Правильно использовать накладные Конденсаторы для вакуумных колоннах

В системе вакуумной дистилляции, конденсатор важным фактором, определяющим общую производительность системы. Следуйте этим указаниям для определения, выбора и проектирования воздушных конденсаторов вакуум.

Вакуумной дистилляции могут быть использованы для повышения разделения углеводородов из-за повышения относительной волатильности на более низком давлении. Вакуумные могут быть использованы также разорвать азеотропов с помощью двух столбцов в серии, которые работают при различных давлениях. И, может быть, необходимых для снижения температуры кипения состава донных так обычных жидкостей теплообмена может быть использован для отопления.

Улучшения работы вакуума колонке должны быть взвешены против дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты вакуумной системы. Из-за этих высоких затрат, вакуума, как правило, защищены в ситуациях, когда компоненты, либо очень трудно отделить при более высоких давлениях или там, где продукты будут разлагаться при высоких температурах.

Когда решение принято, чтобы работать в вакууме, как правило, выгоднее обеспечить конденсатора выше по течению от источника вакуума, чтобы уменьшить размер и стоимость вакуумной системы и восстановить процесс материала. Выход конденсатора после основного конденсатора, возможно, с использованием холодного охлаждающей среды, могут быть использованы для дальнейшего снижения нагрузки на вакуумной системы.

Основные параметры процесса, связанного с указанием вакуумной системы абсолютного давления и количества noncondensables. Другие меры включают охлаждающей среды и ее температуры, о желательности восстановления процесса паров, а также необходимость лечения или газообразных или жидких стоков поток, или обоих. В пакетном системы, время, необходимое для тянуть системы до желаемого уровня вакуума также имеет отношение, и в действительности может контролировать размеры вакуумной системы.

Давление

Вакуумные может быть классифицирована как высокая, средняя или низкая, где "высокий вакуум" соответствует наименьшему абсолютного давления: низкого вакуума [асимптотически =] 760-100 торр, средний [вакуума приближенных] 100-10 тор, а также высокие [вакуума приближенных] 10-1 мм рт. Затраты на производство вакуумных экспоненциально расти с уровня вакуума.

Как только уровень вакуума устанавливается путем оценки процесса требований в отношении стоимости и производительности, система может быть указан. Первое решение, как распределять перепад давления между пользователем процесса и вакуумной системы и как разделить этот перепад давлений между трубопроводом и конденсатором. Правил ofthumb том, чтобы выделить около 10% от абсолютного давления на перепад давления в трубопроводе и конденсатора. Потому что конденсации увеличивается с давлением, потери давления между технологического оборудования и конденсатора должно быть минимальным. В случае, средне-и highvacuum системы, предпочтительный механизм является интегрально подключения технологического оборудования и конденсатора. Ликвидация трубопроводов и монтаж конденсатора непосредственно на колонке минимизирует перепад давления между колонкой и конденсатора.

Если конденсатор установлен от колонны, трубопроводы должны быть Просторные, фитинги и клапаны минимуму избежать. Клапаны дороги в больших родила трубопроводов и являются источниками, поэтому в них утечки и падение давления.

Noncondensabies

Noncondensables могут быть введены посредством проведения утечки, они могут быть захваченных или растворенных в жидкости, процесс, или они могут быть произведены в ректификационной колонны при крекинге тяжелых компонентов. Во время запуска дополнительных noncondensables в виде примесей, таких как масло или жир, могут присутствовать в системе.

Два из них будут доступны для оценки в-утечки. Сырой методики, разработанной теплообмена Институт (ВУЗ) (1) дает оценку по-утечки в зависимости от абсолютного давления и объема системы для жестких систем. Хотя быстрый и простой, как представляется, общее мнение, что результаты являются чрезмерно консервативной (2).

Несколько более научной основе рассчитывать, запорная арматура, фланцы и другие связи между процессом и атмосфера, и оценить в-утечки на основе либо собственными силами или с литературными данными. При таком подходе динамических связей присваивается больший вес, чем статическое соединение.

