Химийн үйлдвэрт нэрэх машиныг ойлгох нь
Нэрэлт нь химийн үйлдвэрлэлийн хамгийн чухал нэгжийн үйл ажиллагааны нэг юм. Лабораторид уусгагчийг цэвэршүүлэхээс эхлээд газрын тосны фракцийг боловсруулах үйлдвэрийн хэмжээнд ялгах хүртэл нэрэлт нь олон үйлдвэрлэлийн процессын гол тулгуур болдог. Энгийн төхөөрөмж эсвэл том нэрэлтийн багана гэх мэт нэрэлтийн машинууд нь хольцыг тэдгээрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэлбэлзлийн ялгаа (ууршилтын хялбар байдал) дээр үндэслэн ялгадаг. Энэ нийтлэлд нэрэлтийн системийг ажиллуулах үндсэн ойлголтууд, үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд, нэрэлтийн төрөл, үйл ажиллагааны параметрүүд, мөн бэрхшээлүүд болон аюулгүй байдлын талуудыг авч үзэх болно.
Нэрэлтийн үндсэн зарчим
Үндсэндээ нэрэлт нь бодис бүр өөр өөр буцлах цэг болон уурын даралттай байдаг гэсэн баримтыг ашигладаг. Холимгийг халаахад илүү дэгдэмхий бүрэлдэхүүн хэсгүүд уурын үе шат руу шилждэг. Дараа нь энэ уурыг конденсаторт хөргөж, шингэн (нэрмэл) болтол нь хөргөнө. Үүний зэрэгцээ, халаалтын сав эсвэл баганын ёроолд үлдсэн шингэн нь өндөр буцлах цэгтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр баялаг байх хандлагатай байдаг.
Гэсэн хэдий ч нэрэлт нь зүгээр л "халаах ба хөргөх" биш гэдгийг ойлгох нь чухал юм. Тодорхой хольцын хувьд уур-шингэний тэнцвэрт байдал (VLE) байдаг бөгөөд энэ нь тодорхой температур, даралт дахь уур ба шингэний найрлагыг тодорхойлдог. Нэрэлтийн багана дээр ууршилт ба конденсацийн процессууд янз бүрийн үе шатанд давтан явагддаг бөгөөд энэ нь ганц нэрэлтээс хамаагүй илүү хурц салалт үүсгэдэг.
Нэрэх машин/нэгжийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Аж үйлдвэрт "нэрэх машин" гэдэг нь ихэвчлэн систем хэлбэрээр ажилладаг тоног төхөөрөмжийн багцыг хэлдэг. Үүний үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь:
1. Дахин бойлер (доод баганын халаагч)
Ребойлер нь баганын ёроолд байгаа шингэний зарим хэсгийг ууршуулах дулааныг өгдөг. Үүссэн уур нь баганын дээд хэсэгт дээшилж, ялгах "хөдөлгүүр" болж үйлчилдэг. Ребойлерийн нийтлэг төрлүүдэд данхны ребойлер, термосифон ребойлер, албадан эргэлттэй ребойлер орно.
2. Нэрэлтийн багана
Багана нь үндсэн тусгаарлах төхөөрөмж юм. Энэ нь тавиур (шүүлтүүр/хавтан) эсвэл савлагаа хэлбэрээр уур-шингэн холбоо барих төхөөрөмжийг агуулдаг. Зорилго нь уур ба шингэн аажмаар тэнцвэрт байдалд хүрэхийн тулд том холбоо барих талбай үүсгэх явдал юм.
3. Тавиур эсвэл сав баглаа боодол
– Тавиурууд (жишээ нь, шигшүүрийн тавиур, хавхлагын тавиур, бөмбөлөг таг) нь өргөн хүрээний үйл ажиллагаанд тохиромжтой бөгөөд хянахад хялбар боловч даралтын уналт нь ихэвчлэн илүү их байдаг.
– Даралтын уналт бага байдаг тул вакуум нэрэлт эсвэл даралтын уналтад мэдрэмтгий системд савлах (санамсаргүй эсвэл бүтэцлэгдсэн) аргыг ихэвчлэн сонгодог.
4. Конденсатор
Конденсатор нь баганын дээд хэсгээс гарсан уурыг шингэн болгон хөргөдөг. Энэ нь бүрэн конденсатор (бүх уурыг конденсацлах) эсвэл хэсэгчилсэн конденсатор (уур-шингэний холимог үүсгэх) байж болно.
