การคัดเลือกและการประยุกต์ใช้วิศวกรรมของเทคโนโลยีการแยกด้วยการกลั่นในด้านปิโตรเคมี

ภาพย่อ

ในด้านการผลิตของสารเคมีปิโตรเคมีระดับฟายน์ การแยกกลั่นของวัสดานอกน้ำมัน (เช่น ตัวทำละลายอินทรีย์ เคมีพิเศษ สารตัวกลางระดับฟายน์ ฯลฯ) เป็นกระบวนการสำคัญ ด้วยการรวมคุณลักษณะของอุปกรณ์ต่างๆ เช่น คอลั่งแบบถาด คอลั่งแบบบรรจุ และเครื่องระเหยแบบฟิล์มบาง บทความนี้วิเคราะห์อย่างเป็นระบบเกี่ยวกับสถานการณ์การประยุกต์ใช้ หลักการคัดเลือกอุปกรณ์ และการปฏิบัติทางวิศวกรรมของเทคโนโลยีการกลั่นที่แตกต่างในกระบวนการจัดการวัสดานอกน้ำมัน เพื่อให้เป็นข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิคสำหรับกิจการปิโตรเคมี

1. ความท้าทายทางเทคนิคในการแยกกลั่นของวัสดานอกน้ำมัน

1.1 คุณสมบัติของวัสดายุ่ซับซ้อน

วัสดานอกน้ำมันในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีมักมีคุณลักษณะดังต่อไปนี้:

- ความไวต่ออุณหภูมิ: สารเคมีชนิดละเอียด เช่น ออกไซด์เอพอกซี และโมโนเมอร์ออร์แกนโนซิลิคอน มีแนวโน้มที่จะสลายตัว พอลิเมอไรเซชัน หรือเปลี่ยนสีที่อุณหภูมิสูง จึงจำเป็นต้องใช้อุณหภูมิกลั่นต่ำและเวลาอยู่ในระบบสั้น

- ช่วงความหนืดกว้าง: ความหนืดสามารถเปลี่ยนแปลงได้หลายร้อยเท่า ตั้งแต่ตัวทำละลายที่มีความหนืดต่ำ (เช่น เมทานอลและเอทิลอะซิเตต) ไปจนถึงสารกึ่งผลิตภัณฑ์พอลิเมอร์ที่มีความหนืดสูง (เช่น พอลิอีเธอร์โพลีออล)

- จุดเดือดใกล้เคียงกัน: การแยกไอโซเมอร์ (เช่น p-xylene/o-xylene) และการแยกสารผสมเดือดคงที่ ต้องใช้อุปกรณ์ถ่ายโอนมวลที่มีประสิทธิภาพสูง พร้อมข้อกำหนดสูงต่อจำนวนจานทฤษฎี

- กัดกร่อนอย่างมาก: สารประกอบกรดอินทรีย์ ไฮโดรคาร์บอนฮาโลเจน และวัสดุอื่นๆ มีข้อกำหนดเข้มงวดต่อวัสดุอุปกรณ์ จำเป็นต้องเลือกวัสดุทนต่อการกัดกร่อน หรือใช้เคลือบพิเศษ

1.2 ข้อกำหนดกระบวนการที่เข้มงวด

- ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์สูง: เคมีภัณฑ์ระดับอิเล็กทรอนิกส์และตัวกลางทางเภสัชมักต้องการความบริสุทธิ์อย่างน้อย 99.5% หรือแม้กระทั่งสูงกว่า 99.9%

- ความไวต่อผลตอบแทน: ผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูงมีความไวต่อการสูญเสียวัตถุดิบอย่างมาก โดยทุกการเพิ่มผลตอบแทน 1% สามารถนำมาเพิ่มประโยชน์ทางเศรษฐกิอย่างมีนัยสำคัญ

- การควบคุมการใช้พลังงาน: การกลั่นเป็นกระบวนการหน่วยที่ใช้พลังงานสูง ซึ่งการใช้พลังงานอาจคิดสัดส่วน 30-50% ของต้นทุนการผลิตรวม การประหยัดพลังงานและการลดการบริโภนพลังงานเป็นความต้องการหลัก

- ความสอดคล้องกับสิ่งแวดล้อม: ข้อกำหนดในการควบคุมการปล่อย VOCs และการลดของของเหลวเสียยิ่งเข้มงวดขึ้น

2. การเปรียบเทียบและการคัดเลือกเทคโนโลยีอุปกรณ์การกลั่นหลัก

2.1 เทคโนโลยีคอลัมภ์แบบถาด

2.1.1 ข้อได้เปรียบหลัก

- ความยืดหยุ่นในการดำเนินงานสูง: คอลัมภ์แบบถาดมีข้อจำก่อนจากการท่วมและการหยดของของเหลว แต้คอลัมภ์ที่ได้ออกแบบดีจะมีช่วงการปรับโหลดอยู่ที่ 30%-110% ซึ่งสามารถปรับตัวต่อการผันผวนในการผลิต

- ความสามารถในการปรับตัวได้ดีในอัตราส่วนของเหลวต่อก๊าซต่ำ: เมื่ออัตราส่วนของเหลวต่อก๊าซ < 0.5 คอลัมน์แบบมีสารบรรจุจะมีประสิทธิภาพลดลงอย่างมากเนื่องจากการเปียกชื้นที่ไม่ดี ในขณะที่คอลัมน์แบบแผ่นรองรับยังสามารถคงประสิทธิภาพการถ่ายโอนมวลไว้อย่างมั่นคง

- การบำรุงรักษาง่าย: แผ่นรองรับสามารถถอดแยกเพื่อตรวจสอบและซ่อมแซมได้ ส่งผลให้ระบบต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำสำหรับระบบที่ต้องการทำความสะอาดคราบเกลือและพอลิเมอร์เป็นประจำ

- เศรษฐกิจสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่: เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของคอลัมน์ > 800 มม. ต้นทุนของคอลัมน์แบบแผ่นรองรับมักจะต่ำกว่าคอลัมน์แบบมีสารบรรจุประมาณ 15-25%

2.1.2 การประยุกต์ใช้งานทั่วไป

- การแยกสารอะโรมาติก: การกลั่นเบนซีน-โทลูอีน-ไซลีนโดยใช้แผ่นวาล์วลอยตัวหรือแผ่นตะแกรง โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางคอลัมน์ 1.5-3.5 เมตร และจำนวนจานทฤษฎี 40-80 แผ่น

- การกู้คืนไฮโดรคาร์บอนที่มีคลอรีนจากของเสียจากกระบวนการคลอร์-อัลคาไล: การบำบัดระบบอินทรีย์ที่มี HCl โดยใช้แผ่นทำจากฮาสเตลลอยหรือแผ่นเคลือบ PTFE ทำงานภายใต้ความดัน 0.2-0.5 MPa

- การถ่ายน้ำออกจากตัวทำละลาย: การถ่ายน้ำและการกลั่นไอโซโพรพานอลและเอทานอลโดยใช้กระบวนการกลั่นแบบอะซิโอทรอปิก ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางคอลัมน์ 0.8-2.0 เมตร

2.1.3 จุดสำคัญในการออกแบบ

- การเลือกถาด:

- ถาดตะแกรง (Sieve trays): มีโครงสร้างเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับระบบที่สะอาด

- ถาดวาล์วลอย (Float valve trays): มีความยืดหยุ่นในการทำงานสูงสุด และมีสมรรถนะการต้านการอุดตันได้ดี

- ถาดบับเบิลแคป (Bubble cap trays): อัตราการไหลต่ำแต่มีประสิทธิภาพสูง เหมาะสำหรับอัตราส่วนของเหลวต่อแก๊สต่ำ

- ระยะห่างระหว่างถาด: โดยทั่วไป 450-600 มม.; ลดลงเหลือ 350 มม. สำหรับคอลัมน์ที่มีภาระงานสูง และเพิ่มเป็น 600-800 มม. สำหรับคอลัมน์สุญญากาศ

- ระบบฝายและท่อส่งลง: ใช้ท่อส่งลงแบบโค้ง โดยพื้นที่ของท่อส่งลงคิดเป็น 12-15% ของพื้นที่หน้าตัดของคอลัมน์ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าของเหลวจะอยู่ในคอลัมน์เป็นเวลา 3-7 วินาที

2.2 เทคโนโลยีคอลัมน์แบบใช้วัสดุบรรจุ (Packed Column Technology)

2.2.1 ข้อได้เปรียบหลัก

- ความตกต่ำของแรงดันต่ำมาก: การตกต่ำของแรงดันต่อจานทฤษฎีเพียง 0.01-0.3 กิโลปาสกาล ซึ่งเป็นเพียง 1/5 ของคอลัมน์แบบถาด ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการกลั่นสุญญากาศและวัสดุที่ไวต่อความร้อน

- ประสิทธิภาพการแยกสูง: ชั้นบรรจุแบบมีโครงสร้าง (เช่น ชั้นบรรจุแบบร่องและชั้นบรรจุแบบตาข่าย) มีค่า HETP เท่ากับ 0.15-0.5 เมตร ซึ่งดีกว่าคอลัมน์แบบถาดที่มีค่า 0.5-1.0 เมตร อย่างมาก

- ความสามารถในการผ่านได้สูง: ช่องว่างในชั้นบรรจุมีมากกว่า 90% และความเร็วของก๊าซสามารถสูงถึง 1.5-2 เท่าของคอลัมน์แบบถาด ทำให้เพิ่มความสามารถในการประมวลผลต่อพื้นที่หน้าตัดหนึ่งหน่วยได้ 30-50%

- ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี: สามารถเลือกใช้ชั้นบรรจุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น เซรามิกส์ กราไฟต์ และ PTFE ซึ่งเหมาะสำหรับระบบที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง

2.2.2 การประยุกต์ใช้งานทั่วไป

- การกลั่นสุญญากาศ:

- สารอินทรีย์ที่ไวต่อความร้อน (เช่น สารตัวกลางของวิตามิน) ที่มีแรงดันสุญญากาศ 1-10 กิโลปาสกาล โดยใช้ชั้นบรรจุแบบมีโครงสร้างที่ทำจากโลหะ

- สารประกอบที่มีจุดเดือดสูง (เช่น ตัวทำพลาสติก DOP) ภายใต้สุญญากาศต่ำกว่า 1 กิโลปาสคาล ใช้การเลือกเติมวัสดุแบบลวดตาข่ายเป็นร่อง

- ระบบกัดกร่อน:

- การทำบริสุทธิ์ออร์แกโนคลอโรซิลิแอน: ใช้เติมวัสดุแบบเซรามิกราชิกริงหรือเซรามิกแซดเดิล

- วัสดุที่มีเมอร์แคปเทน: เลือกเติมวัสดุแบบกราไฟต์หรือโลหะเคลือบพีทีเอฟอี

- การแยกละเอียด:

- การแยกไอโซเมอร์ (พี/โอ/เอ็ม-ไซลีน): ใช้เติมวัสดุแบบลวดโลหะเป็นร่องที่มี HETP เท่ากับ 0.2-0.3 เมตร

- การเตรียมตัวทำละลายความบริสุทธิ์สูง (ไอพีเอเกรดอิเล็กทรอนิกส์): ใช้คอลัมที่มีการจัดเรียงเติมวัสดุแบบมีโครงสร้างซึ่งมีมากกว่า 100 จานทฤษฎี