Количество noncondensables растворенных в процессе поток или произведенных в процессе должны быть оценены и добавил к noncondensables в протечке оценки для определения общей неконденсирующихся нагрузки. Если коэффициент безопасности желательно, он будет добавлен к общей неконденсирующихся нагрузки. Помните, что система управления должна быть рассчитан на разницу между фактическими или ожидаемыми noncondensables и дизайн пособие без введения дополнительных инертных газов.

Следующим шагом является насыщение noncondensables с процессом компонентов, а также определить общую нагрузку конденсатора и физических свойств процесса потока.

Очевидно, желательно свести к минимуму утечки в-счет устранения ненужных арматуры и избегать ситуаций, которые позволяют попадания noncondensables. По мере возможности, система должна быть сварными и расстояние от источника процесса через конденсатор к вакуумной системе сведены к минимуму.

Температура

Выход конденсатора приведет к дальнейшему уменьшению нагрузки на вакуумной системы, восстановить процесс материала и сокращению стоков обращения требованиям. Это может быть желательно добавить холодильного максимального восстановления.

В то же время, дизайн должен основываться на разумной температуры теплоносителя, а также реалистичный подход температуры. Стоимость проектирования для наихудшего температуры охлаждения воды и сближения будет очень высоким для вакуумного конденсатора.

Кроме того, будьте осторожны при работе с материалами с высокой точки замерзания, чтобы избежать возможности замораживания. Рециркуляционного закаленного-охлаждающего контура могут быть предоставлены для получения сближения при сохранении процесса при температуре выше точки замерзания.

ТЕМА лист

После тепловой нагрузки были рассчитаны, конденсационные кривой, как показано на рисунке 1, готова. Эта кривая будет использоваться для расчета взвешенной средней разности температуры наиболее точно отражают разницу температур по всей теплообменника.

Спецификации, такие, как это предусмотрено в трубчатых теплообменника Ассоциации производителей (ТЕМА) стандартов (3), используется для передачи соответствующих свойств жидкости и механических преференции от технолога к специалисту теплообмена.

Взаимосвязь между конденсатором и столбцов

Трубопроводов. Конденсата трубопроводы должны быть надлежащим образом спроектирована, чтобы обеспечить хороший дренаж во все времена. Это включает в себя правильно спроектированный барометрического печать с соответствующей надбавки для плотности конденсата и любая тенденция к пены. Для жидкости, плотность 50 кг / м ^ 3 ^ SUP и тенденция к пены, 45 м является подходящей высоты. Уплотнение трубопроводов должны быть запущены по вертикали. Если это не возможно, один или два 45-град разделы могут быть разрешены, но это следует рассматривать в качестве последней инстанции подхода. Горизонтальные работает никогда не должны использоваться, поскольку они могут позволить пузырьков газа по формированию и агломерата в пар карманов, которые наносили бы ущерб осушения и может привести к резервной в конденсатор. Помните также, что конденсат на суб-температура окружающей среды может погреться в ногу печать или Хотуэлл и вспышкой. Чтобы избежать этого, может быть необходимо, чтобы изолировать трубы.

Кроме того, Хотуэлл печать необходимо иметь достаточный объем, чтобы заполнить трубу, чтобы избежать нарушения вакуума, если система закрыта. 12-в. уплотнение между выпускной трубе и Хотуэлл переполнения предложил для размещения несовершеннолетних нарушает уровне.

Конденсат сбора и распределения рефлюкса. Распределение рефлюкс является критическим фактором в работе вакуумного столбец из жидкой погрузки. Важно также, чтобы избежать увлечения возвращающихся в отлив выхода пара поток. Чаще всего рефлюкс договоренность по удалению части конденсата, продукта (дистиллята) и вернуть остаток, как отлив. Некоторые столбцы возвратить все жидкости в колонну и удалить продукт несколько ниже конденсатора от специально спуск этапе. В любом случае, конденсата должны быть сначала собрали в центре города для дальнейшего распространения.

