Получите больше от одной ступени дистилляции

Реакции и увольнения

Попробуйте эти практические пути повышения потенциала, повышение качества продукции или сокращения времени цикла в пакетном режиме и непрерывных систем.

Одноступенчатые системы дистилляции широко используются в нефтехимической, химической и фармацевтической растений. Это устройство операция проходит под несколькими названиями, но часто называют вспышки барабана или испарителя. Мы будем использовать "испарителя" здесь, при том понимании, что мы не ссылаясь на теплообменник, а, наоборот, весь одноступенчатой системы дистилляции (адиабатический "испарителя" система не имеет источника тепла). Обзор проектирования и эксплуатации этой самой основной единицей операция доступна в различных источниках (1, 2) и не распространяется здесь. Однако, мы должны обеспечить, чтобы терминология испарителей понял, поскольку Есть несколько конструктивных особенностей, которые являются общими для большинства таких процессов.

Основные термины

Испарители обычно используется тепло сосредоточиться решения или восстановить растворенных веществ осаждением их из насыщенных растворов. В сферу наших практических решений будет в первую очередь испарители бывшего классификации. Типичный промышленный испаритель имеет трубчатых поверхностей нагрева, судно провести инвентаризацию и отказаться от паров жидкости и теплообменник для конденсации легкие накладные расходы продукта. Эти приборы могут работать при атмосферном или повышенном давлении, но они часто работают под вакуумом, чтобы уменьшить температуру системы. Это устройство операция может осуществляться непрерывно, полу-или полностью порционной порционной. В фармацевтической промышленности, мы эмпирическое наблюдение, что большинство испарений, либо полу-или полностью партии. Хотя продукт от испарения шаг может быть накладные или горшок содержания, решения должны быть разделены, как правило, либо широко кипения или имеет не идеальный пар / жидкость равновесия (например, азеотропа), что приводит к более сдержанно расстояние между компонентами смеси. На рисунке 1 показана типичная система испарителя.

Одной из последних инициатив потенциала на Eli Lilly обнаружили несколько разнообразных и творческих методов сокращения времени цикла, увеличение пропускной способности и / или увеличения качества продукции в нашей полунепрерывного поезд испарителей. Они были основаны на наблюдениях серии вакуумных испарителей, что удалить и обмена различных растворителей, чувствительных к температуре, высокой температурой кипения поток продуктов (в растворенном виде вещества или навозной жижи). Эти улучшения методов были упрощены и обобщенные, чтобы проиллюстрировать выбрать способ повышения мощности или уменьшить время цикла в подобных операциях дистилляции партии. В большинстве случаев, практические решения для обеих вакуума и атмосферного испарители, и иногда может быть продлен до непрерывных производствах, а также.

Повышение мощности

В основе создан в качестве того, что поезд испарителя может выглядеть, а также термины, которые будут использоваться, обсуждение может теперь перейти к созданию потенциала и / или восстановления. Вопрос обычно создаваемых управления: "Как мы можем повысить наш потенциал"? Чтобы ответить на этот и другие вопросы должны быть решены:

1. По сколько нам нужно / хочу, чтобы увеличить мощность нашей системы? 2. Где мы находимся по отношению к системе на проектную мощность? 3. Есть тока дает оптимизированная технология?

4. Какие дополнительные ограничения мы должны ввести (т. е. капитал, время и нормативных)?

Ответы на эти и подобные вопросы может привести к различным рекомендациям и, как таковой, необходимо ответить в начале усовершенствование процесса.

Ответы на первые три вопроса зависит процесс и, следовательно, будет отличаться для каждого проекта, в то время как ответ на четвертый может быть большей степени зависит от отрасли, продукта или объекта. Например, мы недавно была поставлена задача при минимизации время простоя. Хотя столица, само по себе не является предельной вопрос, добавив, капитальное оборудование и пространстве, нужны были не лучший выбор из-за ограничений на время простоя, а также нормативных барьеров.

В ходе последующего обсуждения, предполагается, что инженеры могут разрабатывать фундаментальные знания и информацию, необходимую для облегчения изменения обсуждаются. К их числу относятся масса и энергетические балансы для процесса, оборудование технических спецификаций, а также расчеты, такие как размер и рейтинг теплообмена и другого различного оборудования. В качестве примера, мы должны были инженеры разрабатывают строгий процесс моделирования модели с помощью AspenTech в AspenPlus продукта моделей для тепло-и энергетических балансов и IST HTRI в 2,0, чтобы лучше понять подробный рейтинг теплообменник и конструкторских расчетов.

Для испарители, области, требующие дальнейшего исследования улучшения либо процесса или оборудования, при определенных перекрытие между 2. В зависимости от необходимой сферы увеличение мощности, мы часто найти простые решения для достижения желаемых результатов. Улучшение выход

Чтобы уточнить, что понимается под урожай процесс требует понимания того, что имеет важное значение, т.е. то, что этот продукт? В своей деятельности мы, необходимые для обеспечения того, чтобы восстановить способность продукта не была затронута. Товар был вещества в смеситель-растворитель поток. Процесс выхода относится к сколько вещества теряется при испарении. В других приложениях, продукт, как правило, растворителя в смешанной жидкости feedstream, а выход является размер и / или восстановить чистоту.

На протяжении большей части этой статьи, мы будем рассматривать процесс позволяет определить, как в первом случае, однако, мы постараемся предоставить несколько простых изменений, которые могут быть полезны для тех, доходность которых определяется более уместно на втором 1. Если урожайность низкая, а их улучшения путем простого изменения процесса приводит к желаемой мощности, то это привлекательный маршрут для рассмотрения. Продукт передачу и моющие

Одной из областей, рассмотрены в ходе наших последних проектов, в частности, для партии или полу-процессов пакетной обработки, был устранения или сведения к минимуму физические потери продукта в результате очистки между партиями или недостаточной промывки осажденного материалов. Возможно, чтобы исправить это путем простого изменения промывки / чистки методов или растворители. (Промывка удаляет последний оставшийся продукт от оборудования). Опять же, расширения флеш время может сократить некоторые возможности, расширяя время цикла, но он может быть оправдан ни при повышенной мощности.

Там может быть много других возможностей для улучшения, которые здесь являются специфики процесса, но все же стоит потратить время. Посмотрите внимательно на продукт / вещества свойства. Если продукт является липким, посмотрите на промывку агента (то есть совместимость с последующих процессов), что поможет в устранении таких частиц до их передачи на шаг следующего процесса. Еще одна область, часто забывают, когда поиск новых возможностей, возможно, больше связанных с конкретными материалами процессом, чем сама операция единицы, является чистка - время цикла. Оценка воздействия цикл очистки имеет на общее время цикла, а затем выяснить, какие изменения могут быть внесены, чтобы просто уменьшить это время. Оценка целесообразности чистящие средства, анализировать последовательность очистки, применяемых количествах и т.д. Оптимизация слива воды / ополаскивания раз или объемов производства достичь большего времени. Уменьшение объема простоя увеличивает время количество лотов обрабатываются. Третья возможность смотрит на эффективность борьбы пар / жидкость де-увлечения устройств. Расследованию применения оборудования для нынешних условий процесса. Иными словами, "Есть ли у нас самый эффективный площадку туман выпрямитель, и есть продукт, который даст нам более эффективно де-увлечения?".

Если есть внешние пар / жидкость системы разделения (VLS), делает их размера или конфигурации поможет устранить потери продукта в паровой поток? В зависимости от скорости пара, необходимые системе, существенному снижению продукт может иметь место во время этого шага - продукт, безусловно, стоит recovBring.! Например, может циклонической инъекций корма быть использованы а не кормят прямо в сосуде? Или, может пара может быть вынуждена изменить направления в сосуде, и расход до внутренней трубе? Будьте осторожны при анализе этих систем, в частности, вакуумного испарения, так как изменения конфигурации VLS или иным образом пытается увеличить де-увлечения эффективности может означать увеличение перепада давления и последующих проблем с производительность системы.

Температура чувствительности и других вопросов, температура Когда изделие вещества, нужно знать, выход / продукта потерь в результате термической обработки термочувствительных материалов. Даже если температура системы не вредны для продукта, обеспечить, чтобы местные "горячие точки" в базе обогреватель не унижающее некоторые материалы. Один из способов решения этого является вопрос: "Можем ли мы запустить процесс при более низкой температуре (что обычно означает работает при более низком давлении), например, что мы можем сохранить продукт кулер"? Опять же, это может продлить время цикла, но если выход улучшений достаточно велики, чтобы противостоять этим потери, это может быть элегантно простого изменения.

