Designprogramm für Stoffaustauschkolonnen. Packungen, Füllkörper und Trennböden - prozesstechnik online

Packungen, Füllkörper und Trennböden

Designprogramm für Stoffaustauschkolonnen

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Ganz gleich, ob Verfahrensingenieur im Konstruktionsbüro oder Betriebstechniker in der Produktionsanlage: Das Designprogramm für Stoffaustauschkolonnen Sulcol hilft Anwendern, neue Kolonnen zu entwerfen, die maximale Kapazität vorhandener Kolonnen zu berechnen, die Engpässe beim Kolonnenbetrieb zu bestimmen, einen Umbau zu planen und die Verwendung leistungsfähigerer Einbauten zu sondieren.

Bereits Ende der 1980er-Jahre hat Sulzer ein hydraulisches Designprogramm entwickelt, um Kunden bei der Auslegung und beim Entwurf von Kolonnen zu unterstützen. Mit dem Sulcol-Programm stellt der Anlagenbauer sein Know-how nun für Kunden zur Verfügung. Es bietet die Möglichkeit, Destillations- oder Absorptionskolonnen mit Stoffaustauschprodukten von Sulzer auszulegen. Die Mindesteingaben für das Programm sind die Fluiddaten – hauptsächlich die Dampf- und Flüssigkeitsmassenströme mit den jeweiligen Dichten. Sulcol unterstützt zudem den direkten Import von hydraulischen Daten aus Simulationsprogrammen wie Aspen Plus oder PRO/II Process Engineering. Da Packungen und Trennböden bei der Auslegung unterschiedliche Angaben erfordern, sind auch die einzugebenden Daten und die jeweilige grafische Benutzeroberfläche (GUI) in Sulcol unterschiedlich. Bei der Auswahl der Stoffaustauschkomponente berechnet das Programm die prognostizierte hydraulische Leistung der Kolonne. Ein gutes hydraulisches Design sorgt dafür, dass der gewünschte Wirkungsgrad des Trennbodens bzw. der Packung erreicht wird.

Auswahl des Packungstyps

Bei der Auslegung der Packung können Nutzer den für ihren Prozess am besten geeigneten Packungstyp aus dem breiten Angebot der Sulzer-Packungsprodukte wählen. Wird eine strukturierte Packung vom Typ Mellapak oder Mellapakplus gewählt, wird der Wirkungsgrad der Packung als Höhenäquivalent einer theoretischen Trennstufe (HETP-Wert) dargestellt. Dieser Referenzwert hilft Ingenieuren bei der Bestimmung der für die Trennung erforderlichen Packungshöhe. Die Wahl eines anderen Packungstyps für dieselben Fluiddaten ergibt andere HETP- und Kapazitätsfaktoren, die zu einem anderen Kolonnendesign führen.

Einige Nutzer bevorzugen eine optische Darstellung der Betriebsgrenzen des gewählten Packungstyps. Sulcol bietet eine integrierte Funktion, die die Erstellung eines Kapazitätsdiagramms mit nur einem Klick ermöglicht. Diese als Performance Charts bekannten Diagramme zeigen den Auslegungspunkt als roten Punkt neben den Flutgrenzen. Wie bei einem Standortpunkt auf einem Stadtplan weiß man, wo die Kapazität der Kolonne liegt und wie weit sie reichen könnte. Das Diagramm gibt eine Vorstellung, welche Kapazität mit dem angegebenen Kolonnendurchmesser und der gewählten strukturierten Packung erreicht werden könnte. Neben strukturierten Packungen stehen generische Ringfüllkörper sowie die gesamte Palette der Nexring-Schüttfüllkörper zur Verfügung.

Hilfe beim Trennbodendesign

Für die Auslegung von Trennböden mit Sulcol sind zusätzliche geometrische Eingaben wie der Kolonnendurchmesser, der Bodenabstand, die Anzahl der Fluten pro Boden und die Abmessungen des Ablaufschachts erforderlich. Für Nutzer, die eine Bodensektion von Grund auf neu entwerfen und sich nicht sicher sind, wie sie anfangen sollen, ist das Designprogramm das ideale Werkzeug. Über die Schaltfläche „Initial Design“ kann automatisch ein optimierter Kolonnendurchmesser auf der Grundlage des gewählten Bodentyps berechnet werden. Die Schaltfläche „Optimize D.C.“ ermöglicht die Berechnung der Größe des Ablaufschachts auf Basis der vom Nutzer angegebenen Eintrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Mithilfe der beiden Assistenten kann innerhalb weniger Minuten ein vorläufiges Bodendesign erstellt werden.

Sulcol ermöglicht die Auslegung von Kolonnen mit verschiedenen Trennbodentypen von Sulzer – z. B. BDH-Ventilen, V-Grid-Ventilen wie dem MVG, UFM und UFM AF. UFM ist ein beweglicher Miniventiltyp, der eine hohe Kapazität und eine große betriebliche Flexibilität bietet. UFM AF ist ein größeres, festes Ventil mit der gleichen speziellen Schirmform, das sich durch eine hohe Kapazität und eine hohe Ablagerungsbeständigkeit auszeichnet. Die Designsoftware bietet noch weitere Wizards. So kann mit einem einzigen Klick die hydraulische Leistung der beiden Hochleistungstrennböden VGPlus und UFMPlus begutachtet werden. Sie zeigt den zusätzlichen Durchsatz und den vergrößerten Betriebsbereich dieser Böden, der durch verbesserte Ablaufschächte in Kombination mit Hochleistungsventilen erreicht wird. Der umfangreiche Hilfebereich enthält eine Bedienungsanleitung für das Programm sowie Produktinformationen zu den Sulzer-Stoffaustauschkomponenten.

Einsