Преобразование коммерческой ректификационной колонны в исследования башни

Операционная колонке в реальных условиях дистилляции имеет важное значение для получения коммерческой действительный гидравлических данных. В этой статье описывается, как колонна была изменена, чтобы работать в любом производстве или исследования режим для сбора гидравлических и массовой передачи данных эффективности.

Данные Hdraulic производительность измеряется с помощью воздуха / воды-й воздушно-isoparaffms послужили основой для Esign тысяч ректификационные колонны. Тем не менее, испытания в реальных условиях перегонки Кроме того, важно определить разделение эффективности. Это, а также точки зрения о необходимости развивать более глубокое понимание гидравлических и массообмена исполнении поддоны и упаковки в реальных промышленных условиях, были драйверов для создания Фракционирование Research, Inc (ПТ), в 1950-х.

Неспособность проверить торговое оборудование массообмена при дистилляции адекватно условия могут иметь серьезные последствия. Например, воздух / вода тестирование внутренних ректификационной колонны может предоставить полезную информацию в некоторых случаях, но в других может ввести в заблуждение (I). Может быть, один из самых известных примеров этого является несоответствие упаковки производительности измеряется с помощью воздуха / воды и исполнении той же упаковки высокого давления дистилляции приложений. Вопрос заключается не просто один эффективности - производительности гидравлической также противоречивые.

В этой статье описывается, как производство колонна была превращена в инструмент исследования и в то же время сохраняя свои основные функции производства. Новые точки корма были включены, наряду с большой приборов. Реконструкции позволил заводу продолжать использовать столбец "как было" режиме, при этом возможность R

Приступая к работе

Существует несколько вариантов для разработки новых коммерческих исследований размеров башни - по крайней мере пять различных возможности были серьезно рассмотрены, в том числе новых низовых объекты реконструкции и несколько вариантов.

Кох в углеводородных (KH) Медфорд, OK, природного газа жидкостей (НСС) фракционирования завод быстро стал предпочтительным местом по нескольким причинам. Растение содержит большое количество столбцов и очень хорошо перспективе. Но еще более прагматично, завод KH производства приветствовал исследовательской группы на объект, который был чрезвычайно важным, особенно для долгосрочных, продолжающийся успех проекта.

Желательных атрибутов тест колонки, в частности в завод, включают:

* Среднего размера промышленных столбца, с учетом услуг углеводородов

* Используемые в производстве и исследования режимов с возможностью переключения легко переходить от одного вида транспорта на другой

*, Способную производить в спецификации продукции во время работы в исследовательском режиме

* Оснащен полнофункциональным приборов научно-башню, чтобы позволить сбор точных гидравлической эффективности и данных

* Многочисленные краны образец для приобретения образцов для поддержки расчета эффективности

* Должны сохранить все ранее реконструкции (производство) функции контроля для сведения к минимуму сбои в нормальной работе

* Должны быть увеличены средства безопасности и процедуры для обеспечения без инцидентов операции как в режиме производственной и научно-режиме (который имеет широкий условий эксплуатации и отбора проб потребностей и, следовательно, более сложные соображения безопасности)

* Способные нескольких циклов в год.

Эти атрибуты отражают наводящих соображений безопасности, гибкость, точность и простота. Главным приоритетом является получение надежных данных, однако, эти данные должны быть получены без ущерба для безопасности.

Завод KH Медфорд состоит из нескольких поездов дистилляции для разделения газоконденсата. Depropanizing требования могут меняться сезонно, поэтому одной из колонн depropanizing может иногда быть выведены из эксплуатации, перенеся нагрузку на другие depropanizers в данном учреждении. Таким образом, частые revamps может быть выполнена с минимальным коммерческих последствий и без ущерба для способности растения для выполнения своих производственных задач.

Из-за своего размера, а также разделение она выполняла, 5-м средах. колонке назначенных 4P (рис. 1) выполнено всех целей проекта и предложил наибольшую потенциальную награду за инвестиции. Это подразделение было, следовательно, отобранных для исследования стали колонке.

Колонке до перехода

Первоначально башня 4P depropanizer был оснащен 61 двойного потока лотков. В начале 1990-х, было модернизированы на один-на-один с ULTRA-ГРП лотки с верхнего лотка (номер 61) функционирует в качестве жидкого поставщика, а остальные 60 лотков договорился с 32 лотков под корма и 28 лотков выше канала.

Этот лоток оценок при условии более разделения власти, чем это обычно требуется в depropanizer службы. Таким образом, башня всегда бежал ущипнул и эффективное число теоретических лотки (НТЦ) оказалось под угрозой при работе данные были использованы для извлечения лоток оценки эффективности. Это видно из графиков NTT против отлива соотношение (R / D) на рис 2, который показывает крайнюю чувствительность NLT очень небольшие изменения в соотношении рефлюкса. Средняя часть башни (около 20 лотков), не способствующих разделению из ключевых компонентов - оригинальная колонна была крайне осунулось.

Рисунок 2 отражает обычную состав корма и технические характеристики чистоты. Это показывает, что более-чувствительным, но эффективной, количество теоретических лотки с которой работают около 24. 32-теоретической точки поднос-оф-операция была выбрана в знак уважения к озабоченности завода для повышения эффективности производства, а также необходимость обеспечения того, чтобы изменение башня могла бы onspecification продукта даже при работе в режиме исследования.

Процесс приборов оригинальные колонки включены отверстия метров для управления технологическими процессами и онлайн анализатор процесса контроля над головой и нижней продукта композиции. Эти документы были привязаны к распределенной системы управления завода (DCS) и позволило удовлетворительный контроль башни. Погрешности измерения расхода не оказывает влияния на способность управлять DCS башни.

Тем не менее, такие ошибки измерений не позволяют исследователю выполнить массу или энергетических балансов точно. Анализ производственных данных в режиме собранных в период 1992-1995 годов (сразу после ULTRA-ГРП были установлены лотки) показали высокую эффективность лоток, но отлив цены и reboiler обязанности, которые отличаются от значений моделируемых на целых 40%.

Колонка изменения

Некоторые дополнения столбца (см. таблицу) связано со значительными затратами. Другие предметы (не показан), которые должны быть рассмотрены в ходе преобразования были работы, необходимой для удаления и замены изоляции, для проверки свинцовой краски и удалить его, чтобы облегчить стресс-емкости, где новые сопла были добавлены, и кран аренда, строительные леса, и так далее.

Кориолиса метров были выбраны для массового расхода измерения. Хотя они очень точны, они чувствительны к наличию второго этапа. В самом деле, эти датчики не даст никакой полезной показания, если пуля поток присутствует, так что поток должен быть переохлаждении. Дно кулера был добавлен в достаточной удалить из энтальпии потока пузырьков точки днища с тем чтобы она была переохлаждении и дать точные измерения потока должны быть приняты.

Чтобы дать экспериментаторы все функции, обычно находящиеся в любой хорошо оборудованными условиями для исследований башни, пара взгляд портов (окна), представлена в двух основных местах лоток. Каждая пара состоит из 6-в. порт для освещения и спутником "8-в. порт для просмотра. Порты безопасности, смотровое стекло, полностью содержится в больших ослепленный сопла и, как правило, полностью изолированных от окружающей среды.

Для размещения потенциальных просмотра, а также различных, связанных с безопасностью деятельности, связанной с башни изоляции в начале и в конце каждого поворота, лестницы и платформы установки был переработан и новая система сфабрикованы. Кроме того спектакля жалюзи для всех основных линий башни было сделано для удобства во время частых остановов башни.

