הנדסיים והפרדה כימיים; HETP הוא מדד של יעילות העמודות המלאות המשמשות בשקיקה או ספיגה גז; הוא מייצג את גובה העמודה הנדרשת כדי להשיג הפרדה שווה ערך לשלב תיאורטי אחד או צלחת.

הגובה שווה לצלחת תיאורטית (HETP) מוגדר כאורך העמודה (L) המחולקים על ידי מספר הצלחת האפקטיבי (N), מתן מידה של יעילות עמודה עם יחידות בדרך כלל ב ס"מ או מ"מ. ערכים נמוכים יותר של HETP מצביעים על אריזה יעילה יותר, שכן פחות גובה נדרש כדי להשיג כל שלב תיאורטי של הפרדה.

אריזה HETP עשוי להיות צפוי לרדת עם לחץ, אבל בפועל, לא משתנה הרבה עם מערכת עבור אריזה נתונה.עם זאת, זה משתנה עם גודל אריזה, הקובע את האזור יבש נפח יחידה.לדוגמה, עבור אריזה אקראית, HETP (m) בערך שווה dp / 60 (שם dp הוא גודל אריזה ב מ"מ) מערכת יחסים אמפירית זו מספקת הערכה מהירה עבור עיצוב ראשוני, אם כי ערכים מדויקים יותר עבור יצרנים צריך להיות מתוכנן נתונים ספציפיים או מדויק יותר.

עבור עמודות ארוזות, השלבים ניתן להמיר באריזות שוות ערך באמצעות גובה שווה לצלחת תיאורטית (HETP) לאחר Eckert (1988) עבור אריזה אקראית, הערך של HETP הוא כמעט עצמאי מהתכונות הפיזיות של נוזלים, אבל תלוי בגודל של אריזה.לדוגמה, עבור Pall אריזה, ה- HETP הוא 0.3 מ"מ עבור 25 מ"מ, 0.45 עבור 38 מ"מ ו-0.6 מ"מ עבור תכונות שימושיות עבור 50 מ"מ עבור תכונות אלה עשוי לספק ביצועים ספציפיים.

שיטות חישוביות

בעוד חישובים גבוהים תיאורטיים מספקים בסיס חיוני, עמודות זיקוק אמיתי חייב להיות מתוכנן על בסיס דרישות גובה בפועל כי חשבון עבור אי יעילות שונות ושיקולים מעשיים.הגובה בפועל של עמודה דיהור הוא תמיד גדול יותר מהגובה התיאורטי בשל גורמים כגון העברה המונית לא שלמה, מגבלות הידראוליות, מעצמה הידראולית, תקשור, והתנהגויות לא-ide אחרות המונעות איזון מושלם מלהיות מושגת בשלב כלשהו.

שיטת McCabe-Thiele עבור שלבים אקטואליים

שיטת McCabe-Thiele היא טכניקה גרפית בשימוש נרחב בחינוך להנדסה כימית ופרקטיקה כדי לקבוע את מספר השלבים בפועל הדרושים לזיקוק בינארי ביחסי ריפלוקס סופיים.בניגוד למשוואה פנטסקה שחלה רק ב-reflux הכולל, שיטת McCabe-Thiele ניתן להשתמש בה לכל יחס ריפלוקס, מה שהופך אותו נציג יותר של מצבים תפעוליים בפועל.

מודל McCabe Thiele עשוי לשמש גם כדי לקבוע את מספר השלבים התיאורטיים ב-reflux הכולל.הצעדים הבאים יאפשרו אחד לקבוע את מספר השלבים: צייר את קו שיווי המשקל על מזימה x-y. צייר את קו y=x.P. .שלבים המעודנים ובודדים את שברירי ה- ethanol לאורך קו y=x.

שיטת McCabe-Thiele מספקת את מספר השלבים התיאורטיים הנדרשים ביחס reflux מוגדר. להמיר זה בשלבים בפועל, גורמי יעילות יש ליישם.השיטה מניחה על גדות מטבוליות קבועות, כלומר את שערי זרימת המפרש של vapor ונוזל נשארים קבועים בכל חלק של העמודה. ההנחה הזו היא תקפה עבור מערכות רבות, במיוחד אלה שיש להם מתחים דומים של vapation ואפקטים סבירים בהשוואה לאפקטים מוקדמים.

הסתברות והשפעה על גובה העמודים

יעילות טראית היא פרמטר קריטי המתייחס לביצועים בפועל של מגש השקיה לביצועים התיאורטיים שלה.קיימות הגדרות מרובות של יעילות מגש, עם יעילות Murphree vapor להיות הנפוץ ביותר בחישובים עיצוב.יעילות Murphree משווה את השינוי בפועל ב- vapor על פני מגש לשינוי כי היה קורה אם ה- vapor עוזב את המגש היו עם המאזן עוזב את העודף.

Tray Efficiency אינה משתנה הרבה עם סוג של מגש או מגש ספאק, אבל משתנה עם לחץ תפעול להיות נמוך יותר עבור זיקוק אבק מאשר עבור דינקיה לחץ.זה משקף את השינויים בשיעור נוזלי שהוזכר לעיל (0.5 בר, Eo approx 0.5; 1.0, Eo approx 0.7; 6, Eo approx 0.9 ערכים אלה מצביעים על כך שפעולות של ייבוש בדרך כלל דורשות יותר מאשר לחץ אטמוספירציות בפועל.

