Utrzymanie próżni
Stacja pomp próżniowych utrzymuje próżnię przyłożoną do stacji kondensacji na zadanej wartości.
Rozwiązanie techniczne dla stabilnej destylacji próżniowej
Regulacja temperatury i ciśnienia w destylacji próżniowej
Proces rozdziela regulację próżni, temperatury i ciśnienia w głowicy kolumny destylacji próżniowej na niezależne obwody. Stabilizacja kondensatem i dozowanym gazem obojętnym wspiera stałą jakość destylatu, w szczególności przy produkcji bioetanolu.
Podstawa techniczna: DE 10 2017 010 783 A1Problem wyjściowy
Zmienne straty ciśnienia mogą zmieniać skład produktu głowicowego
Osady, zmienne obciążenie cieczą oraz zmieniające się opory przepływu na półkach i wymiennikach ciepła wpływają na profil ciśnienia instalacji destylacji próżniowej. Nawet przy stabilnej temperaturze głowicy rzeczywiste ciśnienie może się wahać i zmieniać skład odbieranego destylatu.
Rozwiązanie stabilizuje zatem nie tylko próżnię przyłożoną do stacji kondensacji, lecz także niezależnie reguluje temperaturę i ciśnienie bezpośrednio w głowicy kolumny.
Próżniowe kolumny destylacyjne i rektyfikacyjne
Odzysk składnika niskowrzącego jako produktu głowicowego
Bioetanol i inne mieszaniny wrażliwe na temperaturę
Instalacje z dostępnym źródłem dwutlenku węgla lub azotu
Przebieg procesu
Cztery niezależne wielkości sterujące dla stabilnej destylacji
Dopływ energii, próżnia, temperatura głowicy i ciśnienie w głowicy są regulowane w miejscach, w których można skutecznie oddziaływać na daną wielkość procesową.
Doprowadzenie odparowanego medium
Energia jest doprowadzana poniżej półek odpędowych za pomocą odparowanej wody, skraplającej się pary grzewczej lub — preferencyjnie — zewnętrznie podgrzanego produktu dennego, rozprężanego przy wejściu do kolumny.
Regulacja temperatury głowicy
Kondensat ze stacji kondensacji jest w razie potrzeby zawracany do głowicy kolumny. Jego ogrzanie i ponowne odparowanie odbierają energię ze strefy głowicowej.
Regulacja ciśnienia w głowicy
Szybki zawór regulacyjny dozuje dwutlenek węgla lub azot do głowicy kolumny i utrzymuje ciśnienie absolutne na wartości zadanej mimo zmiennych strat ciśnienia.
Kondensacja i rozdział destylatu
Produkt głowicowy jest skraplany. Część kondensatu służy do regulacji temperatury, a pozostały strumień produktu jest odbierany.
Koncepcja regulacji
Niezależne obwody regulacji zamiast pośrednich korekt
Rozdzielenie wielkości sterujących ogranicza wzajemne oddziaływania: pompa próżniowa ustala podstawowy poziom próżni, recyrkulacja kondensatu wpływa na temperaturę głowicy, a dopływ gazu obojętnego koryguje ciśnienie.
Próżnia bazowa: stacja pomp próżniowych przy stacji kondensacji
Temperatura głowicy: regulowany powrót schłodzonego kondensatu
Ciśnienie w głowicy: regulowany dopływ dwutlenku węgla lub azotu
Dopływ energii: odparowany, preferencyjnie recyrkulowany produkt denny
Cechy techniczne
Integracja obiegów kondensatu, produktu dennego i gazu obojętnego
Zewnętrzny obieg produktu dennego
Produkt denny może być pośrednio podgrzewany poza kolumną i rozprężany dopiero przy ponownym wprowadzeniu. Pozwala to uniknąć wielkogabarytowych przewodów parowych poza kolumną.
Kondensat jako medium regulacyjne
Temperatura kondensatu może być stabilizowana dostępnym medium chłodzącym. Kondensat jest następnie bezpośrednio dostępny do chłodzenia głowicy kolumny.
Wykorzystanie CO₂ z fermentacji
W instalacjach bioetanolu dwutlenek węgla ze stacji fermentacji może być wykorzystywany jako źródło gazu obojętnego przed lub po płuczce CO₂, o ile odpowiednie są jego jakość, dostępność i bezpieczeństwo.
Możliwość automatyzacji procesu
Oddzielne obwody pomiarowe i regulacyjne dla próżni, temperatury i ciśnienia tworzą przejrzystą podstawę automatycznej pracy kolumny.
Korzyści dla klienta
Stabilniejsza jakość produktu i efektywna energetycznie integracja procesu
Stały skład destylatu
Bezpośrednia stabilizacja temperatury i ciśnienia w głowicy ogranicza wahania jakości wynikające ze zmiennych strat ciśnienia w kolumnie.
Niższe temperatury procesu
Praca pod próżnią umożliwia odparowanie w niższych temperaturach niż przy ciśnieniu atmosferycznym i może chronić produkty wrażliwe na temperaturę.
Odzysk ciepła
Wsad, produkt głowicowy i produkt denny mogą być sprzężone energetycznie za pomocą wymienników ciepła. Rzeczywiste oszczędności zależą od układu substancji, poziomów temperatury i koncepcji instalacji.
Integracja istniejących strumieni CO₂
W instalacjach bioetanolu istniejący strumień dwutlenku węgla może służyć jako medium sterujące ciśnieniem i zostać funkcjonalnie zintegrowany z procesem destylacji.
Przykład wykonania ze zgłoszenia
Próżniowa kolumna destylacyjna do produkcji wysoko stężonego bioetanolu
Opisany przykład wykorzystuje kolumnę z ośmioma półkami odpędowymi i 32 półkami wzmacniającymi. Wsad zawierający około 6,5% obj. alkoholi jest wstępnie ogrzewany przez odzysk ciepła. Zewnętrznie podgrzany produkt denny zapewnia napęd procesu, recyrkulowany kondensat reguluje temperaturę głowicy, a dwutlenek węgla z fermentacji stabilizuje ciśnienie.
Wartości nie stanowią ogólnej gwarancji parametrów. Skuteczność rozdziału, zapotrzebowanie na energię, jakość produktu, parametry regulacji i dobór aparatury należy obliczyć oraz potwierdzić dla konkretnego układu substancji i projektu.
8 półek odpędowych w przykładzie32 półki wzmacniające w przykładzieokoło 6,5% obj. alkoholi we wsadziedwutlenek węgla jako gaz obojętny w przykładzie
Podstawa techniczna
Przedstawione rozwiązanie procesowe opiera się na niemieckim zgłoszeniu patentowym DE 10 2017 010 783 A1 „Sposób regulacji temperatury i ciśnienia w głowicy próżniowych kolumn destylacyjnych”. Kolumna, wymienniki ciepła, układ kondensacji i próżni, obwody pomiarowo-regulacyjne, zasilanie gazem obojętnym, materiały i zabezpieczenia muszą być zaprojektowane dla konkretnego układu substancji i projektu.
Techniczna ocena projektu