Table of Contents

Distillation columns, kimyasal işleme tesisleri, rafineriler ve farmasötik üretim tesislerindeki en kritik ekipmanlardan birini temsil eder.Bu kule yapıları, hem verimlilik hem de sermaye maliyetlerine doğrudan etkileri olan en önemli parametrelerden biri olarak, karmaşık karışımları, temelleri ve yarı yarıya indirmeleri gereken kimyasal mühendisler için, süreç tasarımcıları ve fabrika operatörleri için önemlidir.

Bir distillasyon sütununun yüksekliği sadece bir keyfi boyut değildir - denge aşamalarına ve gerçek dünyadaki hidrolik-enerjik dengeye, kütle transfer fenomenlerine ve endüstriyel ekipmana ilişkin pratik gerçek gerçekler için yakından bağlantılıdır. Bu kapsamlı kılavuz, tasarım sürecinde genellikle yöntemsel yükseklikler, her iki tür mükemmelleşmiş minimumu temsil eder ve gerçek yükseklikleri, gerçek-dünyayı etkili sistemler için gerekli olan kimyasal mühendisler için gerekli olan temelleri belirler.

Distillation Column Fundamentals

Yüksek hesaplamalara dalmadan önce, sıvı karışımlar ısındığında, bu hafif bileşenlerde zenginleştirilmiş bir buhar aşaması oluşturmak için temel ilkeleri anlamak önemlidir.Depresyon, sıvı karışımlarda veya paketlenmiş bölümlerde farklı yönleri kullanan bir ayrılık sürecidir.

Ayrılmada, teorik bir plaka, iki aşamada, buhar ve sıvı gibi bir denge kurmak, diğerleriyle bir denge kurmak gibi bir aşamadır. Bu denge aşamaları kavramı tüm distillasyon hesaplamaları için temel oluşturur.Her teorik aşama, buhar ve sıvı fazların termodinamik dengeye ulaştığı tek bir adımdır, böylece bir sütunun daha etkili bir şekilde bir sütunu oluşturur.

Distillation columns iki birincil şekilde yapılandırılabilir: bu konfigürasyonlar ve paketlenmiş sütunlar. Tray columns, buhar ve sıvı temasın gerçekleştiği bir dizi yatay platform içerir, ancak paketlenmiş sütunlar buharlı temas için büyük bir yüzey alanı içeren yapısal veya rastgele paketleme malzemeleri içerir.Bu konfigürasyonlar arasındaki seçim sütun yükseklik nasıl hesaplanır ve tasarım sürecinde hangi verimlilik parametreleri kullanılır.

Teorik Yükseklik Hesaplama Yöntemleri

Bir distillasyon sütununun teorik yüksekliği, bu mükemmel koşullar altında belirtilen bir ayrıma ulaşmak için gerekli minimum yükseklik temsil eder.Bu hesaplama, her aşamada mükemmel dengenin elde edildiği varsayılır, hiçbir toplu transfer sınırlaması, hidrolik inefficiencies veya diğer non-ide davranışları ile.

Fenske Asgari Aşamalar için Equation

Fenske denklemi sürekli olarak distillasyon, tüm koğuşun kapalı olduğu ve sütuna geri döndüğü bir denklemdir, bu pratik bir işletim koşulu değildir, belirli bir ayrımda çalıştırılan küçük bir sütuna göre teorik olarak gerekli olan minimum aşama sayısıdır. Total reflux, tüm yüksek buharın konulduğu ve geri döndüğünüzde, herhangi bir ürün geri çekilmez.

Fenske denklemi matematiksel olarak ifade edilir:

[FONT:0)N[DÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜ TÜSİADİ: × ([Üye: 2) × (= x[DÜye/Üye/Üye)

Değişkenler nerede temsil eder:

  • [FONT:0)N) = minimum sayıda teorik aşama (Reboiler dahil)
  • [FONT:0]xD) = daha uçucu (ışık anahtar) bileşeninin distillate üründeki kısmı
  • [FONT:0]xB) = alt üründeki daha uçucu bileşenin altları
  • [FONT:0)α[[DÜDÜT:1) = ışık anahtarı ve ağır anahtar bileşenleri arasındaki ortalama göreceli volatilite

Bu denge aşamalarını, toplam reflux'u ve (en yaygın kullanım) Pennsylvania State Üniversitesi'nde son derece sabit bir şekilde hizmet eden ortalama bir göreceli volükleerete göre, volenformasyon varsayımını ancak sıcaklık veya kompozisyon ile önemli ölçüde değiştiği bazı hataları tanıtabilir.

Fenske Equation to Multicomponent Systems

Fenske denklemi ikili karışımlar için en basit olsa da, anahtar bileşenleri odaklandığınız çok sorumlu sistemlere genişletilebilir. Fenske denklemi, toplam refluxe gerekli minimum aşamaları tahmin etmek ve çok sorumlu sistemlere eşit olarak uygulanabilir.In multicomponent distillation, bu iki anahtarın arasındaki ayrımı genellikle gerekli olan en hafif bileşeni belirler (en alt aşamalarda en yüksek düzeyde ortaya çıkar).

Multikomponent sistemler için, Fenske denklemi yazılabilir:

[FONT:0)N[DÜDÜŞÜNÜ:2)[[[Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız.)[Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız.

LK ışık anahtar bileşeni ve HIZ'ın ağır anahtar bileşeni anlamına geldiği yerde. Karşılaştırmalı volüm)LK/HK) ortalama sütun koşullarındaki ağır anahtarın oranı olarak hesaplanmıştır.

Aşamalardan Teorik Yükseklik hesaplamak

Fenske denklemini kullanarak en az sayıda teorik aşama belirlenirken, teorik yükseklik her aşama ile ilişkili fiziksel boyutları göz önünde bulundurarak hesaplanabilir.For tepsi sütunları için, bu hesaplama nispeten basit, her teorik aşama tanımlanmış bir spacing ile fiziksel bir tepsiye karşılık gelir.