הקשר בין שלבים אמיתיים לבין שלבים תיאורטיים מתבטא:

(ב) ויקרא י"ד): "[דרוש מקור]" (בראשית כ"ד, כ"ד, כ"ד, כ"ד): "[2]

כאשר EveFLT:0 â € ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חישוב גובה אקטואלי עבור טורים

לאחר שמספר המגש בפועל נקבע על ידי חלוקת השלבים התיאורטיים על ידי יעילות המגש, הגובה האמיתי של סעיף מגש יכול להיות מחושב על ידי להכפיל את מספר המגש בפועל על ידי ספיגה.עם זאת, גובה העמודה הכולל חייב לכלול גם קצבאות גובה נוספות עבור רכיבים שונים ושיקולים:

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • סעיף 1 (ב) ,0) ,5 ,5 ,5 ,5 , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) מפיצים ומפיצים: 1:1 עבור עמודות עם קוטרים גדולים או חלקים ארוזים
  • (ב) ,0) מבנים: FLT:1 טבעות תמיכה, לוחות תמיכה אריזה ורכיבים מכניים אחרים
  • גישה ל-0 (Manway Access: 1FLT) : פתיחת בדיקה ותחזוקה, בדרך כלל דורשת תוספת של ספיגה

כלל טיפוסי של אצבע הוא להוסיף 1.5 עד 3 מטרים עד גובה מגש מחושב כדי לקחת בחשבון את הדרישות הנוספות הללו, אם כי הקצבה המדויקת תלויה בקוטר עמודה, לחץ תפעולי, דרישות עיצוב ספציפיות.

חישוב גובה אקטואלי עבור עמודות ארוזות

עבור עמודות ארוזות, חישוב הגובה בפועל עוקב אחר פילוסופיה דומה אבל משתמש פרמטרים שונים.מספר השלבים התיאורטיים הנדרשים להפרדה מסוימת ואת HETP עבור סוג מסוים של אריזה משמשים כדי לקבוע את הגובה האמיתי של האריזה הנדרשת כדי להשיג את ההפרדה הרצויה.

(ב) ויקרא י"ד): "ה' אלקים" (בראשית כ"ד)

עם זאת, ערך HETP המשמש בחישוב זה חייב לשקף תנאים תפעוליים בפועל ולא תנאים אידיאליים.הביצועים של עמודות דינקייה ארוזים מובעים לעתים קרובות במונחים של גובה שווה ערך ללוח תיאורטי (HETP) המייצג את יעילות העברת ההמונים הוא פרמטר אמפירי אך מעשי ביותר.

גורמים המשפיעים על HETP כוללים יחס reflux, הזנה, ותנאים תפעוליים כגון טמפרטורה ולחץ. יחסי ריפלוקס גבוהים בדרך כלל לגרום ערכים נמוכים יותר של HETP (יעילות טובה יותר) כי זרימת הנוזל מוגברת משפרת את הרטוב של פני האריזה.עם זאת, שיעורי נוזל גבוה מדי יכול להוביל להצפה, אשר מגביר באופן דרמטי את HETP ומפחית את יעילות ההפרדה.

גורם בטיחות של 30–50% צריך להיחשב כדי לקחת בחשבון את חלוקת מחלות הנוזל.הפצה נוזלית היא בעיה נפוצה בעמודות ארוזות, במיוחד אלה עם קוטרים גדולים, שבו ניתן לחלק את האכילה הנוזלית אפילו לא באופן חד-משמעי מעבר לסעיף האריזה.זה תוצאות אלה במסלולי זרימה מועדפים וצמצום ניצול אריזה יעיל, הדורשות גובה נוסף כדי להשיג את ההפרדה הרצויה.

שיטות רגיעה מתקדמות וטכניקות קצרות

שיטת ה-Penske-Underwood-Gilliland

יש הרבה שיטות חישוב קיצור דרך עבור עיצוב עמודות זיקוק תעשייתי.הנפוצות הנפוץ ביותר הוא שיטת פנטנקי-תחתווד-גאלילנד. גישה משולבת זו משלבת שלושה קורלציות נפרדות כדי לספק עיצוב ראשוני שלם עבור עמודה מזקקה הפועלת ב-reflux סופי.

השיטה מורכבת משלושה שלבים אפשריים:

  1. משוואה:0 (FLT) משוואה: 1FLT מעריך את המספר המינימלי של צלחות תיאורטיות או שלבים של איזון ב- ריפלוקס הכולל.
  2. משוואה:0 (בשיתוף: 1) להעריך את התוספת המינימלית עבור מספר אינסופי של שלבים של איזון תיאורטי.
  3. (ב) ,0) גללנלילנד: 1FLT משתמש בלוחות המינימום של פנסקה ו-Autolux המינימלי של מתחתווד כדי להעריך את הלוחות התיאורטיים עבור זיקוק נתון בפלוקס שנבחר.

שיטת קיצור זו היא בעלת ערך במיוחד בשלב העיצוב הראשוני כאשר סימולציה מפורטת עדיין לא ניתן להצדיק.המשוואה היא שימושית במיוחד בשלב העיצוב המוקדם של עמודה זיקוק; עבור פעולה ב- reflux סופי, שיטות נוספות (למשל, תת-ווד ו- Gilliland תואמים) משמשים בדרך כלל.לאחר עיצוב ראשוני הוקם באמצעות שיטות קיצור דרך דרך אלה, סימולציה קפדנית יותר באמצעות חבילות תוכנה מסחריות יכול להיות עיצוב עבור התנהגויות לא-ide.