5. Рефлюкс хүрд болон рефлюкс систем
Конденсатороос гарсан нэрмэлийг цуглуулж, дараа нь түүний зарим хэсэг нь буцах урсгал хэлбэрээр баганын дээд хэсэг рүү буцаж урсдаг. Буцах урсгал нь маш чухал бөгөөд учир нь энэ нь дээшлэх уурыг доошлох шингэнээр "угааж" дээд бүтээгдэхүүний цэвэр байдлыг сайжруулдаг.
6. Шахуурга, хоолой, багажны удирдлага
Нэрэлтийн систем нь урсгалын хурд, температур, даралт болон шингэний түвшинг хянахаас хамаардаг. Тогтвортой хяналт нь бүтээгдэхүүний чанар болон эрчим хүчний үр ашгийг тодорхойлдог.
Химийн үйлдвэрт нэрэх төрлүүд
Холимгийн янз бүрийн шинж чанарыг тодорхойлохын тулд нэрэлтийн янз бүрийн төрлийг боловсруулсан:
1. Энгийн нэрэлт
Ерөнхийдөө буцалгах цэгийн зөрүү ихтэй эсвэл барзгар ялгалтанд. Илүү ихэвчлэн жижиг хэмжээний хувьд.
2. Бутархай нэрэлт
Олон салгах үе шаттай багануудыг ашиглах. Энэ нь аж үйлдвэрийн хамгийн түгээмэл хэлбэр бөгөөд жишээлбэл, бензол-толуолын ялгалт эсвэл нүүрсустөрөгчийн фракцчлал юм.
3. Вакуум нэрэлт
Буцалгах цэгийг бууруулахын тулд ажлын даралтыг бууруулах нь өндөр буцалгах цэгтэй эсвэл өндөр температурт амархан задардаг нэгдлүүдэд тохиромжтой. Жишээ нь: хүнд газрын тосны фракцууд, тодорхой мономеруудыг цэвэршүүлэх.
4. Уурын нэрэлт
Усны уурыг бага температурт органик бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ууршуулахад туслах зорилгоор шахдаг. Үүнийг эфирийн тос болон зарим уусгагчийг сэргээх процесст өргөн ашигладаг.
5. Азеотроп / олборлох нэрэлт
Азеотроп үүсгэдэг холимогуудын хувьд (уурын найрлага нь шингэний найрлагатай тэнцүү) уламжлалт нэрэлт нь өндөр цэвэршилтийг бий болгоход хэцүү байдаг. Шийдэл: харьцангуй хэлбэлзлийг өөрчлөхийн тулд уусгагч (азеотроп) эсвэл сонгомол уусгагч (олборлогч) нэмэх. Сонгодог жишээ: этанол-усны холимогоос этанолыг цэвэршүүлэх.
Чухал үйл ажиллагааны параметрүүд
Нэрэх машин оновчтой ажиллахын тулд операторууд болон инженерүүд хэд хэдэн параметрт анхаарлаа хандуулдаг.
– Баганын даралт: Буцалгах цэг болон VLE-д нөлөөлдөг. Өндөр даралт нь ажиллах температурыг нэмэгдүүлдэг; бага даралт нь халуунд мэдрэмтгий нэгдлүүдэд тусалдаг.
– Буцах харьцаа: Буцах харьцаа өндөр байх тусам ерөнхийдөө цэвэршилт нэмэгддэг боловч эрчим хүчний хэрэглээ мөн нэмэгддэг.
– Буцалгах хурд / дахин буцалгагчийн ажил: Хөөрч буй уурын хэмжээг тодорхойлно; хэт бага нь ялгарал муутай, хэт өндөр нь үер үүсгэж болзошгүй.
– Үе шатны онолын тоо болон тавиур/савлах үр ашиг: Онолын үе шатны тухай ойлголт нь зураг төсөлд тусалдаг. Бодит үр ашиг нь хольцын гидродинамик болон физик шинж чанараас хамаардаг.
– Тэжээлийн нөхцөл (температур, фаз, найрлага, хурд): Тэжээлийн нөхцөл нь температурын профайл болон баганын ачаалалд нөлөөлдөг. Тэжээлийг төлөвлөхөд урьдчилан халаагч эсвэл флэш хүрдийг ихэвчлэн ашигладаг.
Мэс заслын нийтлэг эмгэгүүд
Бодит үйл ажиллагаанд нэрэх багана нь дараах асуудлуудтай тулгарч болно.
– Үер: Уурын урсгал хэт өндөр байгаа нь шингэн доошлоход хүндрэл учруулж, даралтын уналтыг нэмэгдүүлж, бүтээгдэхүүний чанарыг бууруулдаг.
