Anwendung von Energieeinsparungstechnologien bei der Doppelwirkungs-Alkoholdestillation

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von „Fisch im Wüstensand“ am 21.3.2016 um 12:48 bearbeitet. ****** Technologies Co., Ltd.: Erster Entwurf für Modernisierungsmaßnahmen – Anwendung von Energieeinsparungstechnologien bei der Destillation von Alkohol. 1. Einleitung: 1. Derzeit verfügt ****** Technologies Co., Ltd. über drei CMC-Produktionsstätten. An dem östlichen Ende jeder Produktionsstätte befinden sich jeweils 3 Rückgewinnungstürme, die dazu dienen, den in diesen Stätten entstehenden Schmutzalkohol zurückzugewinnen. Insgesamt gibt es im Unternehmen 9 solcher Rückgewinnungstürme； Jede Turbine ist mit einem Destillierkolben ausgestattet. Dampf versorgt den Destillierkolben mit Wärme, wodurch der Rückgewinnungsturm in der Lage ist, den schmutzigen Alkohol zu destillieren ； Die Spitze des Turms kühlt den Alkoholdampf mit zirkulierendem Wasser ab. Die verwendete Herstellungsweise weist einfache Eigenschaften auf, weist jedoch erhebliche Probleme auf: hoher Dampfverbrauch, großer Bedarf an Zirkulationswasser sowie hohe Produktionskosten. 2. Haupteigenschaften der energiesparenden Technologie der Doppel-Druckdifferenzdestillation: Es wird ein weiterer Hochdruckturm hinzugefügt, der zusammen mit den bereits vorhandenen 3 Rückgewinnungstürmen arbeitet. Die aus dem Hochdruckturm stammenden Alkoholdämpfe werden verwendet, um die 3 Rückgewinnungstürme zu beheizen. Dadurch wird der für die Destillation in den 3 Rückgewinnungstürmen benötigte Dampf eingespart. Gleichzeitig werden die aus dem Hochdruckturm stammenden Alkoholdämpfe effektiv kondensiert, wodurch auch die Menge an Zirkulationswasser, die zur Kondensation der Dämpfe benötigt wird, eingespart wird. Dieses System recycelt nicht nur die gesamte latente Wärme sowie den größten Teil der spezifischen Wärme im System, um die Zutaten gründlich vorzuheizen, sondern verbessert vor allem auch die Destilliereffizienz erheblich. Dadurch wird Energie eingespart, die Produktion gesteigert und die Produktionskosten gesenkt. Das System verfügt nur über einen Turm (Hochdruckturm), der die Rückstände nach außen leitet, wodurch das Risiko eines Austritts von Alkohol verringert wird. Die Alkoholverwertungsrate beträgt 99,95%, was den Alkoholverlust reduziert. 3. Effekte der technischen Modernisierung: Nach der doppelten Energieeinsparungsmaßnahme kann das System nun 20 t Alkohol pro Stunde verarbeiten. Insgesamt beträgt die tägliche Verarbeitungskapazität 480 Tonnen – das reicht aus, um den Bedarf der drei Produktionsstätten bei der Verarbeitung von Alkohol zu decken. Es wird erwartet, dass jährlich 50.000 Tonnen Dampf eingespart werden können. Das überarbeitete Prozesssystem nutzt ein computergestütztes Automatisierungssteuerungssystem, um den Produktionsprozess computergesteuert zu steuern. Dadurch wird nicht nur die Arbeitsbelastung der Bediener erheblich verringert, sondern auch die Präzision der Steuerung des Systems deutlich verbessert. Dies gewährleistet die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems und erhöht gleichzeitig den technologischen Stand des Unternehmens. 