שיעור העברת (HTU) Method

גישה חלופית לעיצוב עמודה ארוזה משתמשת במושג יחידת העברת (HTU) ולא HETP. HTU (Height of a Transfer Unit) היא צעד נוסף המשמש בהנדסה של תהליכי הפרדה כגון דישוט, ספיגה ופסיגה. בעוד HETP מתייחס למספר הלוחות התיאורטיים או השלבים, HTU מתייחס לרמה הפיזית בפועל של חלק מורכב של עמודה הנדרשת כדי להשיג תואר מסוים של חום או חום.

הערה כי גובה יחידת העברה (HTU) יכול להיחשב גם להעריך את ה- דחוס-height, למרות גישה זו HETP היא בדרך כלל המועדפת. שיטת HTU מבוססת על חישובים המבוססים על קצב, אשר באופן מפורש מחשיבים את התקני העברת המונים, אזור בין-גזעי, וכוחות נהיגה להעברה המונית. בעוד יותר קפדנית מהגישה HETP, שיטת HTU דורשת מידע מפורט יותר על המערכת והוא מורכב יותר.

הקשר בין יחידות גובה ומשלוח ארוז הוא:

(ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד:2

במקום NIRFLT:0 TUIRFLT:1 הוא מספר יחידות העברה הנדרשת להפרדה, מחושב משילוב של כוח הנהיגה ההמוני מעבר גובה העמודה.יחס הגובה שווה לצלחת תיאורטית עד גובה יחידת ההעברה (Zt/HoG) עשוי להיות גדול או פחות מאחדות, על פי אם מדרונות קו ההפעלה הוא גדול יותר או פחות מאשר זה של משקל.

שיקולים מעשיים בעיצוב עמודה

עמודה Diameter ו- High Relationships

הקוטר והגובה של עמודה distillation הם פרמטרים עיצוביים הקשורים זה חייב להיות מותאם יחד. כדי לשמור על קוטר העמודה (ועלות) קטן ככל האפשר, העמודות נועדו לפעול במהירות הסגולה המקסימלית.הקוטר העמודה נקבע בעיקר על ידי קצב זרימת Vapor ונוזל וצורך להימנע משיטפונות או מעצימה מופרזת.

זה בדרך כלל כ 80% של מהירות הצפה.הפעלה קרובה מדי לתנאי שיטפונות עלולה לגרום להפעלה בלתי יציבה ויעילות מופחתת, תוך הפעלת תוצאות של מהירויות נמוכות מאוד של ריקונים נמוכים מאוד בקוטרים גדולים (ויקר) של מהירות הצפה נקבעת על ידי קורלציות אשר מחשיבות את הנפיחות והדונות הנוזליים, את קצבי זרימת הדם, ואת סוג של פסים פנימיים (או שמשמשים) בעמודות (או בשימוש) בעמודות.

באופן כללי, עמודה עם מגשים תיאורטיים יותר עבור גובה נתון ידרוש קוטר גדול יותר, כי הוא מגש קרוב יותר ספיגה או שטח גבוה אריזה שיטפונות על ידי מטה נמוך יותר.זה סחר בין גובה לקוטר הוא שיקול מרכזי בעיצוב עמודה, כמו שני ממדים משפיעים על על על על על עלות הון, אבל בדרכים שונות. פסגות גבוהות יותר דורשות תמיכה מבנית ועשויות לעמוד בפני מגבלות מהירות עקב מגבלות האתר או תחבורה, בעוד קוטרים יקרים יותר, כמו גם עמודות, כמו גם לוחות גדולים יותר, כמו גם על בסיס גבוה יותר, כמו גם על בסיס גבוה יותר, כמו גם על בסיס גבוה יותר, ונדרש, לוחות יותר, ועוד, כמו גם עלות, לוחות יותר, כמו גם על בסיס גבוה יותר, כמו גם על בסיס גבוה יותר, אבל בדרכים שונות.

מידות טור תעשייתיות טיפוסיות

רבים מן המגדלים הגבוהים והדקים שניתן לראות בזיקוק שמן או צמח כימי הם עמודות זיקוק. קוטר העמודה הנפוץ ביותר הוא בערך 2.5 מ', אבל 6 מ' הוא נפוץ ומגדלים של 12 מ'דיה נבנות.גבהים של עמודות עשוי להיות כמו 30 מ'. ממדים אלה משקפים את היקף ההפרדה התעשייתית, במיוחד בנפט המסדיר שבו שמן גולמי חייב להיות מופרדים מכמה שבריריות כדי מים כבדים.

עבור פעולות בקנה מידה קטן יותר או ייצור כימי מיוחד, עמודות עשוי להיות הרבה יותר קטן. טורי פיילוט עמודות יכול להיות רק 50-300 מ"מ בקוטר ו 2-5 מטרים גבוה, בעוד עמודות בקנה מידה מעבדה יכול להיות אפילו קטן יותר.עקרונות חישוב הגובה נשאר זהה ללא קשר לגודל, אם כי אפקטים מסוימים כגון אפקטים של קיר בעמודות ארוזים הופכים משמעותיים יותר בקוטרים קטנים יותר.