– Уйлах/хаях: Уур хэт бага байгаа тул шингэн тавиураар нэвчиж, уур-шингэний холбоо мууддаг.
– Хөөсрөлт: Хөөс нь шингэний дээшээ чиглэсэн хөдөлгөөнийг нэмэгдүүлж, цэвэршилтийг бууруулдаг.
– Нэвтрэх: Уураар дээш чиглэсэн шингэний дуслууд; нэрмэлийг бохирдуулж болзошгүй.
– Бохирдол/хавдар: Хур тунадас нь дахин бойлер/конденсатор дахь дулаан дамжуулалтыг бууруулж, савлагаа/тавиурыг бөглөрүүлдэг.
Эдгээр асуудлыг шийдвэрлэхэд ихэвчлэн дахин бойлерийн ажил, урсгал ус, даралтыг тохируулах эсвэл үечилсэн засвар үйлчилгээ (цэвэрлэгээ болон дотоод үзлэг) хийх шаардлагатай болдог.
Эрчим хүчний хэмнэлт ба дулааны интеграци
Нэрэлт нь их хэмжээний халаалт болон конденсац шаарддаг тул эрчим хүч их шаарддаг процесс гэдгээрээ алдартай. Орчин үеийн үйлдвэрлэл нь үр ашгийг дараах байдлаар нэмэгдүүлэхийг эрмэлздэг.
– Дулааны интеграци: Тэжээлийг урьдчилан халаахад бусад процессын урсгалаас дулааныг ашиглах.
– Олон эффект болон дулааны насосоор нэрэх: Уурын шахалт эсвэл даралтын зохицуулалтыг ашиглан конденсацийн дулааныг “дахин боловсруулах”.
– Хяналтын оновчлол: Дэвшилтэт процессын хяналт (APC) нь чанарыг алдагдуулахгүйгээр үйл ажиллагааг оновчтой цэгт ойр байлгахад тусалдаг.
Эдгээр үр ашгийн хүчин чармайлтууд чухал ач холбогдолтой, учир нь нэрэх төхөөрөмжийн үйл ажиллагааны зардлын гол бүрэлдэхүүн хэсэг нь эрчим хүчний зардал байдаг.
Аюулгүй байдал ба байгаль орчны талууд
Нэрэх машинууд нь өндөр температур, даралтын дор ажилладаг бөгөөд ихэвчлэн шатамхай, хортой эсвэл идэмхий материалтай харьцдаг. Тиймээс аюулгүй байдлыг нэн тэргүүнд тавих ёстой.
– Даралтын хамгаалалт: Хэт даралтыг бууруулах хавхлага болон асаалтын систем.
– Алдагдлыг хянах: Шахуурга, фланц болон хий илрүүлэх системийг битүүмжлэх.
– Бүтцийн материал: Химийн шинж чанараас хамааран зэврэлтэнд тэсвэртэй материал (жишээ нь зэвэрдэггүй ган, тусгай хайлш) сонгох.
– Ялгаралт ба хаягдал: Ууршимтгай органик нэгдлүүд (VOC)-ийг хянах, конденсатыг цэвэрлэх, аюултай материалын ялгаралтаас урьдчилан сэргийлэх.
Стандартуудыг (жишээ нь API/ASME) дагаж мөрдөх, мөн HAZOP болон хатуу чанд ажиллагааны журмыг хэрэгжүүлэх нь ослоос урьдчилан сэргийлэхэд ихээхэн тусалдаг.
Хаах
Химийн үйлдвэрт нэрэх машин механизмыг ойлгох нь термодинамик, массын дамжуулалт, дулаан дамжуулалт, тоног төхөөрөмжийн дизайн, хяналтын стратегийн хоорондын харилцан үйлчлэлийг ойлгох гэсэн үг юм. Нэрэлт нь зүгээр нэг ялгах төхөөрөмжөөс илүүтэй бүтээгдэхүүний чанар, эрчим хүчний хэрэглээ, процессын аюулгүй байдлыг тодорхойлдог нэгдсэн систем юм. Зөв нэрэх арга, тохиромжтой баганын загвар, хяналттай, үр ашигтай ажиллагааг сонгосноор үйлдвэр нь өндөр цэвэршилттэй химийн бүтээгдэхүүнийг эдийн засгийн хувьд аюулгүй үйлдвэрлэх боломжтой.
Хэрэв та хүсвэл би энэ нийтлэлийг илүү техникийн (рефлюксийн харьцааны тооцооллын жишээ, онолын үе шатууд эсвэл МакКейб-Тиел) эсвэл ерөнхий уншигчдад илүү түгээмэл болгохын тулд өөрчилж болно.