Как показано на рисунке 3, уменьшение активных поднос из 57 оценок в промышленном режиме до 40 в режиме исследования осуществляется на лету довольно легко за счет перехода корма местах от оригинала лоток подачи (32), лоток 20, а также перенаправление рефлюкс из лотка 57 в трей 40. В обоих производственной и научно-конфигураций, верхний лоток в каждом разделе функций в качестве дистрибьютора. Преобразования выпустила два новых зон 20 массопереноса лотков каждая, и в режиме исследования заставили верхний 17 лотков в колонке для запуска полного высыхания.

После каждой серии испытаний будет завершен, башня может быть включен вернуться к своей первоначальной конфигурации производства использовать в полном составе 57 лотков в обновленной башни. Таким образом, деятельность отдела до сих пор использовать башни с максимальным количеством лотков для наиболее эффективного производства, а R

Редизайн позволяет возможна оценка различных типов лотков в исправлении и зачистки разделов. Это стало возможным за счет добавления новых клеток DP и температуры РТД в каждом 20-лоток разделе, а также жидких и сопла пара-проб на критическом участке, корма для точного соответствия моделирования с оперативных данных. Данных, дополнены данными, собранными на высокоточных Кориолиса массовых расходомеров на каждом из корма, рефлюкс, дистиллят, днищ и горячее масло потоков, позволит закрытия высокоточных тепла и материальных балансов, которые необходимы для точной лотка и упаковки эффективность измерений. Кроме того, эта же информация позволяет более точного определения начала затопления.

В первой серии испытательных пробегов, дополнительные изменения были внесены в башне внутренние органы. ULTRA-ГРП поддоны имеют поразительно высокий потенциал. В 1992 колонке реконструкции с двойным поток ULTRA-ГРП лотки, башня была оснащена 6 элементов в лоток. Reboiler не мог затопления таких башню (и конденсатора были бы неспособны конденсации пара, если можно было бы затоплено). Чтобы затопить башню в пределах установленных лимитов батарея устройства, необходимо очистить от двух элементов, на каждый лоток (рис. 4) выше на новое место подачи (лотки 21-40) и одна ULTRA-ГРП элемент лотки ниже корма (лотки 1-20). Эти изменения позволяют в полной мере изучить нормальной рабочей башни с новым лотков в аккумулятор пределы завода.

Чтобы облегчить добавление и удаление поддоны или упаковки, как для нынешнего и будущих revamps, две новые люки были добавлены к башне, несколько уменьшается количество лотков в каждом месте. Таким образом, обновленная башня содержит меньшее количество лотков несколько ограниченные возможности, но она все еще способна обработки, с максимально возможной эффективностью, все каналы, в которых может быть подан к нему. Действительно, ULTRA-ГРП лотки выполнить лучшее из массообмена эффективность точки зрения при работе на максимальных ставок в контактный элемент.

Особые проблемы

Самым длительным и сложным вопросам, были связаны с безопасностью и связаны с дополнительным оборудованием и процедуры, необходимые для запуска исследовательского оборудования. Наиболее заметным из них взгляд портов. Процессоры легких углеводородов не как стекло, а KH персонала справедливо подчеркнул значительную разницу между операции башни научных исследований и в значительной степени регулируется работы производственного ШФЛУ. Хотя ряд исследований башни (в том числе в Koch-Glitsch Научно-исследовательский центр и ПТ) регулярно оснащены портами взгляд, они очевидны - и нежелательным - отклонение от идеала в производственном объекте. Таким образом, взгляд порты полностью окружено ослепленный сопел.

Команда реконструкции изучены все вопросы, связанные со сбором, транспортировкой и анализа образцов. Кадровое обеспечение, безопасность, логистика, сроков и выполнения испытаний привели к разработке системы сбора данных на уровне земли, оснащенные многообразия арматуры и трубопроводов для сбора образцов и (экологически) безопасного возвращения чистки жидкости в системе.

Колонка операции, сбор данных и моделирование основе

Групповые операции выполняются все операции, функции, с тем исключением, что R

Испытания проводились в соответствии с письменной процедуры, которые включали счетчик на ноль и клапан переключения последовательности переходить от производства в режим исследований и обратно. Операционные данные были загружены по данным историка растением местной интрасети и были усредненной выборки период времени.