בחירת בין טורים וטריקים

הבחירה בין מגש ותצורה של עמודה ארוזה משפיעה באופן משמעותי על חישובי גובה ועיצוב עמודה הכולל.לכל סוג יש יתרונות וחסרונות שיש לשקול:

(ב) ויקרא י"ד:

  • שיטות עיצוב מבוססות היטב וניסיון תפעולי נרחב
  • יכול להתמודד עם מגוון רחב של נוזל ו vapor זרימת שערי
  • קל יותר לנקות ולשמור, במיוחד עבור שירותי פשיעה
  • עדיף עבור מערכות הדורשות מזון ביניים או משיכת מוצר
  • בדרך כלל יש ירידה בלחץ גבוה יותר בשלב תיאורטי
  • דרושים קווי טור גדולים יותר לקיבולת נתונה

(ב) ויקרא י"ד:

  • ירידה בלחץ נמוך, יתרון עבור זיקוק אבק
  • יכול להשיג ערכים נמוכים יותר עם אריזה מודרנית
  • עדיף על מערכות קורוזיות (אריזות פלסטיק או פלסטיק זמין)
  • יותר קומפקטי להפרדה נתונה (גובה נמוך יותר)
  • יותר רגישה לבעיות הפצה נוזלית
  • יכול להיות קשה יותר לנקות אם מתרחשת עבירה
  • יחס תפנית מוגבל בהשוואה לעמודות מגש

ביישומים מעשיים, ערכי HETP בדרך כלל נעים בין 0.1 ל-1 מטר עבור עמודות זיקוק יעילות.אריזות מודרניות בנויות יכול להשיג ערכי HETP נמוך כמו 0.15-0.3 מטר, מה שהופך אותם אטרקטיביים מאוד עבור יישומים שבהם גובה העמודה מוגבל או שבו ירידה בלחץ נמוך הוא חיוני.

שלב אחר-שלב קלקלציה נוהל

כדי לספק מסגרת מעשית למהנדסים המבצעים חישובים בגובה עמודה, הנה נוהל מקיף של צעד אחר צעד המשלב את השיטות והשיקולים השונים שנדונו:

שלב 1: דרישות הפרדה

  • מצגת האכלה, קצב זרימה, ומצב תרמי
  • Define Wanted distillate and Bottomsקומפוזיציה
  • לזהות מפתח אור ורכיבים מרכזיים כבדים עבור מערכות מרובות-קומנטליות
  • לחץ תפעולי של Determine (affects יחסית תנודתיות ותכונות פיזיות)

שלב 2: חישוב שלב תיאורטי מינימלי

  • אספקת נתונים של איזון פנוי או חישוב תנודתיות יחסית
  • משוואה פנסקה כדי לקבוע את NIRFLT:0mincioFLT:1
  • עבור מערכות בינאריות, השתמש בשבריריות של המרכיב תנודתי יותר
  • עבור מערכות מרובות-קודמות, השתמש מפתח אור ורכבות מפתח כבדות

שלב 3: ביטול ה-Determine Ratio

  • חישוב מינימום reflux באמצעות משוואות תחתוד או שיטות גרפיות
  • בחר בפועל ריפלוקס (בדרך כלל 1.1 עד 1.5 פעמים מינימום reflux)
  • יחס גבוה יותר של ריפלוקס מקטין את השלבים הדרושים אך מגביר את עלויות האנרגיה
  • אופטימיזציה כלכלית מאזן עלויות הון (גובה אלומיניום) נגד עלויות תפעול (אנרגיה)

שלב 4: חישוב השלבים התיאורטיים ב-OSLOS

  • השתמש בשיטת McCabe-Thiele עבור מערכות בינאריות (גרפיקה או אנליטית)
  • החל את מתאם גילללנד עבור הערכות מהירות
  • השתמש בתוכנה סימולציה קפדנית עבור מערכות מרובות-קומנטליות מורכבות
  • מיקום האכלה אופטימלי

שלב 5: חשבון עבור יעילות (עמודי צילום)

  • יעילות מגש הכוללת באמצעות מתאם או'קונל או שיטות אחרות
  • שקול את ההשפעות על יעילות (נמוך יותר עבור פעולת ואקום)
  • (ב) ויקרא י"ד): "ה' (ב"ד): "ה' (ב"ד): "ה' (ב"ה)" (בראשית כ"ד): "ה')
  • הוסף מגשים נוספים עבור שולי בטיחות (בדרך כלל 10-20%)

שלב 6: חישוב גובה הדרגה

  • בחר מגש מתאים ספאק מבוסס על קוטרטור ושירות
  • ספאקים אופייניים: 450-600 מ"מ עבור רוב היישומים, 300 מ"מ עבור עמודות קטנות
  • מדרש: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד:
  • בדוק כי ספאק מאפשר מספיק vapor-liquid ⁇

שלב 7: Determine HETP (עמודים מוגזים)

  • סוג אריזה נבחר (random או מובנה) בהתבסס על דרישות יישום
  • נתונים של קידודים של ספקים או נתונים ניסיוניים
  • שקול השפעות של תכונות מערכת, שערי זרימה, תנאי הפעלה
  • החלת גורמי תיקון באיכות ההפצה הנוזלית