Если этот процесс в настоящее время созданы как атмосферное испарение, очевидные изменения бы изменить процесс подготовки таких, что он может стать вакуума. Первый и, надеюсь, наиболее очевидным вопросом здесь является обеспечить, чтобы все оборудование в испарителе поезд рассчитан на вакуум службы. Если нет, то этот вариант может потребовать значительных капиталовложений и других средств достижения желаемых возможностей может потребоваться для исследований. Однако, если процесс уже настроен для вакуумного испарения, он может быть просто работать на более низком давлении, что позволяет системе работать при более низких температурах, сохраняя продукт кулера.

Сказка во внимание, что работает при более низком давлении может означать уменьшение плотности пара и, следовательно, расти! в парах загрузки на конденсаторе для достижения складки! то же время цикла. Убедитесь, что конденсатор и коммунальные потоки способны перерабатывать такое увеличение. Подумайте об использовании закаленного цикла

Другой вариант, который приносит пользу как контроль температуры и теплоотдачи эффективность установки, что мы называем закаленное петли на жидком службы стороне теплообменника (рис. 2). В этой конфигурации, насос рециркулирует часть жидкости теплоносителя через теплообменник с повышенной скоростью, с небольшим кровь в холодной или горячей утилиты для достижения точного контроля температуры. Увеличение массы циркуляционного жидкости буферов температуры, повышение температуры, которая в свою очередь, позволяет запуск чуть ближе к какой-либо предельных значений температуры (например, могут быть замерзания конденсата смеси или деградации термочувствительного материала из-за незначительные управления расстроен на жидкость услуг базовых обогревателем). Увеличился расход также приводит к увеличению скорости жидкости и выше соответствующего числа Рейнольдса, который положительно влияет на загрязнение сопротивления, а также общей теплоотдачи коэффициентов и, таким образом, эффективность теплообменника.

Однако, с закаленной цикла, как и все изменения, Есть проверки, которые должны быть сделаны, чтобы убедиться, что система работает правильно. Будьте осторожны, что теплообменник размером для удовлетворения возросшего Расходы, приведенные, скорости, давления и перепада давления. Это может быть проблематичным, а может быть опасным, что после перехода на закаленное петли, для сброса давления теплообменника настройки и давление в системе находятся слишком близко, в результате чего система для снижения давления какого-либо давления со шпилем. Проверьте ваши расчеты теплообмена для того, чтобы компромиссы, которые происходят между понижением температуры движущей силой в теплообменнике, снижение рабочей температуры, а увеличение массы потока через теплообменник, обеспечить желаемый обязанности тепла.

Точная температура регулируется площадь посмотреть на ранней стадии оценки возможностей увеличения или при устранении неполадок температуры проблемы (такие, как замораживание конденсата или термической обработки в нагреватель) в теплообменных системах. За сравнительно небольшие инвестиции, вознаграждение может быть большим по конденсатора стоп-защита, дополнительные обязанности, тепло и защита от перегрева, необходимых для термочувствительных материалов.

Сокращение времени цикла Теперь, обсуждение будет сосредоточено на площади, где много инженеров химической может быстро начать свой поиск дополнительных возможностей. Желание больше, быстрее и более совершенного оборудования, как представляется, универсальные тенденции. Вооруженные базовые знания о том, сколько необходимо для улучшения времени цикла, и основная масса и энергетические балансы, можно начать системы по-проверка системы на испарителе поезд глядя на решение острых проблем удалить.

С точки зрения очень упрощенно, с учетом проблемы дополнительных возможностей можно варить до: "Мы должны работать быстрее, и поэтому мы должны уделять больше энергии в систему, чтобы концентрация происходит быстрее. Хотя это простая мысль, она имеет последствия, которые должны быть оценены. Комплектующие и обновления массового и энергетического баланса является первым шагом в определении того, что можно сделать, чтобы достичь этого простого решения. От энергетического баланса, определить, действительно ли полезность системы возможностей по оказанию новых обязанностей тепла требуется. Энергетического баланса в сочетании с теплообменника (базовый нагревателя и конденсатор) дизайн-параметры будут говорить, если есть дополнительные возможности в обменники, а не только для передачи необходимых тепла к материалу, но и удалить, что тепло от системы. Из баланса массы простых моделей и детальные расчеты, определить Расходы, приведенные и скоростей различных паров и жидких потоков. Это поможет определить, насосы, VLSs, переливание судов, форсунки, трубы, туман элиминаторы и т.д., были должным образом размера для удовлетворения дополнительных потребностей, связанных с более высоких пошлин тепла. И для вакуумного испарения, анализ чувствительности по вакуумной системы скажу, что такое давление будет способствовать оптимизации тепла, температуры и потока требований ..

