이중 효과 알코올 증류 에너지 절약 기술의 응용

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이 게시글은 마지막으로 ‘사막속의유어’가 2016-3-21 12:48에 수정했습니다. ******과학기술주식회사의 기술개선 프로젝트에 관한 초기 계획 – 이중 효과를 가진 알코올 증류를 통한 에너지 절약 기술의 활용 1. 개요 1) ******과학기술주식회사의 CMC 생산 공장에서의 불순물이 섞인 알코올 회수 공정 현황: 해당 회사에는 현재 3개의 CMC 생산 공장이 있으며, 각 공장의 동쪽 끝에는 그 공장에서 나오는 불순물이 섞인 알코올을 회수하기 위한 회수탑 3세트가 설치되어 있습니다. 전체 공장에는 총 9세트의 회수탑이 있습니다；각 탑에는 증류기가 하나씩 설치되어 있으며, 증기가 증류기에 열을 공급하여 회수탑이 불순물이 섞인 알코올을 증류할 수 있도록 합니다；탑 꼭대기에서는 순환수를 이용해 알코올 증기를 응축시킨다.사용되는 공정의 특징은 비교적 단순하지만, 증기 에너지 소비가 많고 순환수 사용량이 크며 생산 비용이 높다는 심각한 문제가 있습니다.2. 이중 효과 차압 증류 에너지 절약 기술의 주요 특징: 새로운 고압 탑을 하나 추가하여, 기존의 3개의 회수 탑과 함께 작동합니다. 고압 탑에서 나오는 알코올 가스를 활용하여 3개의 회수 탑에 열을 공급함으로써, 회수 탑들이 증류를 위해 필요로 하는 증기의 양을 줄일 수 있습니다. 동시에, 고압 탑에서 생성된 알코올 가스가 효과적으로 응축되어, 알코올 가스를 응축시키는 데 사용되는 순환수의 양도 절약됩니다.이 시스템은 시스템 내의 모든 잠열과 대부분의 현열을 회수하여 공급물을 충분히 예열할 뿐만 아니라, 무엇보다도 증류 효율을 크게 향상시켜 에너지 절약과 생산량 증대, 그리고 생산 비용 절감이라는 목적을 달성할 수 있습니다.이 시스템은 고압 타워라는 하나의 타워만을 가지고 있어 잔여 액체를 외부로 배출함으로써 알코올이 유출될 위험을 줄였습니다. 그 결과 알코올 회수율은 99.95%에 달하며, 알코올 손실도 감소했습니다.3. 기술 개선 효과: 이중 에너지 절약형 개조를 거친 후, 해당 시스템의 불순 알코올 처리 능력은 20톤/시간에 달하며, 전체적인 처리 용량은 하루 480톤에 이릅니다. 이를 통해 현재 세 개의 공장에서 발생하는 불순 알코올 처리 요구를 충족시킬 수 있습니다.연간 50,000톤의 증기를 절약할 수 있을 것으로 예상됩니다.개조된 공정 시스템은 컴퓨터 자동화 모니터링 시스템을 도입하여 생산 과정을 컴퓨터로 제어함으로써, 작업자의 업무 부담을 현저히 줄일 뿐만 아니라 시스템의 정밀한 조절 능력도 크게 향상시킵니다. 이를 통해 시스템의 안정성과 신뢰성이 보장되며, 기업의 기술 수준도 향상됩니다.4. 예비적인 기술 개선 방안: 공정의 원활한 진행과 운영 관리의 편의성을 고려하고, 기존의 객관적인 조건들을 최대한 활용하기 위해, 기존의 세 개의 공장 중 적절한 위치를 선정하여 고압 탑을 하나 더 설치합니다. 또한 재증발기, 응축기, 예열기, 리플로우 탱크, 펌프와 같은 장비들도 추가로 설치됩니다. 새로 추가되는 장비는 총 23세트이며, 이에 따른 파이프라인, 밸브, 전기 장비 등도 함께 설치됩니다. 기존의 세 개의 회수 탑을 활용하여 이중 효율의 에너지 절약형 증류 시스템을 구축하게 됩니다.새로운 DCS 제어 운영 체제 한 세트와 이에 필요한 계측기 및 자동 밸브 등을 도입하여, 증류 시스템의 안정적인 작동과 운전 조절을 보완합니다.5. 다른 두 공장에 있던 기존 장비들을 철거하여, 향후 새로운 설비를 도입할 때 대체용으로 사용한다.6. 기존 장치에 있던 열교환기 등 다른 장비들은 통계를 통해 분석된 후, 해당 시스템을 설계할 때 이러한 장비들의 특성을 충분히 고려하여 재사용할 수 있도록 한다. 2. 기술개선 프로젝트의 기술적 근거 및 기준