שלב 8: Calculate Packed Class

  • מדרש: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • תוספת של גורם בטיחות (30-50%) להפצת מחלות וחוסר ודאות
  • עבור חלקים ארוזים גבוהים, לשקול מפיץ נוזל ביניים
  • גובה מקסימלי טיפוסי בין מפיץ: 6-10 מטרים

שלב 9: הוספת דרישות מהירות

  • סכומים נמוכים: 1-2 מטרים בהתאם לסוג reboiler דרישות תחזוקה
  • שטח הקידוד העליון: 1-1.5 מטר כדי למנוע אימון
  • הזנת סעיף: 0.5-1 מטר נוסף ספאק סביב מגש מזון
  • מפיצים ותמיכה נוזליים: 0.3-0.5 מטרים כל אחד
  • שיקולי גישה מנביים אם נדרש

שלב 10: חישוב גובה העמוד הכולל

  • (ה) ויקרא י"ד): "ה' אלקים" (בראשית כ"ד): "וְאֶבְטְטַבְהִיאֶתְלֹאמַר:5 ).
  • תוספת גובה עבור עמודה תומכת וחצאית (אם רלוונטי)
  • לשקול תחבורה והגבלות זקפה
  • לבדוק דרישות תאימות מבנית ובסיס

Common Pitfalls andBest Practices

הימנעות משגיאות קלקלי

Several common errors can lead to significant inaccuracies in column height calculations:

  • ערכים תנודתיים לא מתאימים: אנדרט 1 (RalLT:1) , תנודתיות מחדש יכולה להשתנות באופן משמעותי עם טמפרטורה וקומפוזיציה.שימוש בערך ממוצע יחיד עשוי להציג שגיאה משמעותית עבור תערובת רחבת היקף או מערכות עם אי-ידיות חזקה.
  • (FLT:0) ,Negting אפקטים של לחץ: לחץ העמודים 1 משפיע הן על התנודתיות היחסית והן על יעילות מגש.עמודות Vacuum דורשות יותר שלבים מאשר עמודות אטמוספיריות של אותה הפרדה.
  • (FLT:0) תוך הערכת HETP עבור עמודות ארוזות: איור 1:1 ונודור נתונים לעתים קרובות מייצג ביצועים הטובים ביותר.מתקנים אמיתיים עשויים להיות גבוה יותר HTP עקב בעיות הפצה נוזליות, במיוחד בעמודות גדולות של סנטימטר.
  • (FLT:0) שולי בטיחות נוחים: תנאי תהליך 1 (FLT:1) עשויים להשתנות מעיצוב, וכמה השפלה של ביצועים מתרחשת לאורך זמן.
  • (FLT:0) אבחון השפעות מצב ההזנת:FLT:1; התנאי התרמי של להאכיל (נוזל ספוג, נוזל רווי, שלב מעורב, ריק רווי, או superheated vapor) משפיע באופן משמעותי על מספר השלבים הנדרשים בכל סעיף.

אימות ואימות

לאחר השלמת חישובים גבוהים, יש לבצע כמה פעולות אימות:

  • השוואת תוצאות עם עמודות קיימות דומות או מחקרים שפורסמו
  • לבדוק כי גובה מחושב הוא סביר בהתחשב בקושי ההפרדה
  • בדוק כי ערכי HETP או מגש הם בטווחים טיפוסיים
  • לבצע ניתוח רגישות על פרמטרים מרכזיים (תנודתיות ארגונית, יעילות, HETP)
  • שקול באמצעות שיטות חישוב מרובות והשוואה תוצאות
  • חישובים עם מהנדסים מנוסים לפני סיום העיצוב

אופטימיזציה

גובה העמודה הוא רק היבט אחד של עיצוב עמודה שחייב להיות מותאם בהקשר של התהליך הכולל:

  • (FLT:0)Capital לעומת תפעול עלות מסחר-offs:cioFLT 1:1 עמודות עם יותר שלבים יכול לפעול ביחסי ריפלוקס נמוכים יותר, צמצום עלויות האנרגיה אך הגדלת ההשקעה הון.
  • (ב) ,0) מגבלות האתר: ההרחבה: סוללת שטח, הגבלות גובה ויכולות הבסיס עשויים להגביל את גודל העמודה.
  • (ב) יש לתכנן את הגמישות המבצעית:0) של טורים 1FLT (ב) כדי לטפל בריאציות הצפויות בהזנה ובקצב זרימה.
  • (ב) ,0) נגישות שימור: 1FLT:1 מגשים אגוטים ומיקומים מסובכים להקל על בדיקה ותחזוקה.
  • (ב) ההרחבה של העתיד:0) , ראה אם יש צורך בקיבולת נוספת בעתיד.

נושאים מתקדמים וטכנולוגיות מתפתחות

שיטות סימולציה מבוססות

עיצוב זיקוק מודרני יותר ויותר מעסיק שיטות סימולציה מבוסס שיעור ולא מודלים שלב איזון.המודל כולל כללי מקסוול-Stefan multicomponent מסה העברת חישובים ובכך אנו מסוגלים לחזות עבור כל רכיב בכל פלח את יעילות ההפרדה שלה. שיטות קפדניות אלה מודל במפורש מסה ושיעורי העברת חום, אזור בין-גזעי, והתנהגות הידראולית, לספק תחזיות מדויקות יותר של ביצועים.

