اختيار وتطبيق هندسي لتكنولوجيا الفصل بالتdestilation في المجال البتروكيماوي

مجرد

في مجال إنتاج البتروكيميائيات الدقيقة، يُعد فصل المواد غير النفطية (مثل المذيبات العضوية، والكيماويات الخاصة، والمركبات الوسيطة الدقيقة، وغيرها) بالتقطير حلقة عملية رئيسية. ويقوم هذا البحث بتحليل منهجي لسيناريوهات التطبيق، ومبادئ اختيار المعدات، والممارسات الهندسية لتقنيات التقطير المختلفة في معالجة المواد غير النفطية، بالاعتماد على خصائص معدات مثل الأعمدة ذات الرفوف، والأعمدة المحشوة، وأجهزة التبخر الرقيق، مما يوفر مرجعًا تقنيًا للشركات البتروكيميائية.

1. التحديات التقنية في فصل المواد غير النفطية بالتقطير

1.1 خصائص المواد المعقدة

تملك المواد البتروكيميائية غير النفطية عادةً الخصائص التالية:

- الحساسية للحرارة: تميل المواد الكيميائية الدقيقة مثل الإبوكسيدات ومونومرات السيليكون العضوي إلى التحلل أو التبلمر أو التغير اللوني عند درجات الحرارة العالية، مما يتطلب درجات حرارة منخفضة للتقطير وأزمنة إقامة قصيرة.

- مدى واسع للвязوجة: يمكن أن تتراوح اللزوجة بفرق مئات المرات، من المذيبات ذات اللزوجة المنخفضة (مثل الميثانول وأسيتات الإيثيل) إلى الوسائط البوليمرية عالية اللزوجة (مثل بولي إيثر بوليولات).

- نقاط غليان متقاربة: فصل المتماكبات (مثل بارا-زايلين/أورثو-زايلين) وفصل المخاليط الغازية المتساوية المغليان يتطلب معدات نقل كتلة عالية الكفاءة مع متطلبات عالية بالنسبة للأطباق النظرية.

- تآكل كبير: للمواد مثل الأحماض العضوية والهيدروكربونات المهلجنة متطلبات صارمة على مواد المعدات، ويُطلب اختيار مواد مقاومة للتآكل أو طلاءات خاصة.

1.2 متطلبات عملية صارمة

- نقاء عالي للمنتج: عادةً ما تتطلب المواد الكيميائية الإلكترونية والمركبات الوسيطة الصيدلانية نقاءً بنسبة ≥99.5%، أو حتى أكثر من 99.9%.

- الحساسية تجاه العائد: تكون المنتجات عالية القيمة المضافة شديدة الحساسية تجاه فقدان المواد، ويمكن أن يحقق كل زيادة بنسبة 1% في العائد فوائد اقتصادية كبيرة.

- التحكم في استهلاك الطاقة: عملية التقطير تعد عملية وحدوية مستهلكة للطاقة بشكل كبير، ويمكن أن يشكل استهلاك الطاقة ما بين 30-50% من إجمالي تكلفة الإنتاج. وتُعد ترشيد استهلاك الطاقة وتقليله من المتطلبات الأساسية.

- الامتثال البيئي: أصبحت متطلبات التحكم في انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) وتقليل السوائل الناتجة عن النفايات أكثر صرامة.

2. مقارنة واختيار تقنيات معدات التقطير الرئيسية

2.1 تقنية الأعمدة الرفية

2.1.1 المزايا الأساسية

- مرونة تشغيل كبيرة: تتأثر الأعمدة الرفية بالفيضان والتسرب، ولكن الأعمدة المصممة جيدًا تمتلك نطاق تعديل حمل يتراوح بين 30%-110%، مما يمكنها من التكيف مع التقلبات في الإنتاج.

- قدرة تكيف قوية مع نسب سائل-غاز منخفضة: عندما تكون نسبة السائل إلى الغاز أقل من 0.5، فإن الأعمدة المحشوة تشهد انخفاضًا حادًا في الكفاءة بسبب الترطيب غير الكافي، في حين يمكن للأعمدة ذات الصواني الحفاظ على تأثير انتقال كتلي مستقر.

- صيانة مريحة: يمكن فك الصواني لفحصها وإصلاحها، مما يؤدي إلى تكاليف صيانة منخفضة للأنظمة التي تتطلب تنظيفًا دوريًا للتراكمات والبوليمرات.