2.1 기술 설계 문서 작성의 근거와 표준 규격
· 《건축용 급수 및 배수 설계 규범》 GBJ15-88
· 《급수 및 배수 공학 구조 설계 규범》 GB50069-2002
· 《콘크리트 구조 설계 규범》 GB50010-2002
· 《건축물 지반 및 기초 설계 규범》 GB50007-2002
· 《건축물 화재 예방 규범》 GBJ16-87
· 《저전압 배전 설계 규범》 GB50054-95
· 《전력 설비의 계전기 보호 및 자동화 장치 설계 규범》 GB50062-92
· 《민간 건축물 조명 설계 기준》 GBJ133-90
· 《산업 및 민간용 전력 설비의 접지 설계 규범》 GBJ65-83
· 《산업 시설의 조명 설계 기준》 GB50034-92
· 《산업 시설의 소음 기준》 GB12348-90
· 《석유화학 공정 설비의 배치 설계 원칙》 (SH3011-2000)
· 《석유화학 기업의 화재 예방 규범》 (GB50160-1992)
· 《압력 용기 안전 기술 감독 규정》 질기감(2009)
· 《관형 열교환기》 GB151-1999
· 《강철 제작 화학 용기의 제조 기술 요구사항》 HG20584-1998
· 《강철 제작 타워형 용기》 JB/T4710-2005
· 《강철 제작 화학 용기의 구조 설계 규정》 HG20583-1998

2.2 공정 설계 및 실행 원칙
공정 설계 및 프로젝트 실행 과정에서는 다음과 같은 원칙을 엄격히 준수해야 합니다:
· 공정 기술이 선진적이고 신뢰할 수 있어야 하며, 기존의 공정 조건과 과학적으로 결합되어야 합니다. 이를 통해 기술개선이 완료된 후에도 모든 설계 목표가 달성될 수 있도록 해야 합니다.개조 과정에서 기존의 설비와 장치를 최대한 활용하여 건설 투자를 최소화하며, 적절한 투자 수준에서 이중 증류 시스템의 에너지 절약 및 소비 감소 효과를 극대화함으로써 생산 운영 비용을 안정적으로 낮추도록 한다.새로운 공정 설계와 장비 측면에서는 고품질과 저비용을 추구하며, 최적의 가성비를 실현하기 위해 노력합니다. 이를 통해 적은 투자로 더 큰 수익을 얻을 수 있도록 하여, 프로젝트가 선진적인 기술적·경제적 지표를 갖출 수 있도록 합니다.n 공정 프로세스는 조작 관리가 간편하며, 운영 및 유지보수 작업량이 적고 유지보수 비용도 낮습니다.첨단적이고 성숙한 자동화 제어 기술을 도입함으로써, 시스템의 기술 개선 작업이 완료된 후에도 처리 효율과 운영의 안정성 및 신뢰성이 업계 최고 수준을 유지할 수 있도록 합니다. 3 기술개선 공사 범위 3.1 설계 규모 공사 설계의 생산 규모는 하루에 480톤의 더러운 알코올을 처리하는 것으로, 즉 평균 처리 속도는 20,000 kg/h입니다. 더러운 알코올의 특성은 다음과 같습니다: 평균 농도: 60~65% (v/v); 더러운 알코올의 밀도: 0.897 kg/L. 더러운 알코올의 성분은 EtOH 65% (v/v), NaCl 4.1%, HOCH2COONa 1.5%, 물 29.4% (v/v)이며, 소량의 CMC 섬유와 같은 불순물도 포함됩니다. pH는 8-9입니다. 더러운 알코올의 온도는 20°C입니다. 증류 후 얻어지는 완제품 알코올의 품질 기준은 다음과 같습니다: 평균 농도: 80% (v/v); 온도: 30°C. 증류된 알코올(EtOH)의 회수율은 99.95% 이상입니다. 증기 소비량은 5,400+5% kg/h입니다. 