מודלים המבוססים על קצב הם בעלי ערך מיוחד עבור מערכות עם מגבלות העברת המונים משמעותיות, כגון ריצוף אבק, מערכות עם תנודתיות יחסית נמוכה מאוד, או עמודות הפועלות ליד תנאי הצפה.עם זאת, הם דורשים נתונים מפורטים יותר של קלט כולל קורטיזמי העברה המונית, אזורי בין-גזעיים, ומודלים הידראוליים מפורטים עבור הפנים הספציפיים המשמשים.

Dividing Walls and Intensified Designs

הגדלת תהליכים הובילה לתצורה של עמודה חדשנית שיכולה להפחית הן גובה והן צריכת אנרגיה. דיviding עמודות קיר (DWCs) לשלב שני עמודות קונבנציונליות יותר לתוך מעטפת אחת עם קיר מחיצה פנימית, המאפשרת שלוש הפרדה של מוצרים בעמודה אחת. עיצובים אלה יכולים להפחית את עלויות ההון וצריכת האנרגיה על ידי 30% או יותר בהשוואה לרצף קונבנציונלי.

חישובים גבוהים לחלוקת עמודות קיר עוקבים אחר עקרונות דומים בעמודות קונבנציונליות, אך העיצוב חייב לקחת בחשבון את הפיצול ה- vapor והנוזל בחלוקת הקיר ולהבטיח הפצה נכונה בכל חלק.

חידושים תגובתיים

הזיקוקציה מחדש משלבת תגובה כימית והפרדה יחידה אחת, המציעה יתרונות משמעותיים לתגובות מוגבלות של איזון. חישובים גבוהים עבור עמודות זיקוק תגובתיות חייבות לקחת בחשבון הן את הקינטיקה התגובה ואת דרישות ההפרדה.חלק השבירה בדרך כלל דורש פנימיות שונות (מגשולים המכילים באופן אקסטיסטי או אריזה) מאשר החלקים הלא-reactive Retratating ו-Straping.

העיצוב של עמודות דיאזציה תגובתית מורכב יותר מאשר זיקוק קונבנציונלי כי התגובה וההפרדה הם יחד באופן אינטימי. כלי סימולציה ריגרגורית כי במקביל לפתור קינטיקה תגובה, איזון שלב ומשוואות העברת המונים הם חיוניים לתכנון מדויק.

דוגמה מעשית: Binary Distillation

כדי להמחיש את היישום של שיטות חישוב אלה, לשקול דוגמה מעשית של תכנון עמודה זיקוק כדי להפריד תערובת בינארית של בנזואן וטולולן:

(ב) ויקרא י"ד:

  • להאכיל: 100 ק"מ / שעה, 50 mol% benzene, 50 mol% toluene, נוזל רווי
  • דיטקט: 95 mol% benzene
  • תגית: 95 mol% toluene
  • לחץ תפעול: 1 atm
  • תנודתיות ממוצעת (benzene/toluene): α=2.4

(ב) 1 שלב 1: שלב 1: חישוב שלבים תיאורטיים מינימליים באמצעות משוואה פנשקית 1

(ב) ויקרא י"ד): "ה' (א') ויקרא י' (א') ויקרא י') ויקרא (ב') ויקרא י"ד): "וַיְהִיאוּדְהִיתִיא" (ויקרא י"ד) ויקרא י"ד): "וַיְהִנְלֹאֱלֹלֹלֹלֹלֹלֹלֹלֹאֱלֹלֹאֱלֹלֹלֹאֱלֹלֹלֹלֹלֹלֹלֹהֹהָבְמַר נָתִּיִדְמַר נָתִּים" (הָבְמַר נָתִּים:2 נָתִּל נָתִּים: נָתִּים:2 נָתִּיִנִנִבְמַר נָתָּבְמַרְמַרְבְמַר נָתִּים: נָתָּבְמַר נָתָּבְבְמַר נָתָּבְמַר נָתָּבְ

(ב) 2.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.

(ב) שימוש בשיטת ה-Underwood (המחשבות שלא הוצגו במפורט): 0 (Rirph:0)RIRFillo 1:1,2 ⁇ 1.1503503) reflux התפעולי: R=1.4 × RIRLT:4BuildFLT:5=1.61

(ב) 3 (שלב 3: שלב תיאורטי של refluxFLT)

שימוש ב- Gilliland תואמים או McCabe-Thiele Method:cioFLT:0Nentiph:1theoreticalphFLT:2 ⁇ 12 שלבים (כולל reboiler)

(ב) ⁇ :0) 4 (ה) שלב ראשון (ב"ג)

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שימוש במגש של 0.5 מ':0 (HoriFLT) 1traysFLT:2= 18 × 0.5= 9.0 מטר

6 שלבים: להוסיף גבהים עזריים 1

  • סכומים: 1.5 מ'
  • Top ⁇ : 1.2 m
  • הזנת סעיף: 0.5 מ'
  • עזרה: 3.2 m

(ב) ,0) גובה העמודה: 9.0 + 3.2 = 12.2 מטר רבוע 1

(ב) ⁇ (ב"ה) ,0) ,"הזדור הטורף" (בתרגום חופשי: ).