Например, повышение давления (и температуры) испарителя существенно снижает пара объемных Расходы, приведенные и, следовательно, скорости пара потоков. Это разгружает потенциальных гидравлических узкого технологического оборудования, что позволяет использовать оборудование в течение текущего новых подразделений. Тем не менее, это может ввести другие узкие места, такие как увеличение скорости потоков жидкости. Вот почему повышение температуры и давления в испарителе потребует увеличения потока жидкости через нагреватель: Как банк содержания повышение температуры, температуры движущей силой будет подавлено, а Расходы, приведенные через базу нагревателя необходимо увеличить для достижения той же теплообмена.

Увеличение скоростей жидкости может потребовать увеличения размера сопла жидкости, чтобы избежать трубки направление, которое бедных распределение жидкости через базу обогреватель трубы из-за увеличения скоростей жидкости. Труба направления приводит к потере теплоносителя эффективности и, возможно, непреднамеренного термообработки temperaturesensitive продукта.

Если желаемый уровень не может быть достигнута с капитальным ремонтом или любое сочетание вышеупомянутых идей улучшения, а затем рассмотреть вопрос о включении весь отряд параллельно с существующей. Во многих случаях, это может быть предпочтительнее широко модификации существующих подразделений. Это особенно верно там, где пространство не ограничено, или там, где существующее подразделение уже оптимизирован для работы как можно более эффективно. Простые усовершенствования При первичной испарения сосредоточиться растворителей) в жидкие корма смешанных растворителей, постоянно или полу-постоянно, простые варианты для рассмотрения по созданию улучшений могут быть различными, чем для испарения растворителя от вещества или навозной жижи. Как отмечалось ранее, процесс усовершенствования для обоих типов испарений крайне зависит от системы, но общий характер типов улучшений и организованный подход, который мы предлагаем, можно проиллюстрировать следующими простыми примерами.

Оптимальное питание размещения Этот пример является почти тривиальной в природе, но мы видели, точная конфигурация дублируется несколько раз в промышленности. Часто, однофазный испарителя настроен на канал смешивать непосредственно с решением в блок, который находится вблизи точки кипения. Если испаритель имеет внешний источник тепла (или принудительного или естественная конвекция), этот механизм позволит часть корма в хорошо перемешанных испарителя выполнять с сгущенного, добившись не дистилляции бы то ни было, в результате чего его эффективности потери. Наиболее подходящие позиции, чтобы добавить канал будет непосредственно выше по течению от испарителя, автономный обогреватель, после раскола продукта дна.

Думайте вне коробки

Здесь сложный пример, который демонстрирует outsideof-нестандартное мышление. Правда, такие изменения очень зависит от конкретного процесса, потребует много исследований, и в регулируемом секторе, таких как фармацевтика, может рассматриваться лишь в процессе развития.

Представьте себе, что этот процесс является концентрация низкокипящих растворителей с более высокой температурой кипения растворителя B в однородной жидкости корма, но не азеотропов существуют между А и B. Некоторые неэффективности обязательно принимаются в одном стадию малой мощности / высокой степени чистоты или, наоборот, даже если несколько испарителей используются в серии. (Это может быть даже невозможно разделение, если есть растворенного вещества, из которых более высокого кипения растворителя должны быть удалены.)

Однако, если в-третьих, (процесс совместимый) растворителя, растворитель C, при этом особое неидеальных характеристик, могут быть введены в систему, он может позволить сокращение разделения неэффективности. Например, если высокий кипения растворителя C формы низкокипящих гетерогенных азеотропа с растворителем B, то можно было бы добавить растворитель C к смеси, и варить от азеотропа BC (которые могут быть охлаждены и разливали по желанию). На следующем шаге, растворителей будет испарение растворителя от C, вероятно, оставив продукты и / или B намного чище, чем в первоначальном проекте.

