Separarea eficientă gaz-lichid este din ce în ce mai importantă pentru a produce produse de înaltă calitate din materii prime de calitate scăzută

gaz-lichid

Giuseppe Mosca, Pierre Schaeffer și Bart Griepsma Sulzer Chemtech
Harry Kooijman Shell Global Solutions International

Vizualizat: 8138

Rezumatul articolului

Condițiile de funcționare ale fazelor mixte și cerințele pentru eficiența separării pot varia foarte mult. Prin urmare, trebuie să se acorde o atenție deosebită la alegerea celui mai potrivit dispozitiv care să corespundă datoriei specifice. Pentru aplicarea la separarea în vrac gaz-lichid, unde în general nu mai mult de 95% din lichid trebuie îndepărtat din fluxul de gaz, Schoepentoeter este un dispozitiv cu palete de alimentare cu alimentare, utilizat pentru introducerea amestecurilor gaz-lichid în coloanele de distilare sau gaz-lichid separatoare. Are două funcții principale:
• Pentru a separa lichidul de gaz
• Pentru a distribui vaporii în compartimentul de gaz al coloanei.

Dispozitivul îndeplinește aceste obiective prin tranșarea alimentării cu fază mixtă într-o serie de jeturi plate prin intermediul paletelor distribuite și orientate corespunzător. Jeturile disipează o mare parte a energiei cinetice datorită paletelor, astfel încât vaporii să pătrundă în compartimentul de gaz al coloanei într-un mod neted și uniform. Paletele asigură, de asemenea, alimentarea în fază mixtă cu accelerație centrifugă pentru a promova și/sau a îmbunătăți separarea lichidului de vapori - altfel posibil doar prin forța gravitațională.

Pentru orice serviciu dat, dispozitivul permite o secțiune de intrare a furajelor considerabil mai mică în vas, reducând astfel înălțimea și costurile coloanei totale.

Parametrii de proiectare a procesului
Principalii parametri de proiectare pentru un Schoepentoeter sunt dimensionarea duzei de alimentare, parametrul de debit și factorul de încărcare a coloanei. Acești factori sunt importanți în prezicerea eficienței sale. Dimensionarea duzei de alimentare a unui vas echipat cu un Schoepentoeter ar trebui să se bazeze pe debitul maxim, inclusiv marja de proiectare. Diametrul intern al duzei poate fi considerat egal cu cel al conductelor de alimentare în amonte către vas, cu condiția să fie îndeplinit criteriul de impuls maxim. În unele aplicații în care densitatea gazului este foarte scăzută - de exemplu, în turnurile de vid ale rafinăriilor - viteza gazului la duza de alimentare trebuie să fie ușor mai mică decât viteza critică a gazului (viteza sunetului amestecului de gaze) pentru a preveni sufocarea sau deteriorarea cauzată de vibrații. Parametrul debitului este utilizat pentru a caracteriza tipul de amestec gaz-lichid care intră în vas sau importanța relativă a încărcăturii de lichid care se apropie de dispozitivul de alimentare cu alimentare. Este proporțional cu raportul dintre fluxul de masă lichid și fluxul de masă al gazului.

În plus, performanța dispozitivului - în special eficiența de separare - este foarte afectată de factorul de încărcare a coloanei, cunoscut și sub numele de factor de capacitate. Acest factor este proporțional cu debitul volumic al gazului către secțiunea transversală a turnului.

Eficiența separării
Eficiența de separare a unui dispozitiv de alimentare pentru amestecurile gaz-lichid este în mod normal definită de raportul dintre debitul lichid separat de fluxul de gaz și debitul lichid conținut inițial în fluxul de fază mixtă.
Pentru un Schoepentoeter, eficiența de separare poate fi exprimată în funcție de diametrul duzei și coloanei, factorul de încărcare a coloanei, parametrul de debit și raportul dintre tensiunea superficială a lichidului comparativ cu tensiunea superficială a apei.

Parametrii mecanici de proiectare
Dispozitivul trebuie să fie proiectat astfel încât să respecte și să îndeplinească următoarele cerințe și criterii mecanice:
• O sarcină maximă de funcționare peste duza de alimentare de 15.000 Pa
• Rezista la propria greutate plus greutatea fluidului în condiții de proces
• Deviere în jos sau în sus sub sarcini de funcționare care nu depășesc 1% din diametrul duzei sau 15 mm, oricare dintre acestea este mai mare
• Înclinarea Schoepentoeterului nu depășește 1% din diametrul coloanei sau 15 mm, oricare dintre acestea este mai mică
• Ar trebui luată în considerare și dilatarea termică în timpul funcționării normale și în condiții tranzitorii - de exemplu pornirea și oprirea
• Pentru dispozitivele Schoepentoeter de dimensiuni mega, cele cu diametrul duzei care depășește 3m și lungimea depășește 9m, ar trebui efectuate calcule suplimentare detaliate ale rezistenței mecanice și calcule ale vibrațiilor.

Există cazuri - renovări ale turnurilor de vid ale rafinăriilor sau tamburi knockout ale sistemului de flare - în care Schoepentoeter este supus unor sarcini chiar mai grele decât cele menționate mai sus. Prin urmare, ar trebui luate unele măsuri suplimentare pentru a evita îndoirea sau ruperea vârfurilor paletelor, de exemplu folosind materiale mai groase sau folosind benzi de rigidizare în spatele vârfurilor lungi, neacceptate.

Performanță stabilită
În majoritatea cazurilor, Schoepentoeterul convențional s-a dovedit că se potrivește și chiar a depășit performanța așteptată. Există doar câteva aplicații, cum ar fi turnurile de vid ale rafinăriilor, în care eficiența de separare a fost măsurată pentru a fi mai mică decât se aștepta. Este posibil ca aceste măsurători să fi avut loc deoarece lichidul, separat de paletă, nu este transportat. Mai degrabă, lasă paleta sub forma unei perdele subțiri, care, în drumul său spre secțiunea inferioară a turnului, este supusă impulsului ascendent al vaporilor ascendenți. O porțiune din lichidul separat (antrenarea) poate fi transportată în zona de intrare a turnului. Prin urmare, eficiența de separare rezultată poate fi mai mică decât se aștepta, mai ales în condiții severe de funcționare, care sunt întâlnite în mod obișnuit în turnurile de vid ale rafinăriei, cum ar fi atunci când impulsul duzei de intrare este peste 7000-8000 Pa sau factorul de încărcare a coloanei este peste 0,09 m/s.

Cercetare și dezvoltare
Lucrări extinse de cercetare și dezvoltare au fost finalizate sub formă de teste experimentale și analize computaționale ale dinamicii fluidelor la uzina pilot Sulzer Chemtech din Winterthur și la Shell Technology Center din Amsterdam.

Scopul studiului a fost de a optimiza eficiența separării fără a compromite capacitatea hidraulică, în special căderea de presiune prin duza de alimentare și Schoepentoeter în sine. Ideea a fost de a proiecta o caracteristică care să colecteze lichidul separat într-un mod care să contrabalanseze impulsul ascendent al vaporilor ascendenți. Au fost testate mai multe tipuri de palete avansate.