(ב) עמודה ארוזה באמצעות האריזה המובנה עם HETP=0.4 מ':0.HoriLT:0)HFreave 1packing:2=12 × 0.4= 4.8 מטר 3Adding 40% בטיחות גורם: 4.8 × 1.4=6.7=6.7 מ"FLT:4 עם 6.7=9 מ"מ.

דוגמה זו מראה כי העמודה הדחוסה תהיה קצרה יותר מ-2.3 מטרים מעמודת המגש ליישום זה, אם כי גורמים אחרים כגון עלות, דרישות תפנית, ושיקולי תחזוקה ישפיעו על הבחירה הסופית.

כלי תוכנה ומשאבים

עיצוב עמודה מודרני מסתמך רבות על כלי תוכנה מיוחדים שיכולים להתמודד עם החישובים המורכבים המעורבים בזיקוקציה רב-תחומית קפדנית.כמה חבילות סימולציה מסחרית לשימוש נרחב בתעשייה:

  • (FLT:0)Aspen Plus:FLT:1 תהליך סימולציה מקיף תוכנה עם מסדי נתונים תרמודינמיקה נרחב ומודלים קפדניים של דינקיה
  • (ב) ⁇ (ב"ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ דינמית ויציבה עם ממשק ידידותי למשתמש
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0ChemCAD: FLT:1 , Cost-efficient סימולציה החבילה מתאימה ליישומים רבים
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כלים אלה יכולים לבצע הן את חישובים מבוססי איזון והן חישובים המבוססים על קצב, להתמודד עם תרמודינמיקה מורכבת כולל מערכות לא-אידאליות אלקטרוליטים, ואופטימיזציה של עיצובי עמודה בעלות מינימלית או צריכת אנרגיה.עם זאת, הבנת שיטות חישוב יסודיות נשאר חיוני עבור מהנדסים כדי להגדיר כראוי סימולציות, לפרש תוצאות ובעיות לפתרון בעיות.

למטרות עיצוב ראשוניות וחינוך, מספר מחשביםונים מקוונים וכלים בגליון מבוזר זמינים כי יישום הפנסקה, מתחת לווד, ו- Gilliland קורלציה. אלה יכולים לספק הערכות מהירות לפני השקעה בסימולציה מפורטת.בנוסף, אתרי ספקים עבור מגש ויצרניות אריזה לעתים קרובות לספק כלים עיצוב וביצועים ספציפיים נתונים עבור המוצרים שלהם.

תקני תעשייה והנחיות עיצוב

תרגול הנדסי מקצועי בעיצוב עמודה של עיצוב העמודה מבוסס על תקני תעשייה והנחיות להבטיח ניתוח בטוח, אמין ויעיל.

  • (FLT:0)ASME Boiler and Stress Vessel Code:FLT) 1 גלוברנים עיצוב מכני של כלי לחץ כולל עמודות זיקוק
  • תקנים:0 (API Standards: FLT:1) תקנים של המכון האמריקאי לתקני תכנון ציוד
  • (FLT:0) תקנים סטנדרטיים: FLT:1 , תקנים של איגוד יצרני ה- Tubular Exchanger הרלוונטיים ל- reboilers ו condensers
  • ספר נתונים הנדסי של GPSA:0.2017SA: ההרחבה של ההרחבה: ההרחבה כוללת של עיבוד גז והפרדה הקשורה
  • (FLT:0) ספר המהנדסים הכימיים של פרי: קידמ"ד: הפניה קלאסית המכילה שיטות עיצוב שונות ונתונים

סטנדרטים אלה מספקים הדרכה בשוליים עיצוב מינימלי, בחירת חומרים, דרישות עיצוב מכני, שיקולי בטיחות. Compliance עם סטנדרטים החלים חיוני לאישור רגולטורי וכיסוי ביטוח של מתקנים תעשייתיים.

פתרון בעיות ואופטימיזציה של ביצועים

אפילו עמודות זיקוק מעוצבות היטב עשויים לחוות בעיות ביצועים במהלך המבצע.הבנת הקשר בין גובה עמודה וביצוע הפרדה חיונית לפתרון בעיות:

(ב) טוהר המוצר (התפיסות) לא הושג: 1.

  • מאי לציין כי יעילות בפועל נמוכה יותר מאשר הנחות עיצוב
  • יכול לגרום נזק מגש, הפחתת אריזה, או הפצת מחלות נוזליות
  • הגדלת יחס ה-reflux יכול לפצות על יעילות מופחתת
  • עשוי להוסיף עוד מגשים או גובה אריזה במהלך התחדשות

(ב) ירידה בלחץ מופרז: ⁇

  • הפעלה מעבר ליכולת הידראולית של פנימיים
  • מאי דורש צמצום יחס reflux או reflux
  • יכול להצביע על נזק מכני או
  • הכומר עשוי לדרוש קוטר גדול יותר או פנימי אחר

(ב) צריכת האנרגיה הגבוהה:0) 1

  • יכול להיות לפעול גבוה יותר מאשר יחס reflux הכרחי
  • יכול להצביע על אובדן חום באמצעות בידוד לא מספיק
  • מחקרים אופטימיזציה יכולים לזהות מינימום אנרגיה
  • אסטרטגיות בקרה מתקדמות יכולות לשפר את יעילות האנרגיה

בדיקות ביצועים של עמודות קיימות יכולות לספק נתונים יקרי ערך עבור אימות שיטות עיצוב ושיפור עיצובים עתידיים.טכניקות כגון סריקה gamma-ray יכול למדוד התפלגות נוזלית ו- vapor בתוך עמודות הפעלה, בעוד פרופילי הרכב ניתן למדוד באמצעות נקודות מדגם בגבהים שונים כדי לקבוע יעילות שלב בפועל או ערכי HETP.

