تطبيق تقنية التقطير المزدوج للكحول لتوفير الطاقة

Thread Content

تم تعديل هذا المنشور آخر مرة بواسطة “سمكة الصحراء” في تاريخ 21/3/2016 الساعة 12:48. **الخطة الأولية لمشروع التحسينات التقنية في شركة ****** للتكنولوجيا – تطبيق تقنية التقطير الموفرة للطاقة لإعادة تدوير الكحول**
1. مقدمة:
1. حالة عملية إعادة تدوير الكحول في ورش الإنتاج التابعة لشركة ****** للتكنولوجيا: تمتلك الشركة ثلاث ورش إنتاج لمادة CMC، وفي الطرف الشرقي من كل ورشة يوجد 3 أبراج لإعادة التدوير، وذلك لإعادة تدوير الكحول الناتج في تلك الورشة. بشكل كلي، تم تجهيز الشركة بـ 9 أبراج لإعادة التدوير； يحتوي كل برج على غلاية تقطير، حيث يُستخدم البخار لتسخين غلاية التقطير، مما يساعد في تقطير الكحول الملوث داخل برج الاسترداد ； يتم تكثيف بخار الكحول باستخدام الماء المتداول في قمة البرج. تتميز العملية المستخدمة ببساطتها نسبيًا، لكنها تعاني من مشاكل واضحة مثل استهلاك كميات كبيرة من البخار، واستخدام كميات كبيرة من الماء في الدورة، بالإضافة إلى ارتفاع تكاليف الإنتاج. 2. الخصائص الرئيسية لتقنية التقطير بفرق الضغط ذات الكفاءة المزدوجة: يتم إضافة برج عالي الضغط، يعمل بالتزامن مع الأبراج الثلاثة الحالية المستخدمة في عملية الاسترداد. حيث يتم استخدام الغازات الناتجة في قمة البرج ذو الضغط العالي لتسخين الأبراج الثلاثة، مما يساعد على توفير البخار المطلوب لعملية التقطير في تلك الأبراج. كما أن ذلك يساعد على تكثيف الغازات الناتجة في البرج ذو الضغط العالي بشكل فعال، مما يقلل من كمية المياه المستخدمة في تكثيف تلك الغازات. لا يقتصر هذا النظام على استرداد كل الحرارة الكامنة ومعظم الحرارة الظاهرة في النظام لتسخين المواد الواردة بشكل كافٍ، بل إنه يُحسّن أيضًا من كفاءة التقطير بشكل ملحوظ، مما يؤدي إلى توفير الطاقة وزيادة الإنتاج وخفض تكاليف الإنتاج. يحتوي هذا النظام على برج واحد فقط (برج الضغط العالي) لتصريف السوائل المتبقية، مما يقلل من خطر تسرب الكحول. كما أن معدل استرداد الكحول يصل إلى 99.95٪، مما يقلل من فقدان الكحول. ٣. تأثير التحسينات التقنية: بعد إجراء تحسينات لتوفير الطاقة، أصبحت قدرة هذا النظام على معالجة الكحول الملوث تصل إلى ٢٠ طنًا في الساعة، وبذلك يصل الإنتاج اليومي إلى ٤٨٠ طنًا، وهو ما يكفي لتلبية احتياجات معالجة الكحول الملوث في المصانع الثلاثة الحالية. من المتوقع توفير 50,000 طن من البخار سنويًا. يستخدم النظام الإنتاجي المُعاد تصميمه نظام مراقبة آلي بواسطة الحاسوب، لتحقيق التحكم الإلكتروني في عملية الإنتاج. وهذا لا يقلل بشكل كبير من حجم العمل على العمال فحسب، بل يعزز أيضًا من دقة أداء النظام في إجراء التعديلات اللازمة، مما يضمن استقرار وموثوقية تشغيل النظام، كما يرفع من مستوى التقنية في الشركة. ٤. المخطط الأولي للتحسينات التقنية: وفقًا لمبادئ سلاسة العمليات وسهولة إدارتها، بالإضافة إلى ضرورة الاستفادة الكاملة من الظروف الموجودة، تم اختيار مواقع مناسبة داخل المصانع الثلاثة الحالية لتركيب برج ضغط عالٍ جديد، بالإضافة إلى أجهزة مثل أجهزة التبخير المتكرر، وأجهزة التكثيف، وأجهزة التسخين المسبق، وخزانات الإعادة، والمضخات. ويبلغ عدد الأجهزة الجديدة ٢٣ جهازًا، بالإضافة إلى الأنابيب والصمامات والمعدات الكهربائية اللازمة. كما سيتم استخدام الأبراج الثلاثة الحالية لإنشاء نظام تقطير فعال من حيث استهلاك الطاقة. تم إضافة نظام تشغيل للتحكم DCS جديد، بالإضافة إلى الأجهزة القياسية والصمامات الأوتوماتيكية المصاحبة له، وذلك لتحسين استقرار عمل نظام التقطير وتعديل أدائه. 5. تفكيك الأجهزة الأصلية في ورشتين أخريين، لاستخدامها كاحتياطي للمعدات الجديدة المزمع تركيبها لاحقًا. 6. بعد إجراء الإحصائيات على أجهزة تبادل الحرارة وغيرها من المعدات الموجودة في النظام الأصلي، يتم أخذ مواصفات هذه الأجهزة في الاعتبار عند تصميم النظام الجديد، بهدف إعادة استخدامها قدر الإمكان. 2. الأساس التقني والمعايير المتبعة في مشاريع التحسين التقني
2.1 المعايير والأسس المستخدمة في إعداد وثائق التصميم التقني:
• معايير تصميم أنظمة التزويد بالمياه والصرف الصحي في المباني: GBJ15-88
• معايير تصميم هياكل أنظمة التزويد بالمياه والصرف الصحي: GB50069-2002
• معايير تصميم الهياكل الخرسانية: GB50010-2002
• معايير تصميم أساسات المباني: GB50007-2002
• معايير تصميم المباني من الناحية الوقائية ضد الحرائق: GBJ16-87
• معايير تصميم أنظمة التوزيع عند الضغط المنخفض: GB50054-95
• معايير تصميم أجهزة الحماية والتحكم الآلي في أنظمة الطاقة: GB50062-92
• معايير تصميم أنظمة الإضاءة في المباني المدنية: GBJ133-90
• معايير تصميم أنظمة التوصيل الكهربائي في المباني الصناعية والمدنية: GBJ65-83
• معايير تصميم أنظمة الإضاءة في المصانع الصناعية: GB50034-92
• معايير تحديد مستوى الضوضاء في المصانع الصناعية: GB12348-90
• المبادئ العامة لتصميم محطات المعالجة الكيميائية النفطية: (SH3011-2000)
• معايير تصميم المصانع الكيميائية النفطية من الناحية الوقائية ضد الحرائق: (GB50160-1992)
• اللوائح الخاصة بالرقابة على سلامة الخزانات تحت الضغط: جودة وتقنية الرقابة (2009)
• معايير تصميم المبادلات الحرارية من النوع الأنبوبي: GB151-1999
• المتطلبات التقنية لتصنيع الخزانات الفولاذية في الصناعات الكيميائية: HG20584-1998
• معايير تصميم الخزانات الفولاذية من النوع البرجي: JB/T4710-2005
• معايير تصميم هياكل الخزانات الفولاذية في الصناعات الكيميائية: HG20583-1998
2.2 مبادئ تصميم المشروع وتنفيذه
يجب الالتزام بالمبادئ التالية أثناء تصميم المشروع وتنفيذه:
• يجب أن تكون التقنيات المستخدمة متقدمة وموثوقة، مع الأخذ في الاعتبار الظروف التقنية الحالية، لضمان تحقيق جميع المعايير المطلوبة بعد اكتمال عملية التحسين التقني. يجب خلال عملية التحويل الاستفادة قدر الإمكان من المعدات والأجهزة الموجودة مسبقًا، وتقليل استثمارات البناء قدر الإمكان. كما يجب، على أساس استثمارات معقولة، ضمان تحقيق نتائج فعّالة في توفير الطاقة وخفض الاستهلاك في نظام التقطير المزدوج، مما يؤدي إلى انخفاض مستقر في تكاليف الإنتاج والتشغيل. يسعى التصميم الجديد للعمليات والمعدات إلى تحقيق جودة عالية وتكاليف منخفضة، مع السعي وراء أفضل نسبة سعر إلى جودة، بهدف تحقيق عوائد أكبر بتكاليف أقل، وضمان أن يتمتع المشروع بمؤشرات تقنية واقتصادية متقدمة. توفر عملية التصنيع إدارة سهلة للعمليات، وحجم الأعمال المطلوبة للتشغيل والصيانة صغير، كما أن تكاليف الصيانة منخفضة. من خلال استخدام تقنيات التحكم الآلي المتقدمة والمتطورة، يتم ضمان أن تصل جودة المعالجة واستقرار وموثوقية أداء النظام بعد إتمام أعمال التحسين التقني إلى المستويات المتقدمة في الصناعة. 3 نطاق مشروع التحسينات التقنية
3.1 حجم التصميم
يبلغ حجم الإنتاج في تصميم المشروع 480 طنًا من الكحول الملوث يوميًا، أي بمعدل متوسط قدره 20000 كجم/ساعة. معايير الكحول الملوث:
التركيز المتوسط: 60–65% (حجم/حجم)؛ كثافة الكحول الملوث: 0.897 كجم/لتر.
مكونات الكحول الملوث: إيثانول بنسبة 65% (حجم/حجم)، وNaCl بنسبة 4.1%، وHOCH2COONa بنسبة 1.5%، والماء بنسبة 29.4% (حجم/حجم)، بالإضافة إلى كميات صغيرة من شوائب الألياف من نوع CMC. درجة الحموضة: 8–9. درجة حرارة الكحول الملوث: 20 درجة مئوية.
معايير جودة الكحول الناتج بعد عملية التقطير: التركيز المتوسط: 80% (حجم/حجم)؛ درجة الحرارة: 30 درجة مئوية. كفاءة استرداد الإيثانول من خلال التقطير >99.95%. كمية البخار المستخدمة: 5400 + 5% كجم/ساعة. هامش المرونة في التشغيل: 50%–120%.
4 اختيار عملية التقطير
4.1 اختيار طريقة التغذية: يتم تحديد الطريقة المثلى للتغذية من خلال مقارنة الخيارات التقنية، بناءً على تركيز الكحول الملوث ونسبة الملوحة وغيرها من الخصائص. مزاياه الرئيسية: أ، يمكنه تقليل تركيز المواد الداخلة إلى البرج ذو الضغط العالي بفعالية، مما يسهل التحكم في درجة الكحول في قمة البرج وتعديلها، وبالتالي ضمان استقرار وموثوقية عملية الإنتاج ； ب، تقليل فعّال لمحتوى الكحول في السوائل المتبقية الناتجة عن النظام. 4.2 اختيار خطة عملية التقطير: تستخدم هذه التقنية عملية التقطير بالضغط المختلف في أربعة أبراج؛ حيث يتم استخدام البخار في البرج ذو الضغط العالي، ويتم توجيه الغازات الناتجة إلى ثلاثة أبراج ذات ضغط جوي عادي، مما يساعد في تشغيل هذه الأبراج. في الوقت نفسه، يتم تبريد الغازات الكحولية الناتجة في البرج ذو الضغط العالي، ثم تُدخل إلى خزان الإعادة ； يتم استخدام طريقة التغذية المتسلسلة، أي يتم تسخين المواد الخام عدة مرات قبل أن تدخل إلى الأبراج الثلاثة التي تعمل تحت ضغط