二段式アルコール蒸留の省エネ技術の応用

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この投稿は最終的に、2016年3月21日12時48分に「砂漠の中の魚」によって編集されました。******科技有限公司の技術改良プロジェクトの初期案――二重効果型アルコール蒸留による省エネ技術の応用 1. 概要 1.******科技有限公司のCMC製造ラインにおける不純なアルコールの回収工程の現状：同社には現在3つのCMC製造ラインがあり、各ラインの東側には、そのラインで生成される不純なアルコールを回収するための回収塔が3基ずつ設置されている。全体で合計9基の回収塔がある；各塔には蒸留缶が1台ずつ設置され、蒸気がその蒸留缶を加熱し、回収塔を動かして不純なアルコールの蒸留を行う；塔の頂部では循環水を使ってアルコール蒸気を凝縮する。採用されている工程の特徴は比較的シンプルだが、蒸気のエネルギー消費量が多く、循環水の使用量も多く、生産コストが高いという顕著な問題がある。2、二段圧力差蒸留による省エネ技術の主な特徴：新たに高圧塔を1基設置し、既存の3基の回収塔と連携して動作させる。高圧塔の頂部で生成されるアルコール蒸気を3基の回収塔の加熱に利用することで、これらの回収塔での蒸留に必要な蒸気の消費量を削減する。同時に、高圧塔で生成されるアルコール蒸気を効果的に凝縮させることで、アルコール蒸気の凝縮に使用される循環水の量も節約できる。このシステムは、システム内の全ての潜熱と大部分の顕熱を回収して原料を十分に予熱するだけでなく、より重要なことに蒸留効率を大幅に向上させ、省エネルギーと生産量の増加、そして製造コストの削減を実現します。このシステムはタワーが1基（高圧タワー）のみで、外部に残液を排出することで残液がアルコールに混入するリスクを低減し、アルコールの回収率は99.95％に達してアルコールの損失を削減します。3、技術改良の効果：二重効率型の省エネ改造を施した結果、このシステムの汚れたアルコール処理能力は20t/hに達し、全体の処理能力は1日あたり480トンとなる。これにより、現在ある3つの工場で必要とされている汚れたアルコールの処理ニーズを満たすことができる。年間50,000トンの蒸気を節約できる見込みです。改修後の工程システムは、コンピュータによる自動監視システムを採用し、生産プロセスをコンピュータで制御することで、オペレーターの作業負荷を大幅に軽減するだけでなく、システムの精密な調整能力も大幅に向上させます。これによりシステムの安定性と信頼性が確保され、企業の科学技術的な水準も高まります。4、初期の技術改良案：工程のスムーズさと運用管理の容易さという原則、そして既存の客観的条件を十分に活用するという要求に基づき、現在ある3つの工場の中から適切な場所を選定し、新たに高圧塔1基を設置する。さらに再沸器、凝縮器、予熱器、リフラックスタンク、ポンプなどの機器も設置される。新たに追加される機器は合計23セットであり、それに伴う配管、バルブ、電気設備なども整備される。既存の3基の回収塔を活用して、二段効率の省エネ型蒸留システムが構築される。新たにDCS制御オペレーティングシステム1セットと、それに付随する計器や自動バルブなどを導入し、蒸留システムの安定した運転および制御を向上させる。5、他の2つの工場にある既存の装置を撤去し、今後の新規拡張用の予備機とする。6、元の装置にあった熱交換器などのその他の機器は、統計に基づき、このシステムを設計する際に、機器の仕様を十分に考慮して再利用を図る。 2 技術改良プロジェクトの技術的基盤および根拠
2.1 技術設計書の作成根拠と規格・基準
・「建築給水排水設計規範」GBJ15-88
・「給水排水工事構造設計規範」GB50069-2002
・「コンクリート構造設計規範」GB50010-2002
・「建築地盤基礎設計規範」GB50007-2002
・「建築物の防火設計規範」GBJ16-87
・「低圧配電設計規範」GB50054-95
・「電力装置の継電保護および自動制御装置設計規範」GB50062-92
・「民間建築の照明設計基準」GBJ133-90
・「工業および民間用電力装置の接地設計規範」GBJ65-83
・「工業企業の照明設計基準」GB50034-92
・「工業企業の工場境界における騒音基準」GB12348-90
・「石油化学プロセス装置の配置設計通則」（SH3011-2000）
・「石油化学企業の防火設計規範」（GB50160-1992）
・「圧力容器の安全技術監視規程」質技監（2009）
・「管殻式熱交換器」GB151-1999
・「鋼製化学工業用容器の製造技術要求」HG20584-1998
・「鋼製タワー型容器」JB/T4710-2005
・「鋼製化学工業用容器の構造設計規定」HG20583-1998