2.2.3 จุดสำคัญในการออกแบบ

เมทริกซ์การเลือกเติมวัสดุ

ประเภทการแพ็ค	HETP (ม)	การลดลงของแรงดัน (Pa/m)	ตัวประกอบความจุ	สถานการณ์การประยุกต์ใช้งาน
การบรรจุแบบสุ่มโลหะ (แหวนพาลล์)	0.4-0.6	150-250	ปานกลาง	การกลั่นแบบเดิม
แหวนเรชิกเซรามิก	0.5-0.8	200-300	ต่ํา	ระบบที่กัดกร่อนอย่างรุนแรง
การบรรจุโครงสร้างโลหะ (250Y)	0.25-0.35	80-150	แรงสูง	การแยกภายใต้สุญญากาศ/ประสิทธิภาพสูง
การบรรจุลวดตาข่ายแบบลอน	0.15-0.25	50-100	สูงสุด	สุญญากาศสูง/วัสดุไว่อุณหภูมิ

ตัวจ่ายของเหลว:

- ประเภทสเปรย์: เหมาะสำหรับวัสดุที่มีความหนืดต่ำ (<5mPa·s) โดยมีความหนาแน่นของจุดกระจายมากกว่า 100 จุด/ม²

- ประเภทราง: ความหนืดปานกลาง (5-50mPa·s) โดยมีความสม่ำเสมอของการกระจาย ±5%

- ประเภทท่อ: ความหนืดสูง (>50mPa·s) หรือวัสดุที่มีของแข็งผสม

ระยะห่างของตัวกระจายซ้ำ:

- การบรรจุแบบสุ่ม: ติดตั้งทุก 5-8 เมตร

- การบรรจุแบบมีโครงสร้าง: ติดตั้งทุก 10-15 เมตร หรือทุก 3-4 ชั้นของการบรรจุ

2.3 เทคโนโลยีการระเหยแบบฟิล์มบาง

2.3.1 ข้อได้เปรียบหลัก

- เวลาพำนักที่ต่ำสุด: วัสดุจะอยู่บนพื้นผิวความร้อนเป็นเวลาเพียง 2-10 วินาที ซึ่งช่วยป้องกันการสลายตัวของวัสดุที่ไวต่อความร้อน

- การดำเนินงานภายใต้สุญญากาศขั้นต่ำ: สามารถดำเนินงานที่ความดันสัมบูรณะ 0.1-100Pa ทำให้อุณหภูมิการระเหยลดลง 50-100℃

- ความสามารถในการปรับตัวต่อความหนืดสูง: สามารถจัดการวัสดุที่มีความหนืดสูงถึง 10⁴มิลลิพาสคัล·วินาที

- ประสิทธิภาพการแยกในขั้นเดียวสูง: การระเหยในขั้นเดียวเทียบเท่ากับ 2-5 จานทฤษฎี

2.3.2 สถานการณ์การใช้งานทั่วทั่ว

- การทำบริสุทธิ์โมเนอร์เรซินอีพ็อกซี:

- วัสดุ: ไบฟีนอล เอ อีพ็อกซีเรซิน (E-51)

- สภาพการดำเนินงาน: 0.1-1.0Pa, 160-180℃

- ผลลัพธ์: ค่าส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของค่าอีพ็อกซีลดจาก 15% เหลือ 5% และค่าสี APHA ลดจาก 150 เหลือ 50

- การแยกโมเนอร์ซิลิคอนอินทรีย์:

- วัสดุ: การกู้คืนไดเมทิลไซลอกเซน (M₂) จากกากที่มีจุดเดือดสูง

- สภาพการดำเนินงาน: 1-10Pa, 120-150℃

- การปรับปรุงผลผลิต: ผลผลิตรวมของ M₂ เพิ่มขึ้น 2-3% ส่งผลให้ได้ประโยชน์เพิ่มเติมประจำปี 9 ล้านหยวน (สำหรับโรงงานขนาด 50,000 ตัน/ปี)

- การทำให้พลาสติกเซอร์ไร้สารปนเปื้อน:

- วัสดุ: ไดออกทิล ฟทาเลต (DOP), ไดออกทิล เตเรฟทาเลต (DOTP)

- สภาพการดำเนินงาน: 0.5-5Pa, 260-280℃

- การปรับปรุงความบริสุทธิ์: จาก 99.0% เป็นมากกว่า 99.6% ซึ่งตรงตามข้อกำหนดระดับอาหาร

- สารตัวกลางทางเภสัชกรรมที่ไวต่อความร้อน:

- วัสดุ: สารตัวกลางสายโซ่ข้างของยาปฏิชีวนะ

- สภาพการดำเนินงาน: 0.5Pa, 80-100℃ (จุดเดือดปกติ 220℃)

- อัตราการสลายตัว: จาก 8% เป็น <1%

2.3.3 การเลือกอุปกรณ์

เปรียบเทียบประเภทของเครื่องระเหยแบบฟิล์มบาง

ประเภท	อัตราการผลิต (กิโลกรัม/ชั่วโมง)	ช่วงความหนืด (มิลลิปาสคาล·วินาที)	ระดับความว่างเปล่า (pa)	วัสดุที่เหมาะสม
Falling Film	50-500	<50	10-1000	ตัวทำละลายที่มีความหนืดต่ำ
การกลั่นแบบฟิล์มขูด	20-200	10-10⁴	0.1-100	วัสดุที่มีความหนืดสูงหรือเกิดการสะสมเป็นคราบ
Short-path distillation	5-100	5-10³	0.1-10	วัสดุที่มีความไวต่อความร้อนสูงหรือมีมูลค่าเพิ่มสูง

พารามิเตอร์ข้อมูลจำเพาะทั่วทั่ว (ตัวอย่างอ้างอิงจากเครื่องระเหยแบบฟิล์มกวาด)

- พื้นที่ระเหย: 0.5-5.0 ม²

- อุณหภูมิของแจ็คเก็ตความร้อน: สูงสุด 350℃ (น้ำมันความร้อน), 400℃ (เกลือหลอมเหลว)

- ความเร็วที่ปัดน้ำฝน: 50-300 รอบ/นาที (ปรับได้)

- วัสดุ: 316L (มาตรฐาน), Hastelloy C-276 (ทนการกัดกร่อนสูง), ไทเทเนียม (ระบบที่มีคลอรีน)

3. กลยุทธ์การรวมกระบวนการและการเพิ่มประสิทธิภาพ

3.1 กระบวนการลำดับต่อเนื่องหลายคอลัมน์

คอลัมน์แยกขั้นต้น + การรวมคอลัมน์กลั่น:

ตัวอย่าง: การกู้คืนส่วนประกอบเบาจากของเสียในโรงงานผลิตฟีนอลและอะซิโตนแบบร่วมกัน

- คอลัมน์แยกขั้นต้น: คอลัมน์แบบแพ็คคิง, D=1.2ม., H=8ม., แยกไฮโดรคาร์บอนเบาระดับ C3-C5

- คอลัมน์กลั่น: คอลัมน์แบบเทรย์, D=1.8ม., 45 จานทฤษฎี, แยกเบนซีน/โทลูอีน/ส่วนประกอบหนัก

- ผลลัพธ์: ลดการใช้พลังงานรวมลง 18% และความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ทั้งหมดมากกว่า 99.5%

3.2 กระบวนการระเหยร่วมกับการกลั่น

เครื่องระเหยแบบฟิล์มบาง + คอลัมกลั่นแบบเรียงชิด:

กรณีศึกษา: การผลิตพอลิอีเทอร์พอลิออล

- ขั้นตอนที่ 1: เครื่องระเหยแบบฟิล์มบาง (ชนิดฟิล์มกวาด ขนาด 2.5 ม²) เพื่อลบโอลิโกเมอร์และตัวทำละลาย

- สภาพการทำงาน: 50-200Pa, 130-150℃

- อัตราการขจัด: โอลิโกเมอร์มากกว่า 95%, ตัวทำละลายที่เหลือต่ำกว่า 0.03%

- ขั้นตอนที่ 2: คอลัมกลั่นแบบเรียงชิด (ใช้เม็ดเรียงชิดแบบโลหะโครงสร้าง) เพื่อกู้คืนตัวทำละลายเพื่อรีไซเคิล

- สภาพการทำงาน: ความดันบรรยากาศ อัตราการไหลกลับ 3:1

- ความบริสุทธิ์ของตัวทำละลาย: สูงกว่า 99.8%, อัตราการกู้คืนมากกว่า 98%

- ประโยชน์ทางเศรษฐกิจ: การสูญเสียตัวทำละลายลดจาก 5% เหลือ 0.8%, ประหยัด 4.2 ล้านหยวนต่อปี

3.3 เทคโนโลยีการประหยัดพลังงานและการลดการบริโภบพลังงาน

3.3.1 การกลั่นด้วยปั๊มความร้อน

สถานการณ์ที่เหมาะสม: ระบบที่มีความระเหยสัมพัทธ์ 1.2-2.0 และมีอุณหภูมิแตกต่างระหว่างด้านบนกับด้านล่าง 20-50℃

ตัวอย่างกรณี: การกลั่นเอทานอล-น้ำ

- ใช้ปั๊มความร้อนแบบการอัดไอกลับด้วยเครื่องจักร (MVR)

- ไอที่ด้านบน (78℃, 50kPa) ถูกอัดความดันขึ้นเป็น 110℃ และ 120kPa จากนั่นส่งไปยังเครื่องต้มด้านล่าง

- ผลประหยัดพลังงาน: การใช้ไอน้ำลดลง 65% ประหยัด 1.8 ล้านหยวนต่อปี (สำหรับโรงงานขนาด 10,000 ตัน/ปี)

3.3.2 การกลั่นที่ผสานความร้อน

เทคโนโลยีคอลัมแยกผนัง (DWC):

ตัวอย่างกรณี: การแยกองค์ประกอบสามชนิดของเบนซีน-โทลูอีน-ไซลีน

- รูปแบบดั้งเดิม: สองคอลั่งการกลั่นต่ออย่างต่อเนื่อง

- รูปแบบคอลั่งผนังแบ่ง: ติดตั้งผนังกั้นภายในคอลั่งเดียวเพื่อบรรลุการแยกเบื้องต้นและการแยกหลัก

- ผลลัพธ์: ลดการลงทุนในอุปกรณ์ร้อย 30%, ลดการใช้พลังงานร้อย 25%, และลดพื้นที่ติดตั้งร้อย 40%

4. การวิเคราะห์กรณีวิศวกรรม

กรณีตัวอย่าง 1: โครงการกู้คืนและทำบริสทธิ์ DMF ในสวนอุตสาหกรรม

ข้อมูลพื้นฐานของโครงการ:

- แหล่งวัตถุดิบ: ของเสียเหลวที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบหลักและมี DMF จากกิจการเภสัชและหนังสังเคราะห์ (มีปริมาณ DMF 15-30%)

- ขนาดการจัดการ: 8,000 ตัน/ปีของของเสียเหลว พร้อมกู้คืน DMF 2,000 ตัน/ปี

- ข้อกำหนดผลิตภัณฑ์: DMF ระดับอุตสาหกรรม (ความบริสทธิ์≥99.9%, ความชื้น <0.05%)

เส้นทางกระบวนการ:

1. การเข้มข้นเบื้องต้น: คอลั่งแบบมีการบรรจุ (ใช้เซรามิกแบบอานม้าเป็นวัสดุบรรจุ)

- เส้นผ่านศูนย์กลางคอลั่ง: DN600, ความสูงชั้นบรรจุ 6 เมตร

- สภาวะการดำเนินงาน: ความดันบรรยากาศ อุณหภูมิด้านบน 65℃ อุณหภูมิด้านล่าง 105℃

- ความเข้มข้นของทางออก: DMF 70-80%

2. การกลั่นเพื่อทำบริสุทธิ์: คอลัมท์แบบถาด (ถาดตะแกรง)

- เส้นผ่านศูนย์กลางคอลัมท์: DN800, 30 จานทฤษฎี

- สภาวะการดำเนินงาน: ความดันลบเล็กๆ (-5kPa), อุณหภูมิด้านบน 48℃

- ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์: DMF 99.92%, ความชื้น 0.03%

3. การถ่ายน้ำลึก: เครื่องระเหยแบบฟิล์มบาง

- ข้อกำหนด: ประเภทฟิล์มขูด มีพื้นที่ระเหย 1.5m²

- สภาวะการดำเนินงาน: 10-50Pa, อุณหภูมิ 80-100℃

- ผลิตภัณฑ์สุดท้าย: DMF 99.95%, ความชื้น <0.01%

จุดนวัตกรรมทางเทคนิค:

- ใช้การแยกสามขั้นตอน ได้แก่ "คอลัมน์บรรจุสำหรับเข้มข้นเบื้องต้น + คอลัมน์ถาดสำหรับกลั่นใหม่ + การถ่ายเทความชื้นลึกด้วยเครื่องระเหยแบบฟิล์มบาง"

- คอลัมน์เข้มข้นเบื้องต้นใช้เม็ดบรรจุเซรามิกแบบอานม้า ซึ่งทนต่อการกัดกร่อนของ DMF และมีสมรรถนะต้านทานการเกิดคราบหินปูนได้ดี

- เครื่องระเหยแบบฟิล์มบางมีเวลาพำนักสั้น (3-5 วินาที) จึงหลีกเลี่ยงการสลายตัวของ DMF จากอุณหภูมิสูง

ตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจและเทคนิค:

- การลงทุนรวม: 6.8 ล้านหยวน

- อัตราการกู้คืน DMF: 92%

- ต้นทุนการดำเนินงาน: 2,800 หยวน/ตันของ DMF (รวมไอน้ำ ไฟฟ้า และแรงงาน)

- ราคาในตลาด: 6,500 หยวน/ตัน

- ระยะเวลาคืนทุน: 2.1 ปี

- IRR: 38%

กรณีศึกษา 2: การทำบริสุทธิ์โมเนอร์เรซินอีพอกซีในกิจการผลิตเคมีภัณฑ์ขั้นสูง

ข้อมูลพื้นฐานของโครงการ:

- วัตถุดิบ: เรซินอีพอกซีไบฟีนอลเอดิบ (ค่าอีพอกซี 0.50-0.53, สี APHA 150-200)

- ข้อกำหนดผลิตภัณฑ์: เรซินอีพอกซีระดับอิเล็กทรอนิกส์ (ค่าอีพอกซี 0.51±0.01, สี <30, ไอออนโลหะ <5ppm)

- ขนาดการบำบัด: 3,000 ตัน/ปี

ปัญหาทางเทคนิค:

- เรซินอีพอกซีมีความไวต่อความร้อนสูง และมีแนวโน้มเกิดพอลิเมอเรซชันและเปลี่ยนสีที่อุณหภูมิสูงกว่า 180℃

- ความหนืดสูง (ประมาณ 500 มิลลิปาสคาล·วินาที ที่ 150℃)

- มีสิ่งเจือปน เช่น โอลิโกเมอร์ และไบฟีนอลเอที่ไม่ได้ทำปฏิกิริยาหมด

แผนกระบวนการ: การกลั่นโมเลกุลระยะสั้น

พารามิเตอร์ของอุปกรณ์:

- ประเภท: เครื่องกลั่นสั้นทางแบบฟิล์มกวาด

- พื้นที่ระเหย: 0.8ม²

- อุณหภูมิความร้อน: 160-180℃

- ระดับสุญญากาศ: 0.1-1.0Pa (ระบบปั๊มน้ำมันแบบดิฟฟิวชัน)

- ความเร็วของใบกวาด: 150-200rpm

- อุณหภูมิของคอนเดนเซอร์: -10℃ (ตัวทำความเย็นเอทิลีนไกลคอล)

- วัสดุ: สแตนเลสสตีล 316L ขัดผิวเรียบ Ra≤0.4μm

กระบวนการผลิต:

1. การอุ่นล่วงหน้า: ความร้อนของผลิตภัณฑ์ดิบถึง 120℃ เพื่อลดความหนืด

2. การป้อนวัตถุดิบ: ป้อนอย่างต่อเนื่องโดยใช้ปั๊มวัดปริมาตร อัตราการไหล 8-12กิโลกรัม/ชั่วโมง

3. การระเหย: ส่วนเบา (น้ำ โอลิโกเมอร์) จะระเหยเข้าสู่คอนเดนเซอร์

4. การเก็บรวบรวม: ส่วนประกอบที่มีน้ำหนักมาก (ผลิตภัณฑ์) จะถูกปล่อยออกจากด้านล่างของคอลัมน์ และส่วนประกอบที่เบากว่าจะถูกรวบรวมเป็นของเสีย