Taberlerin kullandığı sütunun yüksekliği Z = N × (TS) nerede (TS) genellikle 300 mm, 450 mm veya 600 mm, krigen distillasyon dışında, (TS) 100 ila 150 mm.

Gürültülü sütunlar için, teorik aşamalar ve fiziksel yükseklik arasındaki ilişki, yüksek çözünürlükte bir teorik plakaya (HETP) eşdeğerliği elde etmek için gerekli olan bir ambalaj malzemesinin yüksekliği genellikle Z = (NTP) × (HETP), nerede (HETP) = Ambalaj Eşdeğerinin Bir Teorik Plaktiğe eşitliğini temsil eder.

HETP Değerlerini Anlamak

Teorik bir Plak (HETP) yöntemi, kimyasal mühendislik ve ayrılık süreçleri ile ilgili bir konsepttir; HETP, ayrıştırılmış sütunların verimliliğinin ölçülmesini veya gaz absorpsiyonunu temsil eder; bir teorik aşamaya eşdeğer bir ayrım yapmak için gerekli olan sütunun yüksekliğini temsil eder veya plakanın büyüklüğüdür. HETP, ambalaj malzemesinin tipi ve büyüklüğü, sistemin fiziksel özelliklerini, işletim koşullarını da dahil eden çok sayıda faktöre bağlıdır.

Teorik bir plakaya eşdeğer olan yükseklik (HETP) her bir ayırma aşamasına ulaşmak için daha verimli bir paket olarak tanımlanır. Aşağı HETP değerleri, bileşenleri istenen ayrımına ulaşmak için daha iyi sütun performansı ve verimliliği işaret eder.

Ambalaj HETP baskı ile düşmesi bekleniyor olabilir ancak pratikte, belirli bir paketleme için bir sistemle fazla değişmez. Ancak, kuru alanı birim hacmi için belirleyen özel sistem için paketleme makineleri veya deneysel verilerle ilgili olarak daha doğru bir tahmin sağlar. Örneğin, rastgele paketlemeler için, HETP (m) yaklaşık olarak dp / 10 mm'de paketler.Bu Ampirik ilişki, ön tasarım için hızlı bir tahmin sağlar, ancak daha doğru değerler paketleme üreticilerin veya deneysel verilerden elde edilmelidir.

Paketli sütunlar için, aşamalar, teorik bir plakaya eşdeğer yüksekliğe (HETP) göre eşdeğer bir paketlemede dönüştürülebilir, DTP'nin değeri, gerçek performansların fiziksel özelliklerini hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen kontrol edebilir. Örneğin, Pall, 25-mm için 0,4, 38-mm ve 300 $ için 0,5. Bu değerler, belirli işletim koşullarına göre değişebilir.

Actual Height Hesaplama Yöntemleri

Teorik yükseklik hesaplamaları temel bir temele sahip olsa da, gerçek distillasyon sütunları eksik kütle transferi, hidrolik kısıtlamalar, eğitim, kanallama ve her aşamada elde edilen mükemmel dengeyi engelleyen gerçek yüksekliğe dayanan gerçek yüksekliğe dayanan temel olarak tasarlanmıştır.

McCabe-Thiele Method for Actual Stages

McCabe-Thiele yöntemi, sadece toplam refluxde uygulanan Fenske denkleminin aksine, McCabe-Thiele yönteminin gerçek çalışma koşullarını belirlemek için yaygın olarak kullanılan bir grafik tekniğidir.

McCabe Thiele modeli, toplam refluxteki teorik aşama sayısını belirlemek için de kullanılabilir. Aşağıdaki adımlar, bir x-y arsasının basamaklarını ve eğrileri doğrulayın.

McCabe-Thiele yöntemi, belirli bir reflux oranında gerekli olan teorik aşamaların sayısını sağlar.Bunu gerçek aşamalara dönüştürmek için, verimlilik faktörlerinin uygulanması gerekir. Yöntem, sürekli geç ısı etkileri ile karşılaştırıldığında, bu da buhar ve sıvının her bölümde sabit kalması anlamına gelir.

Tray Verimliliği ve Onun Etkisi

Tray verimliliği, tasarım hesaplamalarında en yaygın kullanılan Murphree buhar verimliliği ile, buhar kompozisyonunun gerçek performansını teorik performansıyla karşılaştırır.Spadan ayrılmanın çözümünde, tepsinin değiştirilmesinin en yaygın olarak kullanılan bir sıvıyla dengede olduğu ortaya çıkacaktı.

Tray Verimliliği, yukarıda bahsedilen sıvı oranlarındaki değişikliklerden daha düşük olduğu için işletim basıncı ile değişir (0.5 bar, Eo s 0.7; 6 bar, Eo 0.9). Bu değerler, vakum distillasyon operasyonlarının tipik olarak aynı zamanda atmosfer veya basınç distillasyonlarının da aynı şekilde elde edilmesi gerektiğini gösterir.

Gerçek aşamalar ve teorik aşamalar arasındaki ilişki şöyle ifade edilir:

[FONT:0)N[DÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜ: 2)[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar İçindeler)[Üye Olmayanlar (DÜye)

E)o), sistemin göreceli volüme verimliliğine dayanan genel sütun verimliliğidir.

Tray Columns için Actual Height hesaplamak

Gerçek tepsilerin sayısı, tepsi verimliliğinin teorik aşamalarını bölmeyle belirlenirken, tepsi bölümün gerçek yüksekliği, tepsiye yayılan gerçek tepsi sayısını çoğaltarak hesaplanabilir. Ancak, toplam sütun yüksekliğinin çeşitli bileşenler ve düşünceler için ek yükseklik ödenekleri de içermelidir:

  • [FONT=0)Bottom sump yüksekliği:[Dönder: 1. Uzay, sıvı tutma ve reboiler geri dönüş için alt tepsinin altında geri dönüyor
  • [FONT:0)Feed inlet bölümü:[Dönetici:[Dönetici:0)) Doğru buhar dağıtım için yem tepsisinin etrafında ek alan
  • [FONT:0) Top disengagement alanı: Üst üst tepsinin üzerinde buharlı ayrılıklara izin vermek ve üst çizgiye baskın önlemek için üst sıraya bakınız.
  • [FONT:0]Liquid distribütörleri ve yeniden dağıtımcılar: sütunlar için büyük çaplı veya uzun dolu bölümlerle sütunlar için
  • [FONT:0)Depres yapıları:[Döneticileri, paket destek plakaları ve diğer mekanik bileşenler
  • [FONT:0)Manway erişim:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönetici:)[[Dönetici)

Tipik bir baş kuralı, hesaplanan tepsi bölümü yüksekliğini bu ek gereksinimler için hesaba katmak için 1.5 ila 3 metre eklemektir, ancak kesin ödenek sütun çapında, işletim basıncı ve belirli tasarım gereksinimlerine bağlıdır.

Paketli Köşeler için Actual Heights hesaplamak

Boş sütunlar için, gerçek yükseklik hesaplaması benzer bir felsefe takip eder, ancak belirli bir ayrım için gerekli teorik aşamalar ve HeTP belirli bir tür paketleme için gerekli olan ambalajın gerçek yüksekliğini belirlemek için kullanılır. temel denklem kalır:

[FONT:0)H[DÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜ: 2)[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar İçindedir.

Ancak, bu hesaplamada kullanılan HETP değeri, ideal koşullar yerine gerçek işletim koşullarını yansıtmalıdır. Ambalajlı distillasyon sütunlarının performansı genellikle teorik bir plakaya eşdeğer olarak ifade edilir (HETP). HETP, kütle transfer verimliliğini temsil eden bir ampirik ama son derece pratik parametredir. HETP değerleri genellikle deneysel verilerden elde edilir, satıcılarla korelasyonlar veya sistem için özel paketleme türü ve sistem için pilot bitki çalışmaları yapılır.

HETP'yi etkileyen faktörler reflux oranını, yem kompozisyonunu ve basınç gibi operasyonel koşulları içerir. Yüksek reflux oranları genellikle daha düşük HETP değerleri (daha düşük verimlilik) sonucu elde edilir, çünkü artan sıvı akışı paketleme yüzeyinin bizi genişletir. Ancak aşırı derecede yüksek sıvı oranları, HETP'yi dramatik bir şekilde arttırır ve ayrım verimliliğini azaltır.

30-50% güvenlik faktörü sıvı dağıtımını sağlamak için dikkate alınmalıdır. Sıvı mal dağıtımını yapmak, özellikle de büyük çaplı sütunlarda, sıvı beslemenin paketleme-bölümünde bile dağıtılmadığı ortak bir problemdir.Bu sonuçlar tercih edilen akış yollarının ve istenen ayrımı elde etmek için ek yükseklik gerektiren.

Gelişmiş Hesaplama Yöntemleri ve Kısa Kes Teknikleri

Fenske-Underwood-Gilliland Method

Endüstriyel distillasyon sütunları tasarlamak için birçok sözde kısayol hesaplama yöntemi var. En yaygın kullanılan tek şey Fenske-Underwood-Gilliland yöntemidir. Bu entegre yaklaşım, son derece refluxde çalışan tam bir ön tasarım sağlamak için üç ayrı korelasyonelasyonu birleştirir.

Yöntem üç temel adımdan oluşur:

  1. [FONT=0)Fenske denklemi:[Dönetici: 0,4] Toplam refluxde minimum sayıda teorik plaka veya denge aşaması tahmin eder.
  2. [FONT=0)Underwood denklemi:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:0))))
  3. [FONT:0)Gilliland korelasyonu:[Dönetici:[Dönetici:0) Fenske'nin minimum plakalarını ve Underwood'un minimum refluxini seçilmiş bir refluxe tahmin etmek için minimum reflux kullanın.

Bu kısayol yöntemi, ayrıntılı simülasyon henüz garanti edilemezken ön tasarım aşamasında özellikle değerlidir. Bu kısayolu kullanarak, ticari yazılım paketleri kullanarak daha titiz bir simülasyon tasarım ve hesap için son derece karmaşık olmayan davranışlar için kullanılabilir.

Transfer Biriminin (HTU) Yöntemi

Bir sütun tasarımı için alternatif bir yaklaşım, Parlamentoit (HTU) konseptini HETP'den ziyade, HTU (Height of a Transfer Unit) yöntemi, distillasyon, absorpsiyon ve striptiz gibi ayrılık süreçlerinin mühendisliğinde kullanılan başka bir ölçüdür.

Transfer ünitesinin yüksekliğinin (HTU) ayrıca, kablo-height'u tahmin etmeyi kabul edebilir, ancak bu HETP yaklaşımı genellikle tercih edilir. HTU yöntemi, kitle transfer katlarını, interfacial alanını ve kitlesel transfer kuvvetlerini açıkça dikkate alan oran bazlı hesaplamalara dayanmaktadır.

Telsiz yüksekliğe ve transfer birimleri arasındaki ilişki:

[FONT:0)H = N) × HTU[D:2).

N)TU) Ayrılık için gerekli transfer birimlerinin sayısı, sütun yüksekliği üzerindeki kütle transfer sürüş kuvvetinin entegrasyonundan hesaplanabilir.

Köşe Yüksek Tasarımda Pratik Değerlendirmeler

Köşe ve Üst İlişkiler

Bir distillasyon sütununun çapı ve yüksekliği, birlikte optimize edilmesi gereken tasarım parametreleri ile ilgilidir. sütun çapında (ve maliyet) mümkün olduğunca küçük tutmak için sütunlar en yüksek izinli buhar hızında çalışmak için tasarlanmıştır. sütun çapı öncelikle buhar ve sıvı akış oranları ve aşırı eğitimden kaçınma ihtiyacı ile belirlenir.

Bu genellikle seling hızının% 80'indedir.Su ve sıvı kesintiler, akış oranları ve sütunda çok düşük buhar ve yer alan içler sonucu ameliyat edilebilir.

Genel olarak, verilen bir yükseklik için daha teorik bir tepsiye sahip bir sütun daha büyük bir çapında gerektirecektir, bu daha fazla yapısal destek gerektirir ve site kısıtlamaları veya ulaşım kısıtlamaları nedeniyle daha pahalı kabuklar, başlar ve temeller arasında.

Tipik Endüstriyel Köşesi

Bir petrol rafinerisi veya kimyasal bitkide görülebilir olan uzun, ince kulelerin çoğu, özellikle de petrolün yaklaşık 2.5 m olduğu, 12 m çapındaki küçük binalar ve kuleler inşa edilmiş olabilir.

Daha küçük ölçekli işlemler veya uzmanlık kimyasal üretimi için sütunlar çok daha küçük olabilir. Pilot bitki sütunları sadece 50-300 mm çapında ve 2-5 metre yüksekliğinde olabilir, laboratuvar ölçekli sütunlar bile daha küçük olabilir.Yüksek hesaplama ilkeleri ölçeklendirmeye bakılmaksızın aynı kalır, ancak paketlenmiş sütunlardaki duvar gibi bazı etkiler daha küçük çaplı hale gelir.

Tray ve Packed Köşeler Arasında Seçin

Tur ve paketlenmiş sütun konfigürasyonları arasındaki seçim yüksek hesaplamaları ve genel sütun tasarımını önemli ölçüde etkiler. Her tür dikkate alınması gereken avantajları ve dezavantajları vardır:

[0]Tray Köşeleri: [Dönem: [Dönemli: 1]

  • Well- yapılandırılmış tasarım yöntemleri ve geniş çalışma deneyimi
  • Geniş miktarda sıvı ve buhar akış oranlarıyla başa çıkabilir
  • Easier temiz ve korumak için, özellikle de fouling hizmetleri için
  • Orta yem veya ürün geri yükleme gerektiren sistemler için daha iyi
  • Genel olarak teorik aşama başına daha yüksek basınç düşüşüne sahiptir
  • Verilen bir kapasite için daha büyük sütun aralıkları gerekir

[FONT:0)Ködülü Köşeler:[Dönemli: 1)

  • Düşük basınç düşüşü, vakum distillasyon için avantajlı
  • Modern yapılandırılmış paketlemelerle daha düşük HETP değerleri elde edebilir
  • Korrosive sistemleri için daha iyi (belirli veya plastik paketlemeler mevcut)
  • Verilen bir ayrım için daha kompakt (düşük yükseklik)
  • Sıvı dağıtım sorunları için daha hassas
  • Aşı meydana gelirse temizlemek daha zor olabilir
  • Sınırlı gerileme oranı, sütun sütunları ile kıyaslanır

Pratik uygulamalarda, HETP değerleri genellikle 0.1 ila 1 metre arası verimli distillasyon sütunları için aralığına sahiptir. Modern yapılandırılmış paketlemeler, HETP değerlerinin 0.15-0.3 metre kadar düşük olması, sütun yüksekliğinin sınırlı olduğu veya düşük basınç düşüşünin gerekli olduğu uygulamalar için çok cazip hale getirebilir.

Step-by-Step Hesaplama Prosedürü

Farklı yöntemleri ve düşünceleri tartışan kapsamlı bir adım adım adım prosedürü:

Adım 1: Ayrılık Gereksinimleri Tanımlayın

  • feed kompozisyonu, akış oranı ve termal durum durumu
  • Define arzu edilen distillate ve alts kompozisyonları
  • Çokkomponent sistemler için ışık anahtar ve ağır anahtar bileşenleri tanımlayın
  • İşletim basıncı (keşsel volümü ve fiziksel özelliklerini) belirleme

2. Adım: Minimum Teorik Aşamaları Hesaplayın

  • Buhara-liquid denge verileri elde edin veya göreceli volatilite hesaplamak
  • Fenske denklemini N) belirlemek için uygulayın[Dönemli[DÜT:1).
  • İkili sistemler için, daha uçucu bileşenli parça kullanın
  • Multikomponent sistemler için, ışık anahtar ve ağır anahtar kompozisyonları kullanın

Adım 3: İşletim Reflux Oranını Belirlen

  • Underwood denklemleri veya grafik yöntemleri kullanarak minimum reflux hesaplamak
  • Gerçek işletim reflux (tipik olarak 1.1 ila 1.5 kez minimum reflux) seçin
  • Yüksek reflux oranları gerekli aşamaları azaltır, ancak enerji maliyetlerini artırmak
  • Ekonomik optimizasyon, işletme maliyetlerine karşı sermaye maliyetlerini (enerji) dengelemektedir (enerji)

Adım 4: İşletim Refluxe'de Teorik Aşamaları Hesaplamak

  • McCabe-Thiele yöntemi ikili sistemler için kullanın (grafik veya analitik)
  • Hızlı tahminler için Gilliland korelasyonu uygulayın
  • Karmaşık multikomponent sistemler için titiz simülasyon yazılımı kullanın
  • En İyi yem aşaması yerini belirleme

Adım 5: Verimlilik için Hesap (Tray Columns)