설계상의 운전 유연성은 50%–120%입니다. 4 증류 공정 선택 4.1 원료 공급 방식 선택: 실제 더러운 알코올의 농도와 염분 함량 등의 특성을 고려하여, 기술적 비교를 거쳐 최적의 직렬 공급 방식을 결정합니다.주요 장점: a. 고압 탑의 투입 농도를 효과적으로 낮출 수 있어, 탑 꼭대기의 알코올 농도를 쉽게 제어하고 조절할 수 있으며, 이를 통해 생산 과정이 더욱 안정적이고 신뢰성 있게 유지됩니다；b. 시스템에서 배출되는 잔여 액체 내의 알코올 함량을 효과적으로 줄임.4.2 증류 공정 방안 선택: 본 기술은 4기의 탑을 활용한 이중 효율 차압 증류 공정을 사용합니다. 고압 탑에는 증기가 공급되어, 그로 인해 생성된 고압 알코올 가스는 탑 꼭대기에서 세 개의 상압 탑의 재비등기관으로 각각 공급됩니다. 이를 통해 세 개의 상압 탑이 작동하게 되며, 동시에 고압 탑에서 생성된 알코올 가스는 냉각되어 리플러스 탱크로 들어갑니다；공급 방식은 직렬 방식을 채택하며, 즉 원료는 여러 번 예열된 후 각각 세 개의 상압 탑으로 들어갑니다. 세 개의 상압 탑에서 일부 알코올이 증류된 후, 탑 바닥에 남은 저농도 알코올 혼합액은 중간 탱크로 모입니다. 그런 다음 펌프를 이용해 다시 한 번 예열한 뒤 고압 탑으로 보내져 계속해서 증류됩니다. 고압 탑의 바닥에서는 잔여 액체가 배출되며, 두 탑에서 동시에 제품이 생산됩니다.이 방안의 장점은 다음과 같습니다: 1. 공정 루트가 원활하고 간결하며, 설비의 동력 소모가 적고 유지보수 작업량도 적습니다；2. 3개의 상압 탑의 증기 소비를 절감하여 전체 시스템의 증기 에너지 소비를 효과적으로 줄였습니다；3. 알코올 증기가 응축될 때 방출되는 잠열이 흡수되어, 상압 탑의 작동과 원료의 예열에 사용되며, 동시에 순환수의 사용량도 절감됩니다.4. 증류 과정에서 발생하는 불응축 가스는 배기 가스 수집 탱크에 모아서 배출되므로, 완성된 술의 품질이 향상됩니다.5. 생산 체계 및 인력 배치
이 프로젝트의 기술 개선이 완료된 후에도, 생산 체계는 기업의 기존 체계에 따라 유지됩니다. 새로 도입되는 DCS 제어 시스템을 운영하기 위해 각 근무조당 1명의 작업자가 필요하며, 전체적인 관리를 담당할 직원도 1명 필요합니다. 자세한 내용은 아래 표를 참조하십시오.기업은 기존의 인력 배치를 조정함으로써, 통합 및 최적화를 통해 새로운 인력 지표를 늘리지 않고도 운영할 수 있다. 업무 분담 및 생산 근무 시간 (반/일), 각 반의 인원 수 (인원/반), 팀 전체 인원 수 (인원). 생산 인력: 314명, 행정 및 기술 관리 인력: 111명. 주요 기술 지표(주요 검수 기준): 6.1 공정 문서에 대한 요구사항: 2.1절에 명시된 작성 기준 및 표준 규격을 준수해야 함. 6.2 공정 데이터에 대한 요구사항: 원료 알코올, 완제품 알코올, 증기 소비량(kg/h), 처리량(kg/h), 농도(v/v), 생산량(kg/h), 농도(v/v). 20000, 65%, 1624, 180%, 5400±5%. 비고: 6.3 장비 제작에 대한 요구사항: 관련 **표준 및 규격을 준수해야 하며, 관련 부서가 인증하는 제품 인증서를 제공해야 함. 6.4 설치에 대한 요구사항: 적절한 설치 도면을 제공하고, 관련 **설치 규격을 준수해야 하며, 관련 부서의 설치 검수를 통과해야 함. 6.5 시운전 및 교육: 공사가 완료되어 시운전이 가능해지면, 발주처에 공정 작업 지침서와 운영 절차를 제공하고, 회사의 관련 직원들에게 기술 교육을 실시해야 함. 6.6 프로젝트 관리 목표: 계약에 명시된 착공일과 준공일을 반드시 준수하고, 프로젝트 추진 과정에서 안전 관리와 예방 조치를 강화하여 안전 사고가 발생하지 않도록 하는 것입니다. 7 주요 공정 장비 목록(공정 장비표)