การเปรียบเทียบคุณภาพผลิตภัณฑ์

ตัวชี้วัด	วัสดุดิบ	ผลิตภัณฑ์	ช่วงการปรับปรุง
ค่าอีพ็อกซี	0.50-0.53	0.51±0.005	CV ลดลงจาก 6% เป็น 1%
สี APHA	150-200	<30	ลดลง 83%
ค่าความแปรปรวนของความหนืด (Viscosity CV)	15%	5%	ลดลง 67%
ไอออนโลหะ	15-25 ปีเอ็ม	<5ppm	ลดลง 75%
สารตกค้างของไบฟีนอล เอ	500-800 ปีต่อล้าน	<50ppm	ลดลง 93%

ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ:

- การลงทุนในอุปกรณ์: 1.8 ล้านหยวน

- ราคาหน่วยผลิตภัณฑ์เพิ่ม: จาก 18,000 หยวน/ตัน ถึง 32,000 หยวน/ตัน

- รายได้จากการขายเพิ่มต่อปี: 42 ล้านหยวน

- ต้นทุนการดำเนินงานต่อปี: 1.8 ล้านหยวน (ค่าไฟฟ้า, สารทำความเย็น, ค่าแรง)

- กำไรสุทธิเพิ่มต่อปี: 36 ล้านหยวน

- ระยะเวลาคืนทุน: 0.5 ปี

กรณีศึกษา 3: การปรับปรุงระบบกู้คืนตัวถังสารสกัดอะโรเมติกในองค์กิจปิโตรเคมี

ข้อมูลพื้นฐานของโครงการ:

- อุปกรณ์เดิม: คอลัมท่อแบบถาด ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง DN2000 จำนวน 40 ชั้น ความผ่าน 50 ตัน/ชั่วโมง

- ปัญหาที่มีอยู่ในปัจจุบัน:

- ความตกของความดันสูง (0.8 กิโลปาสกาลต่อชั้น ความตกของความดันทั้งหมด 32 กิโลปาสกาล) การใช้พลังงานสูง

- ประสิทธิภาพการแยกต่ำ ความบริสุทธิ์ของตัวทำละลายที่กู้คืนได้เพียง 98.5% อัตราการสูญเสีย 3%

- ชั้นเรียงมักอุดตัน จำเป็นต้องทำความสะอาด 2-3 ครั้งต่อปี

แผนปรับปรุง: เปลี่ยนเป็นคอลัมจัดเรียงแบบโครงสร้างโลหะ

แผนทางเทคนิค:

- ประเภทของตัวบรรจุ: ตัวบรรจุโครงสร้างลอนโลหะแบบรูเจาะ (ชนิด 250Y)

- ความสูงของชั้นบรรจุ: 12 เมตร (แบ่งเป็น 4 ชั้น แต่ละชั้น 3 เมตร)

- ตัวกระจายของเหลว: ชนิดท่อเจาะรู ความหนาด้านการกระจาย 120 จุด/ม²

- ตัวกระจายซ้ำ: ติดตั้งด้านบนของแต่ละชั้นบรรจุ โดยใช้ชนิดถาดราง

เปรียบเทียกผลการปรับปรุง:

ตัวชี้วัด	ก่อนปรับปรุง (คอลัมจานเดือย)	หลังปรับปรุง (คอลัมที่บรรจุวัสดุ)	การปรับปรุง
ความลดทั้งหมดของความดัน (kPa)	32	6.5	ลดลง 80%
HETP (ม)	0.8	0.3	ลดลง 62%
ความบริสุทธิ์ของตัวทำละลาย (%)	98.5	99.7	เพิ่มขึ้น 1.2%
อัตราการสูญเสียตัวทำละลาย (%)	3.0	0.8	ลดลง 73%
การใช้ไอน้ำ (ตัน/ชั่วโมง)	6.5	4.2	ลดลง 35%
ช่วงเวลาการบำรุงรักษาประจำปี	2-3	<1	ลดลง 67%

การวิเคราะห์ทางเศรษฐกิจ:

- การลงทุนปรับปรุง: 4.2 ล้านหยวน

- การประหยัดไอน้ำต่อปี: 20,000 ตัน (ราคาไอน้ำ 200 หยวน/ตัน)

- การลดการสูญเสียตัวทำละลายต่อปี: 960 ตัน (ราคาตัวทำละลาย 6,000 หยวน/ตัน)

- การประหยัดค่าใช้จ่ายการบำรุงรักษาต่อปี: 800,000 หยวน

- ประโยชน์ทางเศรษฐกิจต่อปี: 9.8 ล้านหยวน

- ระยะเวลาคืนทุน: 5.1 เดือน

5. แผนผังตัดสินใจการเลือกอุปกรณ์

จากผลการวิเคราะห์ข้างต้น ขอเสนอกระบวนการตัดสินใจในการเลือกดังนี้:

ขั้นตอน 1: ชี้ชัดคุณสมบัติของวัสดุ

- ความไวต่อความร้อน: อุณหภูมิการสลายตัว <150℃ → ควรพิจารณาวริยการระเหยแบบฟิล์มบางหรือคอลัมป์แบบบรรจุใต้สุญญากาศเป็นลำดับแรก

- ความหนืด: >100 mPa·s → ควรใช้วริยการระเหยแบบฟิล์มบางหรือคอลัมป์แบบถาด หลีกเลี่ยงคอลัมป์แบบบรรจุทั่วทั่ว

- ความกัดกร่อน: กัดกร่อนสูง → ควรใช้คอลัมป์แบบบรรจุ (วัสดุบรรจุที่ไม่เป็นโลหะ) หรือคอลัมป์แบบถาดที่ทำจากวัสดุพิเศษ