  • O'Connell korelasyonu veya diğer yöntemleri kullanarak genel paket verimliliği tahmin edin
  • Verimlilik üzerindeki baskı etkilerini düşünün (düşük işlem için sol)
  • Gerçek diziler hesaplayın: N[DÜT:0) Sonuç olarak ) [Dönetici[Dönetici[Dönemli)[Dönemli[Dönemli)[Dönemli[Dönemli)[Dönemli[DÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar[DÜyeler)
  • Güvenlik marjı için ekstra tepsiler ekleyin (tipik olarak% 10-20)

Adım 6: Sayı Bölüm Yüksekliği

  • sütun çapında ve hizmet tabanlı uygun tepsi spacing seçin
  • Tipik spacings: Çoğu uygulama için 450-600 mm, küçük sütunlar için 300 mm
  • Parça bölümü yüksekliğini hesaplayın: H[DÜT:0)trays[[DÜT:2) = N)actual[[Dönetici: 3 )
  • Bu spacing yeterli buhar-liquid disengagement sağlar

Adım 7: HETP (Kırklı Sütler)

  • Uygulama gereksinimlerine dayanan paketleme türü (random veya yapılandırılmış) seçin
  • Mani korelasyonlardan veya deneysel verilerden HETP verileri elde edin
  • Sistem özellikleri, akış oranları ve işletim koşulları etkileri göz önünde bulundurun
  • Sıvı dağıtım kalitesi için düzeltme faktörleri uygulayın

Adım 8: Packed Bölüm Boy

  • Hesaplamalı yüksekliğe hesap: H[DÜT:0)[[DÜT 1:0) = N) Teorektik[DÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar[Üyeler)
  • Beslenme dağıtım ve belirsizlik için güvenlik faktörü (30-50%) ekleyin.
  • Uzun dolu bölümler için, orta sıvı yeniden dağıtımcıları düşünün
  • Re dağıtımcılar arasında tipik maksimum yüksek paketlenmiş yükseklik: 6-10 metre

Adım 9: Yardımcı Yükseklik Gereksinimleri Ekle

  • Sub sump: reboiler tipine bağlı olarak 1-2 metre ve tutma gereksinimleri
  • Top disengagement alanı: 1-1.5 metre, entrainmental önlemek için
  • Feed inlet Bölüm: 0,5-1 metre besleme tepsisi etrafında ek spacing
  • Sıvı distribütörler ve destek yapıları: her biri 0,5 metre
  • Manway erişim dikkateleri gerekirse

Adım 10: Total Column Height

  • Sum tüm yüksek bileşenler: H[DÜT:0) Toplam[DÜT:1) = H) Aktif) + H)
  • sütun desteği ve etek için yüksekliğe ekleyin (eğer uygulanabilirse)
  • Ulaşım ve ereksiyon sınırlamaları düşünün
  • Yapısal fizibilite ve temel gereksinimleri doğrulayın

Common Pitfalls andBest Practices

Hesaplama Hatalarından Kaçınmak

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

  • [FONT:0] uygunsuz göreceli volatilite değerlerinin kullanılması:) Relative volatilitesi sıcaklık ve kompozisyonla önemli ölçüde değişebilir. Geniş çaplı karışımlar veya sistemler için büyük bir hata kullanarak, geniş kapsamlı olmayan olmayan karışımlar için önemli bir hata sağlayabilir.
  • [FONT:0)Depresyon baskı etkilerini göz önünde bulundurmak: [Dönder:) Köşe basıncı hem göreceli volatilite hem de tepsi verimliliği etkiler. Vakum sütunları aynı ayrım için atmosferik sütunlardan daha fazla aşama gerektirir.
  • [FONT:0) ⁇ HETP'yi paketlenmiş sütunlar için en iyi şekilde temsil eder: Satış veya veriler genellikle en iyi durumda performans gösterir. Gerçek yüklemeler, özellikle büyük hacimli sütunlarda sıvı dağıtım sorunları nedeniyle daha yüksek HETP'ye sahip olabilir.
  • [FONT:0) Yeterli güvenlik marjları:[Dönem:[Dönem: 1) Süreç koşulları tasarımdan değişebilir ve bazı performans bozulmaları zamanla ortaya çıkar.
  • [FONT:0) Beslenme durumunu görmezden gelmek:[Dönetici:0)[Dönetici:0)) Yemleme veya aşırı ısıtılmış buhar (her bölümde gerekli olan aşama sayısını önemli ölçüde etkiler.

Geçerlilik ve Doğrulama

Yüksek hesaplamaları tamamladıktan sonra, birkaç doğrulama adım yapılmalıdır:

  • Mevcut sütunlarla ilgili sonuçları kıyasla veya yayınlanmış vaka çalışmaları
  • Hesaplanan yüksekliğin makul olduğunu teyit etmek, ayrılık zorluklarını makul bir şekilde verir
  • HETP veya tepsi verimliliği değerlerinin tipik aralıklarda olduğunu kontrol edin
  • Anahtar parametreleri üzerinde hassasiyet analizi (relatif volatilite, verimlilik, HETP)
  • Birden fazla hesaplama yöntemi kullanmayı ve sonuçları karşılaştırmayı düşünün
  • Tasarım tasarımlarını sonlandırmadan önce deneyimli mühendislerle ilgili hesaplamalar

Optimizasyonu Tahminleri

Köşe yüksekliği, genel süreç bağlamında optimize edilmesi gereken tek bir distillasyon sütun tasarımının bir parçasıdır:

  • [FONT:0)Küresel vs. işletme maliyeti ticaret-offs:[[Dönetici: 1) Daha fazla aşama ile Taller sütunları daha düşük reflux oranlarında çalışabilir, enerji maliyetlerini azaltır, ancak sermaye yatırımını azaltır.
  • [FONT:0]Site kısıtlamaları:[[Dönetici: 1) Mevcut arsa alanı, yüksek kısıtlamalar ve temel yetenekler sütun boyutlarını sınırlayabilir.
  • [FONT:0)Operasyonel esneklik:[Dönemli:[Dönemli: 1) Köşeler, yem kompozisyonunda ve akış oranında beklenen varyasyonları ele almak için tasarlanmıştır.
  • [FONT:0)Maintenance erişilebilirliği:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:)) Yeterli tepsiye uygun ve manway konumları denetim ve bakım kolaylaştırır.
  • [FONT:0)Future genişleme:[Dönetici:[Dönetici:0) Gelecekte ek kapasiteye ihtiyaç olup olmadığını düşünün.

Gelişmiş Konular ve Gelişen Teknolojiler

Frekans tabanlı Simülasyon Yöntemleri

Modern distillasyon tasarımı giderek daha fazla denge aşaması modellerinden ziyade hız tabanlı simülasyon yöntemleri kullanmaktadır. Model, genelleştirilmiş Maxwell-Stefan multicomponent toplu transfer hesaplamalarını içerir ve böylece her bir hesaplama segmentinde her bir bileşeni tahmin edebiliyoruz.Bu titiz yöntemler açıkça model kütle ve ısı transfer oranları, interfacial alan ve hidrolik davranış, sütun performansı hakkında daha doğru tahminler sağlar.

Hız tabanlı modeller özellikle önemli kütle transfer sınırlamaları ile sistemler için değerlidir, örneğin vakum distillasyon, çok düşük göreceli volatilite ile sistemler veya sütunlar sel koşullara yakın çalışır. Ancak, kitle transfer katları, interfacial korelasyon alanları ve özel içler için ayrıntılı giriş verileri gerektirir.

Duvar Köşeleri ve Intensified Designs

Süreç, hem yüksek hem de enerji tüketimini azaltabilecek yeni sütun konfigürasyonlarına yol açtı. Duvar sütunları (DWCs) iki veya daha geleneksel sütunları bir iç bölme duvarı ile tek bir kabuka entegre etti, üç ürün ayrımına tek bir sütunda izin verdi.Bu tasarımlar hem sermaye maliyetlerini hem de enerji tüketimini% 30 veya daha geleneksel sütun dizilerine kıyasla azaltabiliyor.

Duvar sütunlarının geleneksel sütunlara benzer ilkeleri takip etmesi için yüksek hesaplamalar, ancak tasarım, bölme duvarının buhar ve sıvı bölünmesi için dikkate alınması ve her bölümde doğru dağıtım sağlamak. Özelleştirilmiş simülasyon araçları genellikle bu gelişmiş konfigürasyonların doğru tasarımı için gereklidir.

Reaktif Distillation

Reaktif distillasyon, kimyasal reaksiyon ve tek bir birimdeki ayrımı birleştirir, denge sınırlı tepkiler için önemli avantajlar sunar. Reaktif distillasyon sütunları hem reaksiyon kinetiği hem de ayrılık gereksinimleri için hesaba katmalıdır.Reaktif bölüm tipik olarak farklı içleri gerektirir (ya da en azından en az paketlenmiş veya paketleme)

Reaktif distillasyon sütunlarının tasarımı geleneksel distillasyondan daha karmaşıktır çünkü reaksiyon ve ayrılık samimi bir şekilde çiftleştirilmiştir.Demokratlı simülasyon araçları aynı anda reaksiyon kinetiği, faz dengesi ve kütle transfer denklemleri doğru tasarım için önemlidir.

Pratik Örnek: İkili Distillation Column Design

Bu hesaplama yöntemlerinin uygulamasını göstermek için, bir distillasyon sütununu bir çift parçalı ve toluene ayırmak için pratik bir örnek düşünün:

[FONT=0) Vern Özellikleri:[Dönem:[Dönem: 1)

  • Feed: 100 kmol/hr, 50 mol% ışın,% 50 toluene, jen sıvı
  • Distillate: % 95 mol%
  • Altlar: % 95 mol toluene
  • İşletim basıncı: 1 atm
  • Ortalama göreceli volüme (benzene/toluene): α = 2.4

[[0)Adım: Fenske denklemi kullanarak minimum teorik aşamalar hesaplayın[Dön 1: 1).

N)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye ait [DÜye Olmayanlar[DÜyeler) = 1. Sezon 4. Bölüm[0)

[0]Adım 2: Tahmin minimum reflux ve işletme reflux) seçin.

Underwood yöntemi (formasyonlar ayrıntılı olarak gösterilmemektedir):
)R). ⁇ 1.15
) İşletim reflux: R = 1.4 × R[FLT][FLT: 1.61|D)

[0]Adım 3: İşletim refluxinde teorik aşamalar belirler).

Gilliland korelasyonu veya McCabe-Thiele yöntemi kullanarak:
)N)oretical) ⁇ 12 aşama (Reboiler dahil)

[[Dönem:0)Adım 4: Kutu sütunu için gerçek aşamalar hesaplayın).

Genel olarak tepsi verimliliği E)o) = 0.70 ( atmosferik baskı içintip):
).N)[D[Dönemli[DÜye Olmayanlar[Dönemli)[DÜye Olmayanlar[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar İçindekiler)[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar İçindekiler)

[0]Adım 5: Parça bölümü yüksekliği ).

Kutuyu 0,5 m'nin üzerinden kullanmak:[DÜT:0)Htrays) = 18 × 0,5 = 9.0 metre

[0]Adım: 1 Üsttelikler ([Dönler)

  • Sub sump: 1.5 m
  • Top disengagement: 1.2 m
  • Feed section ödenek: 0,5 m
  • Total a help: 3.2 m

[0]Toplu sütun yüksekliği: 9.0 + 3.2 = 12.2 metre).

[0]Alternative: Packed column design).

HETP ile yapılandırılmış bir sütun için: 0.4 m:
)H
|Kaç: × 0 = 4,8 metre
)% 4,8 $ [D=8 $ [D=8 $ × 4,9|x|p= 6.7 $ × 3,9|

Bu örnek, paketlenmiş sütunun bu uygulama için tepsiden yaklaşık 2.3 metre daha kısa olacağını gösteriyor, ancak maliyet, geri yükleme gereksinimleri ve bakım değerlendirmeleri gibi diğer faktörler nihai seçimi etkileyecektir.

Yazılım Araçları ve Kaynaklar

Modern distillasyon sütun tasarımı, titiz multikomponent distillasyona dahil kompleks hesaplamaları idare edebilecek uzman yazılım araçlarına dayanıyor: Birkaç ticari simülasyon paketi endüstride yaygın olarak kullanılıyor:

  • [FONT=0)Aspen Plus:[Dönemli süreç simülasyon yazılımı geniş termodinamik veritabanı ve titiz distillasyon modelleri ile kapsamlı bir şekilde işlem simülasyon yazılımı
  • [FONT:0)HYSYS (Aspen HYSYSYS): ), Dinamik ve istikrarlı devlet simülasyonu kullanıcı dostu arayüzle kullanıcı dostu arayüz
  • [FONT:0)PRO/II:[Dönem:[Dönem: 0,4] Güçlü distillasyon yetenekleri ile işlem simülasyon yazılımı
  • [FONT:0)ChemCAD:[Dönetici:[Dönetici:0) Maliyet- etkisiz simülasyon paketi birçok uygulama için uygun
  • [FONT:0)DWME:[DFLT:1] Açık kaynaklı işlem simülatörü distillation yetenekleri ile

Bu araçlar hem dengeye hem de hız tabanlı hesaplamaları gerçekleştirebilir, doğrusal olmayan sistemler ve elektrolitler dahil karmaşık termodinamikleri yönetebilir ve minimum maliyet veya enerji tüketimi için sütun tasarımları optimize edebilir. Ancak temel hesaplama yöntemlerini anlamak, mühendisler için doğru bir şekilde ayarlanmış simülasyonlar, yorumlar ve sorun sorunları çözmek için gerekli kalır.

Ön tasarım ve eğitim amaçlı, birkaç online hesap makinesi ve yay araçları Fenske, Underwood ve Gilliland korelasyonlarını uygulamak için mevcuttur. Bunlar ayrıntılı simülasyonda zaman yatırım yapmadan önce hızlı tahminler sağlayabilir. ek olarak, satıcılar web siteleri paket ve üreticiler genellikle ürünlerine özel tasarım araçları ve performans verileri sağlar.

Endüstri Standartları ve Tasarım Kılavuzları

Distillation column tasarımında profesyonel mühendislik uygulamaları, güvenli, güvenilir ve verimli bir operasyon sağlamak için kurulmuş endüstri standartlarını ve yönergeleri takip eder: Anahtar kaynakları şunlardır:

  • [0] Bir KOBİ Kazan ve Basınç Gemisi Kodu: Governs mekanik baskı gemilerinde distillasyon sütunları dahil olmak üzere baskı gemilerin tasarımını kontrol edin.
  • [FONT=0)API Standartları: [Dönetici ekipmanı tasarımı için Amerikan Petrol Enstitüsü standartları
  • [FONT:0)TEMA Standartları:[Dönetici: Tubular Exchanger Üreticiler Birliği, yenidenboiler ve Konserler için ilgili standartları ve kondüktörlerle ilgili standartları yeniden sunuyor
  • [0]GPSA Mühendislik Veri Kitabı: [Dönem: [Dönemli gaz işleme ve ilgili ayrılıklar için kapsamlı referanslar
  • [FONT:0)Perry'nin Kimyasal Mühendisleri El Kitabı: Kesirli tasarım yöntemleri ve veri verileri içeren klasik referanslar

Bu standartlar minimum tasarım marjları, malzeme seçimi, mekanik tasarım gereksinimleri ve güvenlik hususları üzerine rehberlik sağlar. Uygulanan standartlarla uyum, endüstriyel tesislerin yasal onayı ve sigortası kapsamı için önemlidir.

Problem Çözme ve Performans Optimizasyonu

İyi tasarlanmış distillasyon sütunları bile operasyon sırasında performans sorunlarını deneyimleyebilir. sütun yüksekliği ve ayrılık performansı arasındaki ilişkiyi anlamak sorun giderme için önemlidir:

[0] Yeterli ayrılık (product saflık elde edilmez): ).

  • Gerçek verimliliğin tasarım varsayımlarından daha düşük olduğunu gösterebilir
  • Tank hasarı, paketleme bozulması veya sıvı mal dağıtımını engelleyebilir
  • Artan reflux oranı azaltılabilir verimlilik için telafi edilebilir
  • Yenidenamp sırasında daha fazla tepsi veya paketleme yüksekliği eklemek gerekebilir

[FONT:0)Flooding veya aşırı baskı damlası:).

  • İçlerin hidrolik kapasitesinin ötesinde çalışır
  • Bağlantı veya reflux oranını azaltmak için Mayıs gerekebilir
  • Fouling veya mekanik hasar gösterebilir
  • Revamp daha büyük bir çapı veya farklı içleri gerektirebilir

[0] Yüksek enerji tüketimi: [Dönem: ).

  • Gerekli reflux oranından daha yüksek olarak çalışabilir
  • Sıcaklık kaybının yetersiz yalıtım yoluyla işaret edebilir
  • Optimizasyon çalışmaları minimum enerji işletim noktası tanımlayabilir
  • Gelişmiş kontrol stratejileri enerji verimliliğini artırabilir

Mevcut sütunların performans testleri, gerçek tasarım yöntemleri için değerli veriler sağlayabilir ve gelecekteki tasarımları geliştirir. kumar tarama gibi teknikler, işletim sütunlarında sıvı ve buhar dağıtımını ölçebilirken, kompozisyon profilleri gerçek aşama verimliliğini veya HETP değerlerini belirlemek için çeşitli yüksekliklerde ölçülebilir.