שיקולים סביבתיים וקיימות

עיצוב עמודה מודרני חייב לשקול השפעה סביבתית וקיימות לצד גורמים טכניים וכלכליים מסורתיים.גובה העמודה משפיע על קיימות במספר דרכים:

(FLT:0) יעילות אנרגטית: 1FLT 1 עמודות עם יותר שלבים יכול לפעול ביחס reflux נמוך, צמצום חובת ההחזרה ופליטת גזי החממה הקשורים, עם זאת, עלות ההון המוגברת חייבת להיות מוצדקת על ידי חיסכון באנרגיה על פני מחזור החיים של העמודה.

(FLT:0) השימוש במילניום: גובה העמודה 1:1 משפיע ישירות על כמות הפלדה וחומרים אחרים הנדרשים לבנייה.

(FLT:0) שילוב הית': 1 עמודים שעוצבו עם גובה מתאים ותנאי תפעול יכולים להיות משולבים בקלות רבה יותר ברשתות החלפת חום, שחזור חום פסולת וצמצום צריכת האנרגיה הכוללת של המתקן.

(FLT:0) גמישות תפעולית: עמודות שעוצבו עם שולי גובה נאותים יכולים להתאים לשינויים בהזנה או מפרט מוצר ללא שינויים גדולים, להאריך את חיי הציוד ולהקטין פסולת.

טכנולוגיות מתפתחות כגון זיקוקים ממוחניים, תהליכי הפרדה היברידיים ומערכות בקרה מתקדמות מציעות הזדמנויות להפחית את טביעת הרגל הסביבתית של פעולות הזיקוק תוך שמירה או שיפור ביצועי ההפרדה.

המונחים: key Takeaways

קביעת גובה העמודות של זיקוק דורשת גישה שיטתית המשלבת עקרונות תרמודינמיקה, תורת העברה המונית ושיפוט הנדסי מעשי.

  • חישובי הגובה התיאורטיים (FLT:0) מעלה את מספר השלבים המינימליים באמצעות משוואה פנטוקס הכוללת, ולאחר מכן התאמה ל-reflux התפעולי בפועל באמצעות שיטות כגון McCabe-Thiele או Gilliland מתאםים.
  • חישובים גבוהים (FLT:0) על פי חישובים גבוהים (FLT:1) חייבים לקחת בחשבון את יעילות מגש או ערכי HETP המשקפים ביצועים בעולם האמיתי, יחד עם גורמי בטיחות ודרישות גובה עזר
  • (FLT:0) ערכיHETP TERLT:1 עבור עמודות ארוזות תלויות בסוג אריזה, גודל, תכונות מערכת, תנאי הפעלה, בדרך כלל החל מ 0.15 עד 1.0 מטרים עבור יישומים תעשייתיים
  • (FLT:0) יעילות קרינת 1 משתנה עם לחץ תפעולי, להיות נמוך יותר עבור פעולות ריק (50-60%) ומעלה עבור פעולות לחץ (80-90%)
  • (FLT:0) עמודה גובה FLT:1 כולל לא רק את סעיף ההפרדה הפעיל אלא גם את הסכומים התחתונים, שטח סיבולת העליון, הזנה של סעיפים, ורכיבים מכניים
  • (FLT:0Tradeoffs בין גובה לקוטרפלרייט 1) יש להתאים את עלויות ההון, צריכת האנרגיה, מגבלות האתר, דרישות התפעוליות
  • (FLT:0) כלי סימולציה מודרבן 1FLT מאפשר חישובים רב-תחומיים קפדניים אך דורשים הבנה של שיטות בסיסיות ליישום תקין ותוצאה
  • (הפסקה:0) ורווחי בטיחות (Falidation and Safety שוליs) הם הכרחיים להבטיח הפעלה אמינה בתנאים שונים

עיצוב עמודה מוצלח דורש שילוב שיטות חישוב אלה עם ניסיון מעשי, נתוני ספקים, והתחשבות על דרישות היישום הספציפיות. בעוד כלי תוכנה יש מאוד פשטו את ההיבטים חישוביים של עיצוב, ההבנה הבסיסית של איך גובה העמודה מתייחס ביצועי הפרדה נשאר חיוני עבור מהנדסים כימיים.

(ב) למידע נוסף על תהליכי עיצוב והפרדה, משאבים בעלי ערך כוללים את המכון האמריקאי למהנדסים כימיים (AIChE) , אשר מציע פרסומים טכניים, כנסים, והזדמנויות לפיתוח מקצועי בטכנולוגיית הפרדה.

על ידי שליטה בשיטות חישוב אלה והבנה של העקרונות הבסיסיים, מהנדסים כימיים יכולים לעצב עמודות כי ביעילות להשיג הפרדה הנדרשת תוך צמצום עלויות והשפעה סביבתית.אם עיצוב עמודות חדשות או אופטימיזציה של פעולות קיימות, היכולת לקבוע במדויק דרישות גובה עמודה היא מיומנות בסיסית כי נשאר מרכזי לאימון הנדסי כימי.