2.2 工程設計および実施の原則
工程設計およびプロジェクトの実施にあたっては、以下の原則を厳守する：
・プロセス技術が先進的かつ信頼性が高く、既存のプロセス条件と科学的に組み合わせることで、技術改良が完了した後も各種設計指標が達成されるようにする。改造の過程においては、既存の設備や装置をできるだけ活用し、建設投資を最小限に抑えます。また、適切な投資のもとで、二段蒸留システムによる省エネ・省コスト効果を十分に発揮させ、生産運営コストを安定的に削減します。新たな工程設計や設備においては、高品質かつ低コストを目指し、最適なコストパフォーマンスを追求します。より少ない投資でより大きな利益を得ることを目指し、プロジェクトが先進的な技術的・経済的指標を満たすようにします。n工程プロセスにより、操作管理が簡単になり、運用保守の作業量が少なく、保守コストも低く抑えられます。先進的で成熟した自動制御技術を採用することにより、システムの改良工事が完了した後の処理効果、および運用の安定性・信頼性を業界の最先端水準に保証します。 3 技術改良プロジェクトの範囲 3.1 設計規模
プロジェクトの設計における生産規模は、1日あたり480トンの汚れたアルコールを処理するもので、平均処理速度は20,000 kg/hである。汚れたアルコールのパラメーターは以下の通り：平均濃度：60～65％（v/v）；汚れたアルコールの密度：0.897 kg/L。汚れたアルコールの成分は、EtOHが65％（v/v）、NaClが4.1％、HOCH2COONaが1.5％、水が29.4％（v/v）で、その他に少量のCMC繊維の不純物が含まれる。pH値は8～9である。汚れたアルコールの温度は20℃である。蒸留後の完成品アルコールの品質基準は、平均濃度が80％（v/v）、温度が30℃である。蒸留されたアルコール（EtOH）の回収効率は99.95％以上である。蒸気消費量は5,400＋5％kg/hである。設計上の運転幅は50％～120％である。4 蒸留工程の選定 4.1 入料方法の選定：実際の汚れたアルコールの濃度や塩分含有量などの特性を考慮し、技術的な比較を行った結果、シリアル入料方式が最適であると判断された。その主な利点は：a、高圧塔への投入濃度を効果的に低下させることができ、それにより塔頂のアルコール度数の制御・調整が容易になり、生産プロセスの安定性と信頼性が高まる；b、システムから排出される残留液のアルコール含有量を効果的に削減する。4.2 蒸留工程方式の選定：本技術では、4基の塔を用いた二段階圧力差蒸留方式が採用されている。高圧塔に蒸気を供給し、そこで生成された高圧のアルコールガスは、塔の頂部から3基の常圧塔の再沸器にそれぞれ送られ、これによって3基の常圧塔が動作する。同時に、高圧塔で生成されたアルコールガスは冷却され、リフラックスタンクに流れ込む；供給方法は直列式で、原料は何度も予熱された後、それぞれ3基の常圧塔に送られる。3基の常圧塔でアルコールの一部が蒸留された後、塔底にできた低濃度のアルコール混合物は中間タンクに集められ、ポンプを使って再び予熱された上で高圧塔に送られてさらに蒸留が行われる。高圧塔の塔底からは残液が排出され、2基の塔から同時に製品が得られる。この方案の利点は以下の通りです：1. 工程ルートがスムーズでシンプルであり、装置の動力消費が少なく、メンテナンス作業量も少ない；2. 3基の常圧塔の蒸気消費を削減し、システム全体の蒸気エネルギー消費を効果的に低減した；3. アルコール蒸気の凝縮によって放出される潜熱が吸収され、常圧塔の運転や原料の予熱に利用されることで、循環水の使用量も節約される。4. 蒸留過程で発生する不凝縮ガスは排気集収タンクによって回収・排出され、完成した酒の品質が向上する。5 生産体制と定員 本プロジェクトの技術改良が完了した後も、生産体制は企業の既存の体制に従って運用される。新たに導入されるDCS制御システムについては、各シフトに作業員1名が必要であり、総合管理担当者が1名必要である。詳細は下表を参照のこと。企業は既存の労働定員を調整し、統合による最適化を図ることで、新たな雇用指標を増やすことなく対応できる。 分業　生産シフト数（シフト/日）　各シフトの人数（人/シフト）　チーム全体の人数（人）
生産スタッフ：314人　管理・技術スタッフ：111人

主な技術指標（検収の基準）
6.1 製造工程に関する要件：2.1項に記載されている作成根拠および規格に準拠すること。
6.2 製造データに関する要件：
　原料アルコール、完成品アルコール、蒸気消費量（kg/h）、処理量（kg/h）、濃度（v/v）、生産量（kg/h）、濃度（v/v）
　20,000、65％、162、418、180％、5,400±5％
備考：
6.3 設備製造に関する要件：関連する**規格や基準に準拠し、**関連部門が認める製品合格証を提出すること。
6.4 設置に関する要件：適切な設置図面を提供し、関連する**設置規格を満たし、**関連部門の設置検査に合格すること。
6.5 試運転および研修：工事が完了し、試運転の条件が整ったら、発注者に製造工程の手順書や操作マニュアルを提供し、企業の関係スタッフに対して技術研修を行うこと。 6.6 工程管理目標：契約で定められた着工日および完成日を確実に守り、プロジェクト建設過程において安全対策を強化し、安全事故が発生しないようにする。 7 主要工程機器一覧（工程機器表）