Çevre ve sürdürülebilirlik

Modern distillasyon sütun tasarımı, geleneksel teknik ve ekonomik faktörlerle birlikte çevresel etki ve sürdürülebilirliği göz önünde bulundurmalıdır.Çözü yüksekliği çeşitli şekillerde etkiler:

[FONT:0)Enerji verimliliği:[Döneticileri:[Döneticileri) daha fazla aşama ile birlikte, yeniden alım ve ilişkili sera gazı emisyonlarını azaltma, ancak, artan sermaye maliyeti, sütunun yaşam süresi boyunca enerji tasarrufu ile haklı olmalıdır.

[FONT:0)Malzeme kullanımı:[Dönetici:0) Köşe yüksekliği doğrudan inşaat için gerekli olan çelik ve diğer malzemeler miktarını etkiler. Minimizing yükseklik gerektiğinde malzeme tüketimi ve karbonu azaltır.

[FONT:0)Heat entegrasyonu:[Dönetici:0) Uygun yüksekliğe sahip sütunlar ve çalışma koşulları ile tasarlanmış sütunlar ısı değiştirici ağlarına daha kolay entegre edilebilir, atık ısısını geri kazanıp genel tesisleri enerji tüketimini azaltabilir.

[FONT:0)Operasyonel esneklik:[Dönetici:[Dönetici:0) Yeterli yüksek marjlarla tasarlanmış sütunlar, büyük değişiklikler olmadan yem kompozisyonu veya ürün özelliklerinde değişiklikler yapabilir ve atıkları azaltır.

Membran destekli distillasyon, hibrit ayrılık süreçleri gibi gelişen teknolojiler ve gelişmiş kontrol sistemleri, ayrılık performansını korumak veya geliştirmek için çevresel ayak izi azaltmak için fırsatlar sunuyor.

Özet ve Key Takeaways

Distillation sütunlarının yüksekliğini belirlemek, termodinamik ilkeleri, toplu transfer teorisini ve pratik mühendislik yargısını birleştiren sistematik bir yaklaşım gerektirir: Hatırlamak için temel noktalar:

  • [FONT:0) Teorik yükseklik hesaplamaları[[Dönetici 1], Fenske denklemi toplam reflux kullanarak minimum aşamayı belirlemeye başlar, sonra McCabe-Thiele veya Gilliland korelasyonları gibi gerçek işletim reflux için ayarlama.
  • [FONT:0) Gerçek yüksek hesaplamalar[[Dönemli yüksek hesaplamalar[[Dönetici:0) Gerçek dünya performansını yansıtan tepsi verimliliği veya HETP değerleri için hesaba katılmalıdır, güvenlik faktörleri ve yardımcı yüksek gereksinimleri ile birlikte,
  • [[0)HETP değerleri[[Döncük sütunlar için[Döncükler, boyut, sistem özellikleri ve çalışma koşulları, genellikle endüstriyel uygulamalar için 0.15 ila 1.0 metre arasında değişen endüstriyel uygulamalar için.
  • [FONT:0]Tray verimliliği[[Dönetici:0) Operasyon basıncı ile değişir, vakum operasyonları için daha düşük (% 50-60) ve basınç operasyonları için yüksek (80-% 90)
  • [0]Toplu sütun yüksekliği[Dönetici:0) sadece aktif ayrılık bölümü değil aynı zamanda alt sump, üst disengagement alanı, yem bölümü ödenekleri ve mekanik bileşenler içerir.
  • [FONT:0)Yüksek ve çapındaki ticaret-offlar[DÜT:1) sermaye maliyetleri, enerji tüketimi, site kısıtlamaları ve operasyonel gereksinimleri göz önünde bulundurmalıdır.
  • [FONT:0) Modern simülasyon araçları), titiz multikomponent hesaplamaları sağlar, ancak doğru uygulama için temel yöntemleri anlamak ve yorum yorumlamak için gerekli olan yorumlar gerektirir.
  • [FONT:0]Validasyon ve güvenlik marjları) çeşitli koşullar altında güvenilir işlem sağlamak için gereklidir

Başarılı distillasyon sütun tasarımı, bu hesaplama yöntemlerini pratik deneyimle, satıcılar verileriyle ve belirli uygulama gereksinimlerinin dikkate alınması gerekir. Yazılım araçları tasarımdaki hesaplama yönlerini büyük ölçüde basitleştirmiş olsa da, sütun yüksekliğinin kimya mühendisleri için nasıl önemli olduğunu anlamak.

Farklı tasarım ve ayrılık süreçleri hakkında daha fazla bilgi için, değerli kaynaklar [FONTD:0) Amerikan Kimya Mühendisleri Enstitüsü (AIChE)), teknik yayınlar, konferanslar ve profesyonel gelişim fırsatlarının ayırt edilmesi ve eşdeğerliği teknolojisi ile ilgili olarak. ) Teknik literatür ve tasarımlarına erişim sağlar.

Bu hesaplama yöntemleri ustalaştırarak ve temel ilkeleri anlamakta, kimyasal mühendisler, maliyetleri ve çevresel etkilerini en aza indirmeye ve yeni sütunları tasarlamaya ve geliştirmeye yetecek kadar ayrım sütunları tasarlayabilirler.Yeni sütunları tasarlama veya mevcut işlemleri optimize etme, sütun yükseklik koşullarını doğru bir şekilde belirleme yeteneği, kimya mühendisliği uygulamalarına merkezi olan temel bir beceridir.