4. Vorläufiger Plan für technische Verbesserungen: Unter Berücksichtigung der Prinzipien einer reibungslosen Ablauforganisation sowie einer einfachen Bedienung sowie unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, die vorhandenen Bedingungen optimal zu nutzen, werden in den drei bestehenden Werkstätten geeignete Standorte ausgewählt. Dort soll ein neuer Hochdruckturm errichtet werden, außerdem sollen Geräte wie Reboiler, Kondensatoren, Vorkühler, Rückflussbehälter und Pumpen installiert werden. Insgesamt sollen 23 neue Geräte angeschafft werden, zusammen mit den entsprechenden Rohrleitungen, Ventilen und elektrischen Anlagen. Die drei bestehenden Destillationsanlagen sollen genutzt werden, um ein zweistufiges, energieeffizientes Destillationssystem zu schaffen. Ein neues DCS-Steuerungssystem sowie die dazugehörigen Messgeräte und Automatikventile wurden hinzugefügt, um die stabile Bedienung und Regelung des Destillationsystems zu verbessern. 5. Die ursprünglichen Anlagen in den beiden anderen Werkstätten werden demontiert, um als Ersatz für die zukünftig eingebauten neuen Anlagen zur Verfügung zu stehen. 6. Nach der Erfassung der Wärmetauscher und anderer Geräte im ursprünglichen System wurde bei der Konzeption dieses Systems berücksichtigt, diese Geräte unter Berücksichtigung ihrer Parameter wiederzuverwenden. 2 Technische Grundlagen und Gründe für die technischen Modernisierungsprojekte
2.1 Grundlagen und Standards für die Erstellung der technischen Planunterlagen
· „Vorschriften für die Planung von Gebäude-Wasserversorgungs- und -entsorgungssystemen“ GBJ15-88
· „Vorschriften für die Konstruktion von Wasserversorgungs- und -entsorgungsanlagen“ GB50069-2002
· „Vorschriften für die Konstruktion von Betonkonstruktionen“ GB50010-2002
· „Vorschriften für die Planung von Gebäudegründungen“ GB50007-2002
· „Vorschriften für die Brandbekämpfung in Gebäuden“ GBJ16-87
· „Vorschriften für die Planung von Niederspannungsverteilungssystemen“ GB50054-95
· „Vorschriften für die Planung von Relais- und Automatisierungssystemen in Elektrikanlagen“ GB50062-92
· „Standardvorgaben für die Beleuchtung in zivilen Gebäuden“ GBJ133-90
· „Vorschriften für die Erdung von Industrie- und Zivil-Elektrikanlagen“ GBJ65-83
· „Standardvorgaben für die Beleuchtung in Industriebetrieben“ GB50034-92
· „Standardwerte für Lärm im Bereich von Industriebetrieben“ GB12348-90
· „Allgemeine Richtlinien für die Planung von Petrochemieanlagen“ (SH3011-2000)
· „Vorschriften für die Brandbekämpfung in Petrochemiebetrieben“ (GB50160-1992)
· „Vorschriften zur Sicherheitskontrolle von Druckbehältern“ (Zhiji Jian [2009])
· „Vorschriften für Schachtelwärmeübertrager“ GB151-1999
· „Technische Anforderungen an die Herstellung von Stahlbehältern in der Chemieindustrie“ HG20584-1998
· „Vorschriften für die Konstruktion von Stahltürmen“ JB/T4710-2005
· „Vorschriften für die Konstruktion von Stahlbehältern in der Chemieindustrie“ HG20583-1998

2.2 Prinzipien der Ingenieurplanung und Umsetzung
Bei der Ingenieurplanung sowie bei der Umsetzung des Projekts werden folgende Prinzipien strikt eingehalten:
Die verwendeten Verfahren müssen fortschrittlich und zuverlässig sein. Zudem sollen die bestehenden Produktionsbedingungen berücksichtigt werden, damit nach Abschluss der Modernisierung alle vorgegebenen Designanforderungen erfüllt werden können. Während des Umbaus sollte so weit wie möglich von den vorhandenen Geräten und Anlagen Gebrauch gemacht werden, um die Investitionskosten zu senken. Auf der Grundlage einer vernünftigen Investition sollten zudem deutliche Einsparungen bei den Energiekosten durch das Doppeldestillationsverfahren erzielt werden, wodurch die Produktionskosten stetig sinken. Bei der Entwicklung neuer Fertigungsverfahren und Anlagen wird auf hohe Qualität bei geringen Kosten geachtet. Es wird nach dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis gestrebt, um mit geringeren Investitionen größere Erträge zu erzielen. Dadurch sollen die Projekte über moderne technisch-wirtschaftliche Eigenschaften verfügen. Das Prozessverfahren ermöglicht eine einfache Bedienung und Verwaltung, erfordert wenig Wartungsarbeiten und führt zu geringen Wartungskosten. Durch die Anwendung fortschrittlicher und ausgereifter Automatisierungssteuerungstechnologien wird sichergestellt, dass nach Abschluss der Systemmodernisierungsarbeiten die Leistung des Systems sowie seine Stabilität und Zuverlässigkeit auf einem Spitzenniveau der Branche liegen. 3 Umfang der technischen Modernisierungsmaßnahmen
3.1 Entwurfsgrößenordnung
Die Produktionskapazität des Entwurfs beträgt eine Tagesverarbeitungsmenge von 480 Tonnen Schmutzalkohol – das entspricht einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 20.000 kg/h. Parameter des Schmutzalkohols: Durchschnittliche Konzentration: 60–65 % (v/v); Dichte des Schmutzalkohols: 0,897 kg/L. Zusammensetzung des Schmutzalkohols: EtOH 65 % (v/v), NaCl 4,1 %; HOCH2COONa 1,5 %; Wasser 29,4 % (v/v) sowie geringe Mengen an CMC-Fasern als Verunreinigungen. pH-Wert: 8–9. Temperatur des Schmutzalkohols: 20 °C. Nach der Destillation gelten folgende Qualitätsstandards für den Endalkohol: Durchschnittliche Konzentration: 80 % (v/v); Temperatur: 30 °C. Die Rückgewinnungsrate des destillierten Ethanol ist >99,95 %. Verbrauch an Dampf: 5400 + 5 % kg/h. Entwurfsbedingte Betriebsflexibilität: 50 %–120 %.
4 Auswahl des Destillationsverfahrens
4.1 Auswahl der Zufuhrmethode: Aufgrund der tatsächlichen Konzentration des Schmutzalkohols sowie des Salzgehalts wird nach Vergleich verschiedener Verfahren die optimale Methode der seriellen Zufuhr festgelegt. Seine Hauptvorteile sind: a) Es ist möglich, die Konzentration der Zutaten in dem Hochdruckturm effektiv zu verringern. Dadurch wird es einfacher, den Alkoholgehalt an der Spitze des Turms zu kontrollieren und anzupassen – was wiederum dazu beiträgt, den Produktionsprozess stabiler und zuverlässiger zu gestalten ； b, Effektive Verringerung des Alkoholgehalts in den aus dem System abgegebenen Restflüssigkeiten. 4.2 Auswahl des Destillationsverfahrens: In dieser Technologie wird ein Verfahren mit vier Türmen und doppelter Effizienz durch Differenzdruckdestillation verwendet. Im Hochdruckturm wird Dampf eingesetzt, wodurch entstehende Alkoholdämpfe von der Spitze des Turms in die Reboiler der drei Normaldrucktürme geleitet werden. Dadurch werden die drei Normaldrucktürme in Gang gesetzt. Gleichzeitig werden die im Hochdruckturm entstehenden Alkoholdämpfe abgekühlt und in den Rückflussbehälter geleitet ； Die Zufuhr der Rohstoffe erfolgt in Reihe – das heißt, die Rohstoffe werden mehrfach vorgeheizt, bevor sie nacheinander in die drei Normaldrucktürme