ขั้นตอน 2: กำหนดข้อกำหนดในการแยก

- จำนวนจานทฤษฎี <20 → คอลัมป์แบบถาดหรือคอลัมป์แบบบรรจุแบบสุ่ม

- จำนวนจานทฤษฎี 20-50 → คอลัมป์แบบถาดหรือคอลัมป์แบบบรรจุแบบมีโครงสร้าง

- จำนวนจานทฤษฎี >50 → คอลัมป์แบบบรรจุแบบมีโครงสร้าง

ขั้นตอน 3: ประเมินเงื่อนไขการปฏิบัติงาน

- ระดับสุญญากาศ <10 kPa → คอลัมป์แบบบรรจุ (มีข้อได้เปรียบด้านการลดแรงดันอย่างมีนัยสำคัญ)

- ความดันบรรยากาศหรือการสร้างความดัน → สามารถใช้คอลัมทั้งแบบถาดและแบบบรรจุวัสดุ

- อัตราส่วนของของเหลวต่อแก๊ส <0.5 → คอลัมแบบถาด

- อัตราส่วนของเหลวต่อแก๊ส >2 → คอลัมแบบบรรจุวัสดุ

ขั้นตอน 4: พิจารณากลุ่นปัจจัยทางเศรษฐกิจ

- เส้นผ่านศูนย์กลางคอลัม <800mm → คอลัมแบบบรรจุวัสดุมีต้นทุนต่ำกว่า

- เส้นผ่านศูนย์กลางคอลัม >800mm → คอลัมแบบถาดมีต้นทุนต่ำกว่า

- ความถี่ในการบำรุงรักษาระดับสูง → คอลัมแบบถาด (ง่ายในการถอดประกอบ)

- ความไวต่อการบริโภ้พลังงาน → คอลัมแบบบรรจุวัสดุหรือเครื่องระเหยแบบฟิล์มบาง

ขั้นตอน 5: การเลือกโดยลำดับความสำคัญสำหรับสถานการณ์พิเศษ

- ระบบที่สามารถเกิดพอลิเมอร์ → หลีกเลี่ยงคอลัมแบบบรรจุวัสดุ เลือกคอลัมแบบถาดหรือเครื่องระเหยแบบฟิล์มบาง

- ระบบโฟม → คอลัมภ์ที่บรรจุวัสดุ (มีผลในการทำลายโฟมอย่างดี)

- ของแข็งในรูปของแข็งแขวนลอย → คอลัมภ์แบบถาด หรือเครื่องระเหยแบบฟิล์มกวาด

- ผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงพิเศษ → เครื่องระเหยแบบฟิล์มบาง หรือคอลัมภ์บรรจุวัสดุแบบมีโครงสร้างประสิทธิภาพสูง

6. แนวโน้มการพัฒนาในอนาคต

6.1อุปกรณ์อัจฉริยะ

เทคโนโลยีการตรวจสอบแบบต่อเนื่อง:

- การตรวจสอบอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ในชั้นถาด/ชั้นบรรจุวัสดุ (การวัดอุณหภูมิด้วยไฟเบอร์ออปติก)

- การวิเคราะห์แรงดันตกแบบต่อเนื่องเพื่อแจ้งเตือนการเกิดน้ำท่วม (flooding) และการหยดของเหลว (weeping)

- การวิเคราะห์องค์ประกอบแบบต่อเนื่อง (โครมาโทกราฟีแบบต่อเนื่อง, สเปกโทรสโกปี NIR)

ระบบควบคุมอัจฉริยะ:

- การปรับพารามิเตอร์การดำเนินงานให้เหมาะสมโดยใชอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning)

- ระบบผู้เชี่ยวชนูในการวินิจฉัยข้อผิดพลาด

- เทคโนโลยีดิจิทัลทวินสำหรับการจำลองและเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ

6.2 ประเภทใหม่ของตัวบรรจุและถาด

ตัวบรรจุความจุสูง:

- ตัวบรรจุแบบโครงสร้างรุ่นที่สี่ (HETP 0.1-0.2 เมตร ความจุเพิ่มขึ้น 50%)

- ตัวบรรจุผลิตโดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบเฉพาะ (ออกแบบช่องทางการไหลที่ซับซ้อน)

ประเภทใหม่ของถาด:

- ถาดตะแกรงแบบทิศทาง (เพิ่มเวลาการสัมผัสระหว่างก๊าซและของเหลว ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น 15%)

- วาล์วลอยแบบคอมโพสิต (ความยืดหยุ่นในการทำงานขยายเป็น 20-120%)

6.3 การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีประหยัดพลังงานอย่างลึกซึ้ง

- การนำเทคโนโลยีปั๊มความร้อน MVR มาใช้อย่างแพร่หลาย: ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบกลั่นที่มีอุณหภูมิแตกต่างต่ำ (<30℃) คาดว่าจะประหยัดพลังงานได้ 50-70%

- การให้ความร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์: ใช้ตัวเก็บความร้อนจากแสงอาทิตย์เพื่อจัดหาความร้อนบางส่วนสำหรับกระบวนการกลั่น เหมาะสำหรับภาคตะวันตกเฉียงเหนือและภาคเหนือของจีน

- การใช้ประโยชน์ความร้อนเสียแบบขั้นบันได: การปรับปรุงเครือข่ายไอน้ำหลายระดับความดันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกู้คืนความร้อนสูงสุด

6.4 การทำให้เป็นสีเขียวและการทำให้เป็นโมดูลาร์

เทคโนโลยีไร้การปล่อยมลพิษ:

- การควบแน่นกู้คืนสาร VOCs + การดูดซับเพื่อความเข้มข้น เพื่อให้การปล่อยก๊าซเสียมีมาตรฐานตามที่กำหนด

- การระเหยและตกผลึกของน้ำเสียที่มีความเค็มสูง เพื่อให้บรรลุการไม่ปล่อยน้ำเสียออกสู่สิ่งแวดล้อม

การทำให้เป็นโมดูลแบบติดตั้งบนแท่นเคลื่อนย้ายได้ (Skid-mounted):

- อุปกรณ์กลั่นขนาดเล็กลงและเป็นโมดูลาร์ (ปริมาณการผลิต <10 ตัน/วัน)

- ติดตั้งอย่างรวดเร็ว (ระยะเวลาจัดส่ง <3 เดือน) เหมาะสำหรับการผลิตเคมีภัณฑ์เฉพาะทางที่หลากหลายชนิดและปริมาณน้อย

7. สรุปและข้อเสนอแนะ

7.1 ข้อสรุปหลัก

1. คอลัมน์แบบถาดเหมาะสมกับสถานการณ์ที่มีอัตราส่วนของของเหลวต่อแก๊สสูง ความยืดหยุ่นในการดำเนินงานสูง และต้องบำรุงรักษาระยะสั้น และมีข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจอย่างชัดเจนเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางคอลัมน์ >800 มม.