- اقتصادية القطر الكبير: عندما يكون قطر العمود أكبر من 800 مم، تكون تكلفة أعمدة الصواني عادةً أقل بنسبة 15-25٪ مقارنة بالأعمدة المحشوة.

2.1.2 التطبيقات النموذجية

- فصل المركبات العطرية: تقطير البنزين-التولوين-الزيلين باستخدام صواني صمام الطفو أو صواني الشاشة، بقطر عمود يتراوح بين 1.5 و3.5 متر وعدد ألواح نظرية يتراوح بين 40 و80.

- استرجاع الهيدروكربونات المكلورة من المنتجات الثانوية لصناعة الكلور-القلوي: معالجة الأنظمة العضوية التي تحتوي على كلوريد الهيدروجين باستخدام صواني من سبائك الهستلوي أو مبطنة بالبوليتيترافلوروإيثيلين (PTFE)، بضغط تشغيل يتراوح بين 0.2 و0.5 ميجا باسكال.

- تجفيف المذيبات: تجفيف وتقطير الكحول الإيزوبروبيلي والإيثانول باستخدام عملية التقطير الأزوتروبي، بقطر عمود يتراوح بين 0.8-2.0 متر.

2.1.3 نقاط التصميم الرئيسية

- اختيار الرفوف:

- رفوف الشاشة: هيكل بسيط، تكلفة منخفضة، مناسبة للأنظمة النظيفة.

- رفوف الصمام العائم: أقصى درجات المرونة في التشغيل وأداء جيد ضد الانسداد.

- رفوف الغطاء الفقاعي: تدفق منخفض ولكن كفاءة عالية، مناسبة لنسب السوائل إلى الغاز المنخفضة.

- تباعد الرفوف: تقليديًا 450-600 مم؛ يُقلص إلى 350 مم للأعمدة ذات الحمل العالي ويُزيد إلى 600-800 مم للأعمدة المفرغة.

- نظام الحاجز والأنبوب الهابط: استخدام أنابيب هابطة على شكل قوس، بحيث تمثل مساحة الأنبوب الهابط 12-15% من المساحة العرضية للعمود، مع ضمان زمن بقاء سائل من 3-7 ثوانٍ.

2.2 تقنية الأعمدة المحشوة

2.2.1 المزايا الأساسية

- انخفاض ضغط منخفض للغاية: إن فقدان الضغط لكل رف نظري هو فقط 0.01-0.3 كيلوباسكال، وهو ما يعادل خمس ما يحدث في الأعمدة ذات الرفوف، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للتقطير تحت الفراغ والمواد الحساسة للحرارة.

- كفاءة فصل عالية: تمتلك الحشوات المنظمة (مثل الحشوات المموجة والحشوات الشبكية) قيمة HETP تتراوح بين 0.15 و0.5 متر، وهي أفضل بكثير من القيمة التي تتراوح بين 0.5 و1.0 متر في أعمدة الرفوف.

- سعة كبيرة: نسبة المسامية في طبقة الحشوة تزيد عن 90%، ويمكن أن تصل سرعة الغاز إلى 1.5-2 مرة من تلك الموجودة في أعمدة الرفوف، مما يزيد من قدرة المعالجة لكل وحدة مساحة مقطعية بنسبة 30-50%.

- مقاومة قوية للتآكل: يمكن اختيار حشوات غير معدنية مثل الخزف، والجرافيت، وPTFE، وهي مناسبة للأنظمة شديدة التآكل.

2.2.2 التطبيقات النموذجية

- التقطير تحت الفراغ:

- مركبات عضوية حساسة للحرارة (مثل وسيطات الفيتامينات) بدرجة فراغ تبلغ 1-10 كيلوباسكال، باستخدام حشوات منظمة معدنية.

- مركبات ذات نقطة غليان عالية (مثل مُطريّ DOP) مع درجة فراغ < 1 كيلوباسكال، تُستخدم حشوات سلكية مموجة.

- الأنظمة المسببة للتآكل:

- تنقية عضويات الكلوروسيلان: باستخدام حلقات راشيغ من السيراميك أو حشوات سرجية من السيراميك.

- المواد التي تحتوي على мерكابتان: اختيار حشوات من الجرافيت أو حشوات معدنية مطلية بـ PTFE.

- الفصل الدقيق:

- فصل المتماكبات (الزايلين-ب، -س، -م): حشوات معدنية مموجة ذات فتحات مع HETP يتراوح بين 0.2-0.3 متر.

- إعداد مذيبات عالية النقاء (IPA للدرجة الإلكترونية): أعمدة معبأة بشكل منظم بأكثر من 100 طبق نظري.