eingespeist werden. In diesen Türmen wird ein Teil des Alkohols destilliert. Die Alkohollösung mit niedriger Konzentration am Boden der Türme wird in einen Zwischenbehälter geleitet. Anschließend wird diese Lösung mithilfe von Pumpen erneut vorgeheizt und in die Hochdrucktürme weitergeleitet, wo die Destillation fortgesetzt wird. Der Reststoff wird am Boden der Hochdrucktürme abgeleitet. Aus beiden Türmen wird gleichzeitig das Endprodukt gewonnen. Die Vorteile dieses Ansatzes sind wie folgt: 1. Der Produktionsprozess ist einfach und unkompliziert, der Energieverbrauch der Geräte ist gering, und die Wartungsarbeiten sind minimal ； 2. Es wird der Dampfverbrauch der drei Normaldrucktürme eingespart, wodurch der Dampfeinsatz des gesamten Systems effektiv reduziert wird ； 3. Die latente Wärme, die bei der Kondensation des Alkohol-Dampfs freigesetzt wird, wird aufgenommen und zur Betriebsführung des Druckturms sowie zur Vorwärmung der Zufuhrstoffe genutzt. Dadurch wird außerdem der Verbrauch von Kreislaufwasser eingespart. 4. Die bei der Destillation entstehenden nicht kondensierbaren Gase werden in einem Abgasfangbehälter gesammelt und abgeleitet, wodurch die Qualität des Endprodukts verbessert wird. 5 Produktionssystem und Personalstärke: Nach Abschluss der technischen Modernisierung wird das Produktionsystem weiterhin nach dem ursprünglichen System des Unternehmens betrieben. Für das DCS-Steuerungssystem der neuen Anlagen ist pro Schicht ein Bediener erforderlich, außerdem ein Leiter für die Gesamtverwaltung. Siehe untenstehende Tabelle. Unternehmen können anhand der vorhandenen Personalstärke Anpassungen vornehmen und durch Konsolidierung optimieren, ohne neue Personalziele setzen zu müssen. Arbeitsaufteilung, Produktionsschichten (Schichten/pro Tag), Anzahl der Mitarbeiter pro Schicht (Mitarbeiter/Schicht), Gesamtzahl der Mitarbeiter in den Teams: 314 Produktionsmitarbeiter, Verwaltungs- und Technikmitarbeiter: 111. Haupttechnische Parameter (Grundlagen für die Überprüfung): 6.1 Anforderungen an die Prozessdokumente: Sie müssen den Anforderungen gemäß 2.1 sowie den geltenden Standards entsprechen. 6.2 Anforderungen an die Prozessdaten: Rohalkohol, verbrauchter Alkoholverdampf in kg/h, Verarbeitungsmenge in kg/h, Konzentration (v/v), Produktionsmenge in kg/h, Konzentration (v/v): 20.000, 65%, 16.241; 180%, 5.400 ± 5%. Anmerkungen: 6.3 Anforderungen an die Herstellung der Ausrüstung: Die Ausrüstung muss den geltenden Standards entsprechen, und es müssen Zertifikate über die Konformität mit diesen Standards vorliegen. 6.4 Anforderungen an die Installation: Es müssen entsprechende Installationspläne vorliegen, die den geltenden Installationsstandards entsprechen. Zudem muss die Installation von den zuständigen Stellen geprüft werden. 6.5 Inbetriebnahme und Schulung: Nach Abschluss der Installation und wenn alle Bedingungen für die Inbetriebnahme erfüllt sind, werden dem Auftraggeber Anleitungen zur Bedienung sowie Schulungen für das betreffende Personal angeboten. 6.6 Ziele der Projektverwaltung: Sicherstellung der im Vertrag festgelegten Start- und Fertigstellungsdaten, Stärkung der Sicherheitsmaßnahmen während des Baus, um zu verhindern, dass Unfälle eintreten. 7 Liste der wichtigsten Prozessanlagen (Tabelle der Prozessanlagen)