Сливание конденсата

Другой внеконтрактной ящик идея повышения эффективности для полунепрерывного растворителя обработки с целью выяснить было бы полезно установить небольшой упакованы колонке пара на выходе испарителя бак часть конденсата сливание к упакованы раздела. Соображений, многие (расходов на приобретение и установку колонки / внутренние, рейтинг, а также возможные Помимо отопления и охлаждения возможностей, повышение давления - падение / температуры соображения шаг, и так далее), - но дополнительные эффективности и пропускной способности могут оправдать таких инвестиций.

Использование запасного оборудования

Если непрерывный испарителя уже онлайн запасных (как это иногда так в фолы или другие услуги высокого технического обслуживания), рассмотрим настройку испарителей в серии добавить дополнительный этап в этом процессе. Увеличенной емкости (от повышения эффективности), возможно, более чем компенсируют дополнительные простоя для очистки и поддержания системы. Альтернативный способ использовать запасные оборудование для рассмотрения работает испарителей в параллельных, опять торговой примерно в два раза потенциала для повышения простоя для очистки или технического обслуживания оборудования.

Заключение

Таким образом, при поиске возможностей улучшения возможностей для испарителя одноступенчатый, первый полностью понять конструктивные и эксплуатационные параметры системы. Глубокое понимание приведет к наиболее эффективному улучшению возможностей, таких, как улучшение процесса / продукта (например, более высокую доходность), большую эффективность услуг (например, путем установки закаленного петли), или изменений в основной дизайн оборудования и оценок. Многочисленные углы существуют для расследования, когда для поиска возможностей улучшения.

Один Финальная мысль: потенциал улучшения не должно быть сделано в вакууме. Если этот процесс подпитывается не кормит другой процесс, рассмотреть вопрос о воздействии изменения в других системах. Часто это влияние не является тривиальной. Кроме того, для тех, улучшение идеи, представленные здесь, которые не являются непосредственно применимыми к вашей системе, как мы надеемся, вы можете узнать из нашего подхода оценки системы и нападения на различные области усовершенствования. Многие из предложений, изложенных в настоящей статьи, может легко интегрировать решения, а всегда ищет самый быстрый и простой, ударопрочный решения первой. Тем не менее, потенциальные компромиссы, связанные с каждым, и быть готовыми к их анализу с достижимые выгоды сделать соответствующие рекомендации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Перри, Р. Х., и др.. (Ред.), "Перри, инженеров-химиков Справочник", шестое издание, McGraw-Hill, Нью-Йорк, гл. 11, теплообменное оборудование, стр. 11-31 (1984).

2. Уолас, М., "Химическая отбора оборудование и дизайн", Butterworth-Heinemann, Бостон, п. 8.10, с. 208-211 (1990).

Эрнест PERKINS и Райан C. Шад, Eli Lilly и Ко

Эрнест А. PERKINS является старшим инженером поддержки процесса биосинтеза инсулина человека Производство в Eli Lilly и К ° (Лилли Корпоративном центре, Indianapolis, IN 46285, телефон: (317) 433-3639, факс: (317) 277-o897, E- почта: <a <href="mailto:perkins-e_a@lilly.com"> perkins-e_a@lilly.com />). Его основной упор делается на усилия по улучшению производственных процессов человека инсулина. Он провел большую часть своей карьеры Лилли в различных ролях технологического процесса поддержки как прямые, так производству оперативной деятельности, а также в смежных областях поддержки. Зарегистрированных возможная ошибка в Индиане, Перкинс получил степень бакалавра наук в области химического машиностроения Univ. Невада-Рено, а также является членом Айше.

Райан С. Шад является процесс Технический отдел головка для биосинтеза инсулина человека Производство в Eli Lilly и К ° (Телефон: (317) 433-5519, факс: (317) 277-0897, E-почта: <A HREF = " mailto: rcschad@lilly.com "> <rcschad@lilly.com />). Его группа технологов, в партнерстве с производства и других групп технических услуг, поддерживает и улучшает деятельность инсулин-производственной единицы. Ранее, Шад был старшим инженером процесс поддержку новых и существующих навалом - фармацевтических процессов. Он также имеет опыт в Eastman Chemical ° в области развития и технологического процесса дизайна. Зарегистрированных RE. в штате Индиана, он получил степень бакалавра наук в области химического машиностроения Пердью Univ.