جوي. بعد تقطير جزء من الكحول في هذه الأبراج، يتم جمع خليط الكحول ذو التركيز المنخفض في الخزان الوسطي، ثم يتم نقله عبر مضخة ليتم تسخينه مرة أخرى قبل إرساله إلى الأبراج ذات الضغط العالي لمواصلة عملية التقطير. يتم إخراج السائل المتبقي من قاع الأبراج ذات الضغط العالي، ويتم الحصول على المنتجات من كلا الأبراج في نفس الوقت. مزايا هذا الحل كالتالي: 1. مسار العملية سلس وبسيط، واستهلاك الطاقة في المعدات منخفض، وحجم أعمال الصيانة قليل ； 2. توفير استهلاك البخار في ثلاثة أبراج ضغط جوي، مما يقلل بشكل فعال من استهلاك الطاقة الناتج عن البخار في النظام بأكمله ； 3. يتم امتصاص الحرارة الكامنة الناتجة عن تكثيف رائحة الكحول، وتُستخدم في تشغيل الأبراج ذات الضغط الجوي العادي وتسخين المواد الخام، كما يتم أيضًا توفير كمية المياه المستخدمة في الدورة. 4. يتم جمع الغازات غير القابلة للتكثيف التي تنتج أثناء عملية التقطير في خزان جمع الغازات الناتجة، مما يحسّن جودة الخمر النهائي. 5 نظام الإنتاج وعدد العمال: بعد إتمام التحسينات التقنية في هذا المشروع، سيظل نظام الإنتاج يعمل وفقًا للنظام القائم لدى الشركة. أما الأجهزة الجديدة، فإن نظام التحكم DCS يتطلب وجود موظف واحد لتشغيل الأجهزة في كل وردية، بالإضافة إلى موظف إداري واحد. انظر الجدول أدناه. يمكن للشركات تعديل عدد العمال المتاحين لديها، ومن خلال الدمج والتحسين، يمكن تجنب زيادة مؤشرات التوظيف الجديدة. تقسيم العمل وجداول الإنتاج (الوردية/اليوم)، عدد الأشخاص في كل وردية (شخص/وردية)، إجمالي عدد أفراد الفريق (شخص)، عدد العاملين في الإنتاج: 314، العاملون في الإدارة والإدارة التقنية: 111، 6. المؤشرات التقنية الرئيسية (أسس الفحص): 6.1 متطلبات الوثائق الفنية: يجب أن تتوافق مع المعايير والقواعد المذكورة في القسم 2.1، 6.2 متطلبات البيانات الفنية: الكحول الخام، استهلاك بخار الكحول النهائي بالكغ/ساعة، كمية المعالجة بالكغ/ساعة، التركيز (v/v)، الإنتاج بالكغ/ساعة، التركيز (v/v): 20000، 65%، 1624، 180%، 5400 ± 5%، ملاحظات، 6.3 متطلبات تصنيع المعدات: يجب أن تتوافق مع المعايير والقواعد ذات الصلة، ويجب تقديم شهادات جودة المنتجات المعتمدة من الجهات المختصة، 6.4 متطلبات التركيب: يجب تقديم رسومات التركيب المناسبة، ويجب أن يتم التركيب وفقًا للمعايير المطلوبة، ويجب أن يتم فحص التركيب من قبل الجهات المختصة، 6.5 الاختبارات والتدريب: بعد اكتمال تركيب المشروع وتوفر شروط الاختبار، يجب تقديم دليل الإجراءات الفنية والإرشادات الخاصة بالتشغيل للمالك، بالإضافة إلى تدريب العاملين في الشركة على الإجراءات الفنية. 6.6 أهداف إدارة المشروع: ضمان الالتزام بتواريخ بدء وانتهاء التنفيذ المحددة في العقد، وتعزيز الإجراءات الأمنية خلال مراحل بناء المشروع لمنع وقوع أي حوادث أمنية. 7 قائمة المعدات الرئيسية للعمليات (جدول معدات العمليات)