Самый распространенный способ сбора конденсата за монтируется непосредственно конденсатора является предоставление сварных кольцевой желоб вокруг входного сопла. Жидкие могут быть выведены из этого корыта либо через плотину переполнения или трубы направить поток в колонке ниже или линейки продуктов. Использование внутренних сплиттер прост, но отлив расход не может быть прямо измерена. В свое время, оно было общим, чтобы снять весь конденсата и измерить рефлюкс и продуктов для потоков с накачкой разрядом. С управлением современных систем, отлив может быть определена путем проведения теплового баланса на конденсаторе использованием температур охлаждающей жидкости и потоки для расчета общей конденсата и вычитая дистиллята измерения потока, что позволит использовать более простой внутренний разветвитель для отлива контроля.

Особое внимание должно быть уделено рефлюкс поставщика в столбце. С ростом уровня вакуума, в столбце сечение становится больше, но отлив объем остается неизменным и может даже уменьшиться. Для того, чтобы обеспечить хорошее распределение для смачивания упаковки или обеспечения равномерного потока через лотки, специально разработанные поставщика, как правило, используется. Эти дистрибьюторы стали более совершенными, если отказ не требуется, и это самое главное, что дистрибьютор быть на одном уровне для обеспечения равномерного потока через колонку.

Выбор дизайна

Выбор типа конденсатора вакуум в основном зависит от рабочего давления, а допустимый перепад давления. Размер единицы будет определяться при этом указанный расход масса пара и рабочее давление.

Конденсаторы, работающих на низком вакууме (100-760 мм рт.ст.) легче всего дизайн, сложность возрастает экспоненциально с ростом уровня вакуума. Опыт показывает, что наиболее важным фактором дизайна для вакуумных конденсаторов является правильное распределение падения давления по всей единицы. Так как крупнейший потери происходят на входе сопла до начала конденсации, эта область должна быть тщательно проанализированы. По мере увеличения размеров конденсатора увеличивается, несущая конструкция станет еще одним важным фактором стоимости в оптимизации конструкции.

Следующие критерии должны быть учтены при выборе конденсатора кожухотрубный:

Конденсация влаги внутри против внешних труб. Конденсация влаги внутри трубы не подходит для вакуумных воздушных конденсаторов из-за высокой tubeside перепад давления и трудности в трубопроводе и поддержки вертикально единицы. Таким образом, образование конденсата на внешней поверхности трубы является лучшим выбором.

Горизонтальные против вертикальной ориентации корпуса. Вертикальная ориентация на внешней трубе конденсата оправдано для теплообменников установки внутри колонки или, возможно, в приемный резервуар. Однако, это более трудно выполнить низких целей падение давления по сравнению с горизонтальной конструкции, поскольку это не представляется возможным разделить поток в вертикальном расположении. Кроме того, использование комплекта U-трубка может быть запрещено, так как теплоноситель не осушаемыми и более дорогостоящей плавающей головкой должны быть предоставлены. Оптимального проектирования может быть достигнуто в горизонтальной оболочки.

Shellside потока договоренностей. Разделение потока через трубку банк может свести к минимуму падение давления в горизонтальном единицы. Использование оболочки разделить поток и дважды сегментарных перегородки можно добиться это очень эффективно. Дальнейшее уменьшение перепада давления может быть достигнуто за счет увеличения шага трубки макет, который откроет перетока области. Как правило, пара вступает в нижней части в центре корпуса, поток разделяется внутри бескамерные нижней оболочки и noncondensables выйти на первое место в центре. Входной патрубок специально разработан для сбора конденсата. Применяется поправочный коэффициент Л.М.Т.Д. так же, как в условную единицу разделить поток.

Механическая конструкция и материалы строительства. Минимальный перепад давления трубопровода достигается за счет устранения трубопроводов между колонкой и конденсатора. Установка конденсатора в верхней части колонки это представить некоторые механические и техническое обслуживание трудности, и могут потребовать дополнительного насоса на поставку теплоносителя на высоких колонн, но есть значительное преимущество в процессе минимизации падения давления.

Устройство должно быть самонесущие из сопла пара и направленных на предотвращение утечки в-в окружающем воздухе. Это важно для того, чтобы избежать перегрузки вакуумной системы и снижения производительности конденсатора. В то же время, требования к техническому обслуживанию может диктовать, что это подразделение будет съемным. Лучшим решением является использование fieldwelded связи. Это также гарантирует минимальную утечку.

Если сварной конструкции не могут быть использованы, фланец, рассчитанную на 300 фунтов со спиральной намотки прокладки будет следующий лучший выбор. Этот механизм может быть довольно дорогим для больших приложений высоколегированных сталей.

Утечка охлаждающей жидкости в корпус должно быть минимальным.

Использование на прочность сварных труб к tubesheet суставов в UW20 из Давление ASME судна кодекс, раздел VIII, является strongy рекомендуется.

Выбор между U-трубки или фиксированной Пучок труб tubesheet зависит в основном от теплового расширения напряжения между трубками и корпусом. Для фиксированного дизайна tubesheet, когда разница температур между стенкой трубы и оболочки при рабочих или расстроен условиях приводит к чрезмерно высоких напряжений, совместное расширение оболочки не требуется. Для того чтобы избежать расширения сустава, расслоение Utube могут быть выбраны. При использовании несъемной канал с крышкой (ТЕМА NU типа), shellside утечки будут сведены к минимуму.

Трейс примесей, таких как хлориды могут сосредоточиться на этапе перемен. Если это и ожидалось, коррозионно-стойкие конструкционные материалы являются обязательными.

Увлечения жидкости. Увлечения должны быть сведены к минимуму за счет надлежащего непонятно и отражатель пластин в оболочке разделе выходе из теплообменника. Чрезмерное увлечение снизит конденсатора и не допустить восстановления оптимального продукта.

Замораживание конденсации жидкости на стенке трубы. Некоторые технические жидкости, возможно, замораживание точки, близкой к температуре охлаждающей жидкости. Теплообмена специалист примет это во внимание при разработке теплообмена поверхности проверки наружной трубы стены температуры, которая должна храниться в безопасном минимума. Эта температура может наиболее эффективно контролируется путем повышения температуры теплоносителя на входе. Наиболее важной частью конденсатора разделе расслоение выхода, где тепловой поток как минимум, и коэффициент теплопередачи преобладают конвективного теплообмена.

расчеты теплопередачи

Механизм передачи тепла в конденсаторе частичной конденсации. Благодаря наличию неконденсирующихся газов в смеси паров многокомпонентной конденсации паров необходимо охладить вдоль кривой конденсации. Процесс охлаждения представляет собой сочетание тепло-и массообмена, которые могут быть рассчитаны на строгий метод Колберн и Хоген, который описывается с практическими примерами, по Хьюитт, и др.. (4). Сложность массового соотношения передачи и отсутствие данных о диффузии для многокомпонентных смесей паров привело к использованию упрощенный расчет метод, разработанный Белл и др.. (5), которая является основой для расчетов представлены здесь.

Пример: Применение компьютерных программ

Вакуумные конденсаторы для одной установки были размером с применением комбинацию ручных и компьютерных вычислений на основе полного признания оптимизации затрат.

ТЕМА (3) назначение конденсатора типа BJM, смысл разделить поток, фиксированная tubesheets, и капот с главами конденсации паров входе форсунок, расположенных на верхней части корпуса. Этот случай был особый дизайн, в котором поток соглашение было отменено, и одна пара входного сопла находится внизу, чтобы поймать и возвращения конденсата. Полный поток был возвращен в колонке рефлюкса через сливные отверстия на дне корпуса и хаф-пайп умов. Детальное проектирование показано в создании плана на рисунке 2.

Для тепловой расчет, компьютер HTRI конденсатора программы был использован. Эта программа следует, в принципе, методы расчета, изложенные здесь, но с более точными и улучшение соотношения. Поскольку программа не полностью адаптированы к особенностям этой конструкции, некоторые изменения были сделаны для удовлетворения стандартного ввода:

1. Назначение HTRI из BJ21M было указано, обозначая две входе сопла и один выход сопла. Таким образом, один вход должен быть разделен на два сопла с эквивалентной скорости массового расхода. Влияние на теплоотдачу восходящего потока на входе в раздел с жидкостью стекающей не уделялось должного внимания, и проверено на наводнения только.