Корма поток прибывает де-ethanizer дно, которое насыщенной жидкости при давлении, которое выше, чем рабочее давление depropanizer. Заметные мигать Таким образом, происходит через клапан управления подачей и перевода строки. Вместо того чтобы полагаться на измерения расхода на сверкающие условиях, расход корма и состав восстановленные дистиллята и днища Расходы, приведенные измеряется массовых расходомеров Кориолиса и состав определяется офф-лайн газовой хроматографии (GC) анализа.

RATEFRAC модель была использована для моделирования на основе Пенг-Робинсон уравнение состояния и взаимодействия с базой данных. Компонент в модели были основаны на анализе GC: пропан, изобутан, Для моделирования, следующие переменные были определены: расход кормов, кормовых состав, количество лотков и эффективности Мерфри лоток.

Тренажер было разрешено изменять долг reboiler и рефлюкс расход до дистиллята и днища композиции из моделирования соответствуют экспериментальным значениям. Эффективности Мерфри тогда различного до отлива расхода соответствует экспериментальным данным. Общий лоток Мерфри эффективности был назначен каждого лотка. Это позволило каждый реальный лоток быть сопоставлен с подносом в симуляции и сделал сравнение результатов моделирования с фактическим составом и профили температуры намного более простым.

Определение эффективности лоток

Если бы ставка отлив и поток продуктов композиции (например, конец композиции) должны соответствовать бесконечное число комбинаций лоток и эффективность компонента это возможно. Уникальность может быть получен, настаивая на том, что моделирование лотка на поднос и профили температуры потока состав матча измеренных данных.

Рисунок 5 показывает, что моделирование с постоянной эффективностью поднос с 91% совпадения экспериментального состава и температуры профилей достаточно точно. Коэффициент разделения, логарифм отношения пропана, изобутана, чтобы н-бутана:

к [C ^ 3 югу ^ / (IC югу ^ 4 ^ ^ нК югу ^ 4)]

Действительно, во всех тестовых прогонов, используя постоянную эффективность лоток в результате моделирования профилей соответствующих экспериментальных профилей очень хорошо. Общая эффективность лоток варьировались от 63% при низких дробных потопа на 91% при высокой дробных наводнений (рис. 6).

Для одного из бежит с подносом эффективность 91%, эффективность была рассчитана с использованием О'Коннелл (2) соотношение:

E ^ югу OC = 0,492 (

где относительная нестабильность между основными компонентами и Лотка на поднос среднем получено из соотношения О'Коннелл, составила 77%, в полной мере 14% ниже, чем измеренное значение.

Сравнение смоделированных и измеряемой температуры поднос 20 (канал лоток) показал последовательное смещение для каждого запуска, с измеряемой температуры обычно 5 ° F выше, чем моделирование температуры. Наиболее вероятной причиной является большое количество проблесковых, что обычно происходит, а корма поступает в колонку - около 45% (по массе), питание вспышки, и здесь не может быть достаточно времени пребывания теплового равновесия должна быть достигнута.

Моделирование при условии лотка на поднос пара и жидкости Расходы, приведенные и свойства, и эти гидравлические параметры были использованы для определения лоток оценки потенциала повышения эффективности, против которого приведены на рисунке 6. В зачистки и устранения секции средней оценки варьировались от наводнения 46% до 67% и от 66% до 92%, соответственно. Все данные на рисунке 6, примерно такое же соотношение УФ-излучения.

Лоток перепада давления

Перепад давления является важным параметром, производительность колонки, особенно для систем тепло-интегрированный столбцов. Огромное количество данных, падение давления были собраны с использованием воздуха / воды тренажеров. Измерительные перепада давления обманчива в своей простоте - получения точных данных о падении давления в конденсационном системы требует большого внимания к деталям.

Давление измеряется каплями через depropanizer подтвердил воздух / вода измерений с точностью до нескольких процентных пунктов, и подтвердила эффективность воздух / вода измерений. Абсолютное падение давления ULTRA-ГРП лотков составляет менее 0,12 фунтов на квадратный дюйм / лоток на 94% от наводнения.

Выводы

Коммерческих depropanizer успешно превращается в исследование башни, способных производить высококачественную массоотдачи и гидравлического данных о производительности для широкого спектра внутренних колонн. В то же время, в столбце остается полностью функциональной части производственного оборудования. Это исследование башни можно быстро и надежно продемонстрировать эффективность новых продуктов разделения в контролируемых condidons в реальных приложениях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беннетт, Д. и К. Людвига, "Понимание Ограничения воздуха / воды Тестирование перегонки оборудование," Хим. Eng. Прогресс, 90 (4), с. 72-79 (апрель 1994).

2. О'Коннелл, Его Превосходительства ", плиты Эффективность фракционирования Колонны и амортизаторы," Trans. AlChE, 42, с. 741-755 (1946).

Благодарности

Самоотверженности многих людей в Кох углеводородов Л.П., Кох Пайплайн Ко Л.П., Koch-Glitsch ЛП и Koch-Glitsch и эксплуатация месторождений, а также оптимизированные конструкции процесса, Inc, дочерней инжиниринговая компания Кох химической технологии Group LLC, обеспечили Успех этого проекта. Восприимчивость Кох углеводородов ЛП на дальнейшее revamps и испытания новых внутренних башня благодарностью. Разные проекты, Inc, поставщик инжиниринговых и проектных услуг для нефтяной и газовой промышленности, помощь в принятии необходимых изменений в P

Ральф Вейленд

JEFF Дегармо

Izak NIEUWOUDT

KOCH-Glitsch, Л. П.

Ральф Вейланд является главным инженером исследований в Koch-Glitsch Л. лоток Центр развития (4900 Синглтон бул. Dallas, TX 75212, телефон: (214) 583-3160, факс: (214) 583-3324, E-почта: < HREF = "mailto: Ralph.Weiland @ kochglitsch.com"> Ralph.Weiland @ <kochglitsch.com />). Он имеет 35-летний опыт в технологии разделения в Канаде, Австралии и США, за последние семь с Koch-Glitsch, и было выделено более 190 статей и патентов на литературу. Он также был ответственным за коммерческое развитие массового и теплообмена курса основе моделирования амином. Он имеет BASC, MASC и ученые степени в области химического машиностроения Univ. Торонто и является членом Айше.

JEFF Дегармо является техническим менеджером по исследованиям и развитию Группы Koch-Glitsch LP (Телефон: (316) 828-6091, E-почта: <a href="mailto:Jeff.DeGarmo@KochGlitsch.com"> Jeff.DeGarmo @ KochGlitsch.com </ A>), где его обязанности входит тестирование массопереноса продуктов, разработки приложений и массопереноса продуктов для использования в реактивной дистилляции. Раньше с Монсанто Компани ", он имеет 23 летний опыт работы в Koch-Glitsch. Он имеет BSChE из Univ. Канзас и является членом Айше.

Izak NIEUWOUDT является директором исследований и разработок с Koch-Glitsch LP (4111E 3/th Санкт N, Вичита, KS 67220, факс: (316) 828-7985, E-почта: <A HREF = "mailto: lzak.Nieuwoudt @ KochGlitsch.com "> lzak.Nieuwoudt KochGlitsch.com @ </>). Он обладает более чем 19 летний опыт работы в проектирование, проектирование, научные исследования и разработки, а также научных кругов в Южной Африке, Германии и США, он опубликовал более 40 статей и патентов в области технологии разделения. Он имеет BEng, Мэн, и ученые степени в области химического машиностроения Univ. Стелленбош, Южная Африка. Он является членом Айше.