2. คอลัมน์แบบเรียงบรรจุทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมในกระบวนการกลั่นสุญญากาศ วัสดุไวต่อความร้อน และการแยกสารประสิทธิภาพสูง โดยมีประสิทธิภาพการแยกและการควบคุมการใช้พลังงานที่ดีกว่าคอลัมน์แบบถาดอย่างมาก

3. เครื่องระเหยฟิล์มบางเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการจัดการวัสดุที่มีความหนืดสูง ไวต่อความร้อน และมีมูลค่าเพิ่มสูง แม้การลงทุนจะสูง แต่คุณภาพของผลิตภัณฑ์จะดีขึ้นอย่างชัดเจน

4. กระบวนการรวม (เช่น การระเหย + การกลั่น, การแยกเบื้องต้น + การกลั่น) สามารถถ่วงดุลระหว่างผลของการแยกและเศรษฐกิจได้ และเป็นทิศทางหลักของการปฏิบัติทางวิศวกรรม

7.2 คำแนะนำสำหรับวิศวกรรม

ขั้นตอนการออกแบบ:

- ทำการทดสอบสมบัติของวัสดุอย่างละเอียด (ความหนืด ความคงตัวทางความร้อน ข้อมูลสมดุลเฟส)

- ใช้ซอฟต์แวร์จำลองกระบวนการระดับมืออาชีพ (Aspen Plus, HYSYS) เพื่อการปรับแต่งกระบวนการ

- สำรองระยะห่างในการออกแบบไว้ 10-15% เพื่อรับมือกับความผันผวนของวัสดุ

การจัดซื้ออุปกรณ์:

- ให้ความสำคัญกับผู้จัดจำหน่ายที่มีความชำนาญ และตรวจสอบศักยภาพรวมถึงบริการหลังการขาย

- เลือกแบรนด์ชั้นนำจากต่างประเทศหรือในประเทศสำหรับชิ้นส่วนสำคัญ (เช่น ตัวกระจายสารและชิ้นส่วนบรรจุ)

- ลงนามในข้อกำหนดรับประกันประสิทธิภาพ เพื่อกำหนดชี้วัดที่ชัดเจน เช่น ประสิทธิภาพการแยกสารและการบริโภคพลังงาน

การก่อสร้างและติดตั้ง:

- ควบคุมระดับความเรียบของตัวกระจายของเหลวในคอลัมน์แบบบรรจุให้อยู่ในช่วง ±2 มม./ม.

- ตรวจสอบระดับความเรียบและระยะห่างของแต่ละชั้นถาดหลังการติดตั้งคอลัมน์แบบถาด

- ดำเนินการตรวจสอบการรั่วซึมของระบบสุญญากาศอย่างเข้มงวด โดยค่าความสูญญากาศเบี่ยงเบนไม่เกิน 10%

การติดตั้งและดำเนินการ:

- จัดทำแผนการเริ่มต้นปฏิบัติงานอย่างละเอียด และดำเนินการทีละขั้นตอน (ตรวจสอบระบบ → ล้างและแทนที่ก๊าซ → ทดสอบเดินเครื่องด้วยน้ำ → เริ่มป้อนวัตถุดิบ)

- จัดตั้งฐานข้อมูลพารามิเตอร์การดำเนินงาน และบันทึกช่วงการดำเนินงานที่เหมาะสมที่สุด

- ดำเนินการตรวจสอบอุปกรณ์เป็นประจำ และจัดตั้งระบบการบำรุงรักษา

7.3 ทิศทางการวิจัยและพัฒนาทางเทคนิค

ระดับองค์กร:

- ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยและสถาบันวิจัย เพื่อพัฒนาแผ่นกรอก (packing) และแทรย์ประเภทใหม่

- นำเทคโนโลยีการจำลอง CFD มาใช้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายสนามไหลภายในคอลัมน์

- จัดตั้งแพลตฟอร์มต้นแบบเพื่อตรวจสอบกระบวนการและเทคโนโลยีใหม่

ระดับอุตสาหกรรม:

- จัดทำมาตรฐานและข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการกลั่นวัสดุที่ไม่ใช่น้ำมัน

- สร้างแพลตฟอร์มการแลกเปลี่ยนทางด้านเทคนิคเพื่อส่งเสริมการแบ่งปันประสบการณ์

- ส่งเสริมการประยุกต์ใช้การผลิตอัจฉริยะและการผลิตสีเขียวอย่างลึกซึ้งในสาขาการกลั่น

ผ่านการคัดเลือกอย่างเป็นวิทยาศาสตร์ การออกแบบอย่างประณีต การก่อสร้างอย่างเข้มงวด และการดำเนินงานที่ได้รับการปรับปรุง ระบบแยกการกลั่นสำหรับวัสดุปิโตรเคมีที่ไม่ใช่น้ำมันสามารถบรรลุเป้าหมายการผลิตที่มีประสิทธิภาพ ประหยัดพลังงาน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ สร้างประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสังคมอย่างมากให้กับองค์กร