2. Размер корпуса был указан в качестве эквивалента диаметр реальная площадь потока shellside, что соответствует всей площади оболочки минус сегментарно-входе потока области.

Перепад давления определяется с помощью компьютерной программы был изменен ручной расчеты с учетом всех компонентов способствует, в соответствии с формулой. 9. Размер корпуса была также создана ручным вычислений так, чтобы диаметр согласится с кол-комплект труб и более точно моделировать области shellside потока.

Распределение давления и снижение размеров конденсатора

Фрикционных потерь в куполе области и на выходе сопла потери неконденсирующихся паров пренебрежимо малы. Распределение общего перепада давления между компонентами представлены в формуле. 9 может быть выражена как процент от общих потерь давления для типичного проекта сосредоточенными на три группы, как показано в таблице.

Видно, что входе потери представляют собой заметную часть потерь давления. Потому что эти потери давления в основном функции оболочки диаметром, они непосредственно влияют на размеры и стоимость конденсатора. На рисунке 3 показана зависимость оболочки диаметром от рабочего давления помощью службы и потока от проектирования и выделения например 10% от рабочего давления, чтобы перепад давления конденсатора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Теплообменники институт "Стандарты для Паровые системы Jet Вакуум," 4-й под ред. Вузов, Кливленд, Огайо (1988).

2. Пересс, J., "Оценка выбросов из вакуума операций", Chem. Eng. Прогресс, 98 (5), с. 40-42 (май 2002).

3. Трубчатый теплообменник ассоциация производителей "Стандарты Трубчатый теплообменник Ассоциации производителей", восьмое издание, ТЕМА, останься город, штат Нью-Йорк (1999).

4. Хьюитт, Г. F., и др. Ал. "Процесс передачи тепла", Begell House Publishers, New York, NY (1994).

5. Белл, К. и М. А. Ghaly, "Ориентировочная Обобщенный метод для многокомпонентных / Частичный Конденсаторы," Айше серии симпозиум, № 131, Vol. 69, с. 72-79 (1973).

6. Макадамс, WH ", по передаче тепловой энергии", McGraw Hill, Нью-Йорк, NY (1954).

7. Керн, DQ, "процесс передачи тепла", McGraw Hill, Нью-Йорк, NY (1950).

8. Локхарт, RW, а также RC Мартинелли, "Предлагаемый Корреляция данных для изотермической двухфазной двухкомпонентной потока в трубах," Хим. Eng. Прогресс, 45 (1), с. 39-48 (январь 1949).

Дэвид Грин

КОНСУЛЬТАНТ

ДЖОРДЖ J. VAGO

КОНСУЛЬТАНТ

Дэвид Грин (35 Сикамор Путь Уоррена NJ 07059, телефон: (908) 7578183, E-почта: <a href="mailto:davidgi4@optonline.net"> davidgi4@optonline.net </ A>) был процесс директор Aker Kvaerner фармацевтика, когда эта статья была написана. он был с Kvaerner в течение 25 лет и отвечал за процесс разработки биотехнологических объектов в течение последних 20 лет, в том числе широкого спектра промышленных микробов и млекопитающих клеточной культуры номера для клиентов в США и Европе. Он имеет BSChE из Univ. Род-Айленд и MBA от Северо-Восточного Univ. он является зарегистрированным профессионального инженера в Массачусетсе и Нью-Джерси и является членом Айше.

ДЖОРДЖ J. VAGO (45 Фэруэй Грин, Фэрфилд, CT 06432, телефон: (203) 3673933, E-почта: <a href="mailto:htegv@optonline.net"> htegv@optonline.net </ A>) является консультант в теплоотдачи конструкции оборудования для химической перерабатывающей промышленности и имеет более чем 35-летний опыт в области теплообмена. он занимал должность менеджера теплообмена с Kvaerner E