2.2.3 نقاط التصميم الرئيسية

مصفوفة اختيار الحشوات:

نوع التعبئة	HETP (م)	انخفاض الضغط (Pa/م)	عامل السعة	سيناريوهات التطبيق
تعبئة معدنية عشوائية (حلقة بال)	0.4-0.6	150-250	متوسطة	التصحيح التقليدي
حلقة راشيغ الخزفية	0.5-0.8	200-300	منخفض	الأنظمة شديدة الت.Corrosive
تعبئة معدنية منظمة (250Y)	0.25-0.35	80-150	مرتفع	الفرصل تحت فراغ / عالي الكفاءة
تعبئة سلكية موجّبة	0.15-0.25	50-100	أعلى	فراغ شديد / مواد حساسة للحرارة

موزعات السائل:

- نوع الرش: مناسب للمواد قليلة اللزوجة (<5mPa·s)، مع كثافة توزيع > 100 نقطة/م².

- النوع القنوي: لمواد متوسطة اللزوجة (5-50mPa·s)، وبتجانس توزيع ±5%.

- النوع الأنبوبي: للمواد عالية اللزوجة (>50mPa·s) أو التي تحتوي على مواد صلبة.

المسافة بين أجهزة إعادة التوزيع:

- الحشوات العشوائية: تركيب طبقة واحدة كل 5-8 أمتار.

- الحشوات المنظمة: التركيب كل 10-15 متراً أو كل 3-4 طبقات من الحشوات.

2.3 تقنية التبخر ذي الفيلم الرقيق

2.3.1 المزايا الأساسية

- زمن بقاء منخفض جداً: تبقى المواد على السطح المسخن لمدة تتراوح بين 2-10 ثوانٍ، مما يمنع تحلل المواد الحساسة للحرارة.

- التشغيل في ظل فراغ عالي جداً: يمكن التشغيل عند ضغط مطلق يتراوح بين 0.1-100 باسكال، ما يقلل درجة حرارة التبخر بمقدار 50-100℃.

- قابلية تتكيف عالية مع اللزوجة: يمكن التعامل مع مواد تصل لزوجتها إلى 10⁴ مللي باسكال·ثانية.

- كفاءة فصل عالية في مرحلة واحدة: التبخر في مرحلة واحدة يعادل 2-5 أطباق نظرية.

2.3.2 سيناريوهات التطبيق النموذجية

- تنقية مونومرات الراتنجات الإيبوكسية:

- المادة: راتنجات الإيبوكسي ثنائية الفينول A (E-51)

- ظروف التشغيل: 0.1-1.0 باسكال، 160-180℃

- التأثير: انخفض الانحراف المعياري لقيمة الإيبوكسي من 15% إلى 5%، وانخفض مؤشر اللون APHA من 150 إلى 50.

- فصل مونومرات السيليكون العضوي:

- المادة: استرداد ثنائي ميثيل سيلوكان (M₂) من بقايا ذات درجة غليان عالية

- ظروف التشغيل: 1-10 باسكال، 120-150℃

- تحسين العائد: ارتفع العائد الكلي لـ M₂ بنسبة 2-3٪، مما يحقق فائدة إضافية سنوية قدرها 9 ملايين يوان صيني (للمصنع بسعة 50,000 طن/سنة).

- تنقية الملدنات:

- المادة: دايوكتيل فثالات (DOP)، دايوكتيل تيريفثالات (DOTP)

- الظروف التشغيلية: 0.5-5 باسكال، 260-280°م

- تحسين النقاء: من 99.0% إلى أكثر من 99.6%، بما يفي بمتطلبات المواد الغذائية.

- الوسائط الصيدلانية الحساسة للحرارة:

- المادة: وسيط سلسلة جانبيّة لمضاد حيوي

- الظروف التشغيلية: 0.5 باسكال، 80-100°م (نقطة الغليان الجويّة 220°م)

- معدل التحلل: من 8% إلى أقل من 1%.

2.3.3 اختيار المعدات

مقارنة بين أنواع المبخرات ذات الأغشية الرقيقة:

النوع	معدل التدفق (كغ/س)	نطاق اللزوجة (مللي باسكال·ثانية)	درجة الشفط (با)	المواد المناسبة
فيلم ساقط	50-500	<50	10-1000	المذيبات منخفضة اللزوجة
التقطير بفيلم ممسوح	20-200	10-10⁴	0.1-100	المواد عالية اللزوجة / المتسببة في الترسب
التقطير بمسار قصير	5-100	5-10³	0.1-10	المواد شديدة الحساسية للحرارة / العالية القيمة المضافة

معلمات المواصفات النموذجية (باعتبار المبخر ذو الغشاء المسحوك مثالاً):

- مساحة التبخر: 0.5-5.0 م²

- درجة حرارة غلاف التسخين: تصل إلى 350℃ (الزيت الحراري)، 400℃ (الملح المنصهر)

- سرعة الممسحة: 50-300 دورة في الدقيقة (قابلة للتعديل)

- المادة: 316L (قياسي)، Hastelloy C-276 (مقاوم للتآكل العالي)، التيتانيوم (الأنظمة التي تحتوي على الكلور)

3. استراتيجيات دمج وتحسين العمليات

3.1 عملية السلسلة متعددة الأعمدة

مزيج عمود الفصل المسبق + عمود التقطير:

حالة: استرجاع المكونات الخفيفة من المنتجات الثانوية لمصنع إنتاج الفينول والأسيتون المشترك

- عمود الفصل المسبق: عمود محشو، القطر=1.2م، الارتفاع=8م، لفصل الهيدروكربونات الخفيفة C3-C5.

- عمود التقطير: عمود ذو أطباق، القطر=1.8م، 45 طبقاً نظرياً، لفصل البنزين/التولوين/المكونات الثقيلة.

- النتيجة: تم تخفيض الاستهلاك الكلي للطاقة بنسبة 18٪، ونقاء المنتجات جميعها >99.5٪.

3.2 عملية التبخر-التنقية المدمجة

المبخر الرقيق المغشوق + تركيب عمود التعبئة:

الحالة: إنتاج البولي إيثر بوليول

- المرحلة 1: مبخر أفلام رقيقة (نوع فيلم ممسوح، 2.5 م²) لإزالة الأوليغومرات والمذيبات.

- ظروف التشغيل: 50-200 باسكال، 130-150℃

- معدل الإزالة: الأوليغومرات >95%، المذيبات المتبقية <0.03%

- المرحلة 2: عمود تنقية معبّى (تعبئة منظمة معدنية) لاسترداد المذيبات لإعادة التцикл.

- ظروف التشغيل: الضغط الجوي، نسبة الراجع 3:1

- نقاء المذيب: >99.8%، معدل الاسترداد >98%

- الفائدة الاقتصادية: انخفاض فقد المذيب من 5% إلى 0.8%، وتوفر 4.2 مليون يوان سنويًا.

3.3 تقنيات ترشيد استهلاك الطاقة والحد من الاستهلاك

3.3.1 التقطير باستخدام مضخة حرارية

السياقات القابلة للتطبيق: الأنظمة التي يكون فيها التقلب النسبي بين 1.2 و2.0، مع فرق درجة حرارة بين القمة والقاعدة يتراوح بين 20 و50℃.

حالة عملية: تقطير الإيثانول والماء

- اعتماد إعادة ضغط البخار الميكانيكي (MVR) باستخدام مضخة حرارية.

- يتم ضغط بخار القمة (78℃، 50kPa) ليصل إلى 110℃ و120kPa، ثم يُرسل إلى المرجل.

أثر توفير الطاقة: انخفاض استهلاك البخار بنسبة 65٪، مما يوفر 1.8 مليون يوان سنويًا (لمصنع بإنتاجية 10,000 طن/سنة).

3.3.2 التقطير المتكامل حراريًا

تقنية الأعمدة ذات الجدار الفاصل (DWC):

حالة عملية: فصل مكونات البنزين-التولوين-الزايلين الثلاثية

- المخطط التقليدي: عمودين تقطعيين على التوالي.

- مخطط العمود ذو الجدار الفاصل: يتم تركيب جدار فاصل داخل عمود واحد لتحقيق فصل أولي وفصل رئيسي.

- الأثر: انخفاض استثمار المعدات بنسبة 30٪، وانخفاض استهلاك الطاقة بنسبة 25٪، وانخفاض المساحة الأرضية المطلوبة بنسبة 40٪.

4. تحليل حالة هندسية

الحالة 1: مشروع استرداد وتنقية الـDMF في حديقة كيميائية

خلفية المشروع:

- مصدر المادة: سائل نفايات مائي يحتوي على الـDMF من الشركات الدوائية وشركات الجلد الصناعي (محتوى الـDMF يتراوح بين 15-30٪)

- مقياس المعالجة: 8,000 طن/سنة من السوائل النفايات، باسترجاع 2,000 طن/سنة من الـDMF

- متطلبات المنتج: الـDMF من الدرجة الصناعية (نقاوته ≥99.9٪، محتوى الرطوبة <0.05٪)

الطريقه العملية:

1. ما قبل التركيز: عمود معبّد (تعبئة سرج خزفي)

- قطر العمود: DN600، ارتفاع طبقة الحشوة 6 أمتار

- ظروف التشغيل: الضغط الجوي، درجة حرارة أعلى نقطة 65℃، درجة حرارة أسفل نقطة 105℃

- تركيز المخرج: DMF 70-80%

2. تنقية الت_RECTIFICATION: عمود رشاش (قرص منخّر)

- قطر العمود: DN800، 30 ألواح نظرية

- ظروف التشغيل: ضغط سلبي ضعيف (-5kPa)، درجة حرارة أعلى نقطة 48℃

- نقاء المنتج: DMF 99.92%، الرطوبة 0.03%

3. إزالة الترطيب بعمق: مبخر ذو فيلم رقيق

- المواصفة: نوع فيلم ممسح، مساحة التبخر 1.5m²

- ظروف التشغيل: 10-50Pa، درجة الحرارة 80-100℃

- المنتج النهائي: DMF 99.95%، الرطوبة <0.01%

نقاط الابتكار التقني:

- اعتماد فصل ثلاثي المراحل بـ "عمود تكثيف معبأ + تقطير عمود طوقي + تجفيف عميق باستخدام مبخر رقيق الفيلم".

- يستخدم عمود التكثيف المسبق حشوات سيراميك على شكل سرج، مقاومة لتآكل DMF وأداء جيد ضد الترسبات.

- يتميز المبخر الرقيق الفيلم بزمن إقامة قصير (3-5 ثوانٍ)، مما يتجنب التحلل الحراري العالي لـ DMF.

المؤشرات الاقتصادية والتقنية:

- الاستثمار الإجمالي: 6.8 مليون يوان

- معدل استرداد DMF: 92%

- تكلفة التشغيل: 2800 يوان/طن من DMF (تشمل البخار والكهرباء والأيدي العاملة)

- السعر في السوق: 6500 يوان/طن

- فترة الاسترداد: 2.1 سنة

- العائد الداخلي (IRR): 38%

الحالة 2: تنقية مونومرات الإبوكسي رزين في مؤسسة كيميائية دقيقة

خلفية المشروع:

- المادة: راتنجات الإبوكسي الأولية من نوع ثنائي فينول A (قيمة الإبوكسي 0.50-0.53، اللون APHA 150-200)

- متطلبات المنتج: راتنجات إبوكسي من الدرجة الإلكترونية (قيمة الإبوكسي 0.51±0.01، اللون أقل من 30، والأيونات المعدنية أقل من 5 جزء في المليون)

- المقياس المعالَم: 3,000 طن/سنة

صعوبات تقنية:

- راتنج الإيبوكسي شديد الحساسية للحرارة ومعرض للبلمرة والتلون عند درجات حرارة تزيد عن 180℃.

- لزوجة عالية (حوالي 500mPa·s عند 150℃)

- يحتوي على شوائب مثل الأوليغومرات والأسيتون غير المتفاعل.

مخطط العملية: التقطير الجزيئي ذي المسار القصير

معلمات المعدات:

- النوع: منقي تقطير بفيلم ممسوح قصير المسار

- مساحة التبخر: 0.8م²

- درجة حرارة التسخين: 160-180℃

- درجة الفراغ: 0.1-1.0 باسكال (نظام مضخة انتشار الزيت)

- سرعة الماسح: 150-200 دورة في الدقيقة

- درجة حرارة المكثف: -10℃ (سائل تبريد إيثيلين جلايكول)

- المادة: فولاذ مقاوم للصدأ 316L، مصقول Ra≤0.4μm

تدفق العملية:

1. ما قبل التسخين: تسخين المنتج الخام إلى 120℃ لتقليل اللزوجة.

2. التغذية: تغذية مستمرة باستخدام مضخة قياسية، معدل التدفق 8-12 كجم/ساعة.

3. التبخر: المكونات الخفيفة (الماء، الأوليغومرات) تتبخر إلى المكثف.

4. الجمع: يتم تفريغ المكونات الثقيلة (المنتجات) من قاع العمود، وتُجمع المكونات الخفيفة كنفايات.

مقارنة جودة المنتج:

مؤشر	المواد الخام	المنتج	مدى التحسن
قيمة الايبوكسي	0.50-0.53	0.51±0.005	انخفض معامل التختلاف (CV) من 6% إلى 1%
اللون APHA	150-200	<30	انخفاض بنسبة 83%
معامل التختلاف للّزوجة (CV)	15%	5%	تم التخفيض بنسبة 67%
الأيونات المعدنية	15-25 جزء في المليون	أقل من 5 جزء في المليون	تم التخفيض بنسبة 75%
بقايا ثنائي فينول A	500-800 جزء في المليون	<50ppm	تم التقليل بنسبة 93%

الفوائد الاقتصادية:

- استثمار المعدات: 1.8 مليون يوان صيني

- زيادة سعر الوحدة المنتجة: من 18,000 يوان صيني للطن إلى 32,000 يوان صيني للطن

- إيرادات مبيعات إضافية سنوية: 42 مليون يوان صيني

- التكلفة التشغيلية السنوية: 1.8 مليون يوان صيني (كهرباء، مبردات، عمالة)

- صافي ربح إضافي سنوي: 36 مليون يوان صيني

- فترة الاسترداد: 0.5 سنة

الحالة 3: إصلاح نظام استرجاع مذيبات الاستخلاص العطرية في شركة كيميائية نفطية

خلفية المشروع:

- المعدات الأصلية: عمود ذو أطباق، قطره DN2000، 40 طبقة من الشبكات، معدل التدفق 50 طن/ساعة

- المشاكل الحالية:

- انخفاض الضغط العالي (0.8 كيلوباسكال لكل طبق، إجمالي انخفاض الضغط 32 كيلوباسكال)، استهلاك طاقة مرتفع.

- كفاءة فصل منخفضة، نقاء استرداد المذيبات 98.5% فقط، ومعدل الفقد 3%.

- الأطباق عرضة للانسداد، ويُطلب تنظيفها 2-3 مرات سنويًا.

مخطط التجديد: الاستبدال بعمود معبأ منظم معدني

المخطط التقني:

- نوع الحشوة: حشوة منظمة معدنية مموجة بنافذة (نوع 250Y)

- ارتفاع طبقة الحشوة: 12 مترًا (مقسّم إلى 4 طبقات، 3 أمتار لكل طبقة)

- موزع السائل: موزع أنبوب مثقب، بكثافة نقاط توزيع 120 نقطة/م²

- إعادة التوزيع: يتم تركيبها في أعلى كل طبقة حشوة، وبنظام صينية قناة.

مقارنة تأثير التجديد:

مؤشر	قبل التجديد (عمود الصفيح المنخل)	بعد التجديد (عمود محزم)	التحسين
إجمالي انخفاض الضغط (kPa)	32	6.5	انخفاض بنسبة 80%
HETP (م)	0.8	0.3	انخفض بنسبة 62%
نقاء المذيب (%)	98.5	99.7	زاد بنسبة 1.2%
معدل فقد المذيب (%)	3.0	0.8	انخفض بنسبة 73%
استهلاك البخار (طن/ساعة)	6.5	4.2	تم تخفيض بنسبة 35%
أوقات الصيانة السنوية	2-3	<1	تم التخفيض بنسبة 67%

التحليل الاقتصادي:

- استثمار التجديد: 4.2 مليون يوان

- التوفر السنوي من البخار: 20,000 طن (سعر البخار 200 يوان/طن)

- التقليل السنوي في فقدان المذيب: 960 طن (سعر المذيب 6,000 يوان/طن)

- وفرة سنوية في تكلفة الصيانة: 800,000 يوان

- الفائدة الاقتصادية السنوية: 9.8 مليون يوان

- فترة الاسترداد: 5.1 شهر

5. شجرة قرار اختيار المعدات

استنادًا إلى التحليل أعلاه، يُقترح العملية التالية لاتخاذ القرار:

الخطوة 1: توضيح خصائص المادة

- الحساسية للحرارة: درجة التحلل أقل من 150℃ → إعطاء الأولوية لمحولات التبخر الرقيقة أو الأعمدة المحشورة تحت تضوئ.

- اللزوجة: أكثر من 100 مللي باسكال·ثانية → محولات التبخر الرقيقة أو الأعمدة ذات الأطباق، مع تجنب الأعمدة المحشورة التقليدية.

- التآ corrosiveness: تآكل عالي → أعمدة محشورة (بأحشائ غير معدنية) أو أعمدة ذات أطباق بمواد خاصة.

الخطوة 2: تحديد متطلبات الفصل

- عدد الأطباق النظرية أقل من 20 → أعمدة ذات أطباق أو أعمدة محشورة عشوائيًا.

- عدد الأطباق النظرية من 20 إلى 50 → أعمدة ذات أطباق أو أعمدة محشورة منظمة.

- عدد الأطباق النظرية أكثر من 50 → أعمدة محشورة منظمة.

الخطوة 3: تقييم ظروف التشغيل

- درجة التضوئ أقل من 10 كيلوباسكال → الأعمدة المحشورة (تمiliki مزية كبيرة في انخفاض فرق الضغط)

- الضغط الجوي أو الضغط → يمكن استخدام كل من الأعمدة ذات الأطباق والأعمدة المحشورة.

- نسبة السائل إلى الغاز <0.5 → الأعمدة ذات الأطباق.

- نسبة السائل إلى الغاز >2 → الأعمدة المحشورة.

الخطوة 4: مراعاة العوامل الاقتصادية

- قطر العمود <800 مم → الأعمدة المحشورة أقل تكلفة.

- قطر العمود >800 مم → الأعمدة ذات الأطباق أقل تكلفة.

- تكرار الصيانة العالي → الأعمدة ذات الأطباق (يسهل فكها).

- الحساسية لاستهلاك الطاقة → الأعمدة المحشورة أو المبخرات ذات الأغشاف الرقيقة.

الخطوة 5: الاختيار الأولوي في سيناريوهات خاصة

- الأنظمة القابلة للبلمرة → تجنب الأعمدة المحشورة، واختر الأعمدة ذات الأطباق أو المبخرات ذات الأغشاف الرقيقة.

- أنظمة التخمير → أعمدة معبأة (تؤدي إلى كسر الرغوة بشكل جيد).

- المحاليل المعلقة التي تحتوي على مواد صلبة → أعمدة ذات صواني أو مبخرات بطبقة رقيقة ممسوحة.

- المنتجات فائقة النقاء → مبخرات ذات طبقة رقيقة أو أعمدة معبأة منظمة عالية الكفاءة.

6. اتجاهات التطوير المستقبلية

6.1 ذكاء المعدات

تقنية المراقبة عبر الإنترنت:

- مراقبة في الوقت الفعلي لتوزيع درجة الحرارة في طبقات الصواني/الحشوات (قياس درجة الحرارة باستخدام الألياف البصرية).

- تحليل الانخفاض عبر الإنترنت للضغط لتحذير من حدوث الفيضانات أو التسرب السائل.

- تحليل المكونات عبر الإنترنت (كروماتوغرافيا عبر الإنترنت، طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة NIR).

نظام تحكم ذكي:

- تحسين معلمات التشغيل بالاعتماد على تعلم الآلة.

- نظام خبير لتشخيص الأعطال.

تقنية التماثل الرقمي لمحاكاة العمليات وتحسينها.

6.2 أنواع جديدة من الحشوات والأطباق

الحشوات عالية السعة:

- حشوات منظمة من الجيل الرابع (HETP 0.1-0.2 أمتار، تم زيادة السعة بنسبة 50٪).

- حشوات مخصصة مصنوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد (تصميم قنوات تمرور تعب معقد).

أنواع جديدة من الأطباق:

- أطباق منخلية موجهة (تمديد زمن تواصُل الغاز-السائل، كفاءة متزيدة بنسبة 15٪).

- صمامات عوامة مركبة (تم توسيع المرونة التشغيلية إلى 20-120٪).

6.3 تطبيق متعمق لتقنيات تiết الطاقة

- نشر تقنية المضخة الحرجة MVR: تم النشر في أنظمة الت_RECTIFICATION_ التي تتتميز بفروق حرارة منخفضة (<30℃)، من المتوقع توفير الطاقة بنسبة 50-70٪.

- التسخية المساعدة بالطاقة الشمسية: استخدام مجمّعات شمسية لتوفير جزء من الحرارة للتبخير، ومناسبة للمناطق الشمالية والشمالية الغربية في الصين.

- استخدام سلسلة حرارة النفايات: تحسين شبكات البخار ذات مستويات الضغط المتعددة لزيادة استرداد الحرارة.

6.4 الت��نة والتجزيل

تقنية انعدام الانبعاثات:

- استرجاع تتكثِّف المركبات العضوية المتطايرة + الامتصاص بالتركيز لتحقيق انبعاث الغازات وفق المعايير المطلوبة.

- تبخير وتبلور مياه صناعية عالية الملوحة لتحقيق التصريف الصفري لمياه الصرف.

التجهيزات المركبة على منصات ووحدات نمطية:

- أجهزة تقطير صغيرة الحجم ونمطية (معدل التدفق <10 أطنان/يوم).

- نشر سريع (دورة تسليم <3 أشهر)، مناسبة للإنتاج متعدد الأصناف وبكميات صغيرة في الصناعات الكيماوية الدقيقة.

7. الاستنتاجات والتوصيات

7.1 الاستنتاجات الأساسية

1. تُعد الأعمدة ذات الصواني مناسبة للسيناريوهات التي تتضمن نسبًا كبيرة بين السائل والغاز، ومرونة تشغيل عالية، وصيانة متكررة، ولها مزايا اقتصادية واضحة عندما يكون قطر العمود >800 مم.

2. تؤدي الأعمدة المحشوة أداءً ممتازًا في التقطير تحت الفراغ، والمواد الحساسة للحرارة، وحقول الفصل عالية الكفاءة، مع كفاءة فصل وأفضل تحكم في استهلاك الطاقة مقارنة بالأعمدة ذات الصواني.

3. تعد المبخرات ذات الأغشية الرقيقة الخيار الأمثل لمعالجة المواد عالية اللزوجة، والحساسة حراريًا، والمرتفعة القيمة المضافة. وعلى الرغم من ارتفاع الاستثمار، فإن جودة المنتج تتحسن بشكل ملحوظ.

4. يمكن للعمليات المدمجة (مثل التبخير + التقطير، أو الفصل المسبق + التقطير) تحقيق توازن بين تأثير الفصل والاقتصاد، وهي الاتجاه السائد في الممارسة الهندسية.

7.2 التوصيات الهندسية

مرحلة التصميم:

- إجراء اختبارات شاملة لخصائص المواد (اللزوجة، الثبات الحراري، بيانات الاتزان الطوري).

- استخدام برنامج محاكاة العمليات الاحترافي (Aspen Plus، HYSYS) لتحسين العمليات.

- خصص هامش تصميم بنسبة 10-15٪ للتعامل مع تقلبات المواد.

ت procurement المعدات:

- يُفضل الموردين ذوي النضج وفحص أدائهم وقدراتهم في خدمة ما بعد البيع.

- اختيار علامات تجارية مستوردة أو محلية من الطراز الأول للمكونات الرئيسية (مثل الموزعات والحشوات).

- توقيع بنود ضمان الأداء لتحديد مؤشرات مثل كفاءة الفصل واستهلاك الطاقة.

البناء والتثبيت:

- الت controlling انحناء موزع السائل في العمود المحشو ضمن ±2 مم/م.

- فحص استواء وتباعد كل طبق بعد تركيب العمود الصفائحي.

- إجراء فحص دقيق لاكتشاف التسرب في النظام المفرغ، مع انحراف درجة الفراغ أقل من 10%.

التركيب والتشغيل:

- صياغة خطة تشغيل مفصلة والمضي قدمًا خطوة بخطوة (فحص النظام → تنظيف وتبديل → تشغيل تجريبي بالماء → التغذية).

- إنشاء قاعدة بيانات للمعايير التشغيلية وتسجيل النافذة التشغيلية المثالية.

- إجراء فحوصات دورية للمعدات وإنشاء نظام للصيانة.

7.3 اتجاهات البحث والتطوير التقني

على مستوى المؤسسة:

- التعاون مع الجامعات والمعاهد البحثية لتطوير أنواع جديدة من الحشيات والأطباق.

- إدخال تقنية المحاكاة باستخدام ديناميكا السوائل الحسابية (CFD) لتحسين توزيع مجال التسريان داخل العمود.

- إنشاء منصة تجريبية لاختبار العمليات والتكنولوجيات الجديدة.

على مستوى الصناعة:

- صياغة المعايير والمواصفات الفنية للتقطير المواد غير النفطية.

- بناء منصة تبادل فني لتعزيز تبادل الخبرات.

- تعزيز التطبيق المتعمق للتصنيع الذكي والتصنيع الأخضر في مجال التقطير.

من خلال الاختيار العلمي، والتصميم الدقيق، والإنشاء الصارم، والتشغيل المُحسَّن، يمكن لنظام فصل التقطير للمواد البتروكيميائية غير النفطية أن يحقق أهداف الإنتاج الفعالة، وتوفير الطاقة، وحماية البيئة، والجوانب الاقتصادية، مما يخلق فوائد اقتصادية واجتماعية كبيرة للشركات.