بخشی از مقاله
چکیده
بهبود بهره وری انرژی یک راه مهم برای کاهش هزینهها و افزایش درآمد قابل پیشبینی، به ویژه زمانیکه نوسانات قیمت انرژی بالاست، میباشد. بسیاری از فرصتهای موجود در صنایع پتروشیمی برای کاهش مصرف انرژی با یک شیوه مقرون به صرفه وجود دارد. یکی از راهکارهای مناسب جهت بالا بردن ظرفیت و کاهش مصرف انرژی در برجهای تقطیر که در سالهای اخیر در سطح جهان رواج یافته است، جایگزینی سینیها با آکنههای ساختار یافته بوده که تکنیکی با صرفه اقتصادی زیاد میباشد.
در این تحقیق برج جداساز بنزن - تولوئن در مجتمع پتروشیمی بوعلیسینا با در نظر گرفتن مدل ترمودینامیکی Soave- Redlich-Kwong با خطای 1/7% شبیهسازی شد. در ادامه با انجام شبیهسازی-های متعدد بر روی برج آکنده،نهایتاً آکنه ساختاریافتهMELLAPAK 250X 1 برای جایگزینی بجای سینیها در برج مورد نظر انتخاب گردید. و به میزان 668/3672 - KW - در بار حرارتی جوشآور برج صرفهجویی گردید، تا به بهینهسازی انرژی در واحد کمک شایانی شود.
مقدمه
فرآیند تقطیر، به عنوان مهمترین روش جداسازی، در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و صنایع شیمیایی جایگاه بسیار مهمی در مهندسی شیمی داشته و بخش عمده مباحث آن را دربر میگیرد. با توجه به وجود منابع عظیم نفت و گاز در کشورمان و نیاز روزافزون به انرژی، کاربرد تقطیر، بعنوان یکی از مهمترین تکنولوژیهای تامین انرژی اهمیت ویژهای یافته است.
امروزه از برجهای آکنده، در فرآیندهای مختلف جداسازی نظیر تقطیر، جذب و استخراج به طور گسترده استفاده میشود.[2] دو نوع عمده ستونهای سینیدار و آکنهدار در کاربردهای صنعتی در پالایشگاهها، صنایع پتروشیمی و صنایع گاز استفاده می-شود
استفاده از برجهای آکنده در صنایع شیمیایی در دهههای اخیر رایج شده است. در طی نیمه اول قرن بیستم این برجها طراحی شدند ولی کاربرد آنها بسیار محدود بود وعمدتاً برای برجهای با قطرنسبتاً کم و یا برای مقیاس آزمایشگاهی استفاده میشدند.
از ویژگیهای این برجها نسبت به برجهای سینیدار میتوان به افت فشار کمتر و بازده بالاتر اشاره کرد. آکنهها به دو دسته کلی نامنظم و ساختاریافته تقسیم میشوند. آکنههای ساختاریافته از صفحات موجدار که در کنار هم قرار گرفتهاند، تشکیل شدهاند و نسبت به آکنههای نامنظم دارای ظرفیت و راندمان بالاتری هستند ولی هزینه آنها نیز بیشتر است.
به دلیل هزینه بالا، طراحی آکنههای ساختاریافته و برجهای حاوی آن اهمیت زیادی دارد زیرا با یک طراحی دقیق میتوان هزینهها را به مقدار قابل ملاحظهای کاهش داد و در کنار آن ظرفیت و بازده بالایی را فراهم نمود.[6] از ویژگیهای بارز آکنههای ساختاریافته، ظرفیت بالا، افت فشار پایین، راندمان بالا، وزن کم و حساس نبودن به سیستمهای کفکننده میباشد
با توجه به ارزش افزوده بالایی که فرآوردههای حاصل از واحد 600 این پتروشیمی دارا میباشند؛ از این رو شبیهسازی این واحد بالاخص برج تقطیر موجود در آن که وظیفه جداسازی بنزن از تولوئن را بر عهده دارد، برای اعمال تغییرات مناسب چه در ساختار برج و چه شرایط فرآیندی در راستای بهینهسازی و افزایش راندمان واحد، امری ضروری به نظر میآید. در این تحقیق ابتدا برج واحد - T-6001 - 600 شبیه-سازی گردیده و سپس همین برج و با همان شرایط عملیاتی، با جایگزینی آکنههای ساختار یافته، مجدد شبیهسازی میشود. در ادامه تاثیر این آکنهها بر کاهش مصرف انرژی بررسی میگردد.
شرح فرآیند
برج تقطیر جداسازی بنزن-تولوئن واقع در واحد 600 پتروشیمی بوعلی سینا بندر امام میباشد که وظیفه آن جداسازی بنزن از تولوئن میباشد. خوراک برج تقطیر این واحد بنزن، تولوئن و ترکیبات با نقطه جوش برابر یا پایینتر از تولوئن میباشد. برج T-6001 شامل 60 سینی دریچهای است که سینیهای 1 تا 23 آن به فاصله 500 میلی متر، سینی خوراک به فاصله 1/5 متر، سینیهای 25 تا 42 آن به فاصله 500 میلی متر، سینی شماره 43 به فاصله 1000میلی متر و سینیهای 44 تا 60 به فاصله 500 میلی متر از یکدیگر قرار دارند.
خوراک ورودی - جریان شماره - 6005 با دمای147 درجه سانتیگراد و تحت فشار 14/8 بار به سینی شماره 24 وارد میشود. انرژی مورد نیاز برای عملیات توسط مبدل E-6003 تامین میگردد و قسمتی از محصول پایین برج به صورت جزئیبعد از گرم شدن و تبدیل به بخار مجدداً از پایین برج به برج تزریق میگردد. محصول پایین برج - جریان شماره - 6011 به کمک پمپ P-6002 A/B به واحد بعدی ارسال میگردد.
شبیهسازی برج تقطیر بنزن-تولوئن
با معلوم بودن مشخصات فرآیندی جریانهای ورودی، مشخصات فرآیندی و مکانیکی دستگاههای عملیاتی و همچنین مدل حاکم بر فرآیند، میتوان مشخصات جریانهای خروجی را محاسبه کرد. به این نوع محاسبه شبیهسازی میگویند.[9] در این قسمت از مقاله برج تقطیر بنزن- تولوئن سینیداری که در بخش قبل بدان اشاره گردید را از طریق نرمافزار شبیهساز در حالت پایا شبیهسازی مینماییمنهایتاً. شبیهسازی با استفاده از اطلاعات عملیاتی موجود و با بکارگیری مدل ترمودینامیکی Soave- Redlich -Kwong با دقت بالا و با میزان خطای 0 /00885% در محصولات کلیدی برج انجام گرفت؟
شکل.1 نمایی از محیط شبیهسازی شده برج تقطیر بنزن-تولوئن
جایگزینی آکنههای ساختاریافته و تعیین آکنه مناسب
آکنههای ساختاریافته در مقایسه با سینیها از افت فشار کمتری برخودار میباشند، همان طور که اشاره گردید، یکی از راه حلها، تعویض سینیها و در نهایت استفاده از آکنههای ساختاریافته در برج میباشد. به منظور انتخاب بهترین نوع آکنه ساختاری، چند نمونه از این آکنه ها با سطح ویژه، افت فشار و HETP1 مختلف به کار گرفته شدهاند.
در جدول - 1 - چند نمونه از آکنه ساختاریافته مورد استفاده در صنعت مشاهده میگردند. این آکنهها برای برجهای تقطیر به صورت استوانه ساخته میشوند و قطر آنها چند میلیمتر کمتر از قطر داخلی برج میباشدکه تقریبا کل سطح مقطع برج را میپوشانند آکنهها با زاویه 90 درجه نسبت به یکدیگر در برج قرار میگیرند. برای برجهایی با قطر بیشتر از 1/5 متر میتوان از آکنههایی با برشهایی که در یک استوانه قابل حمل، ساخته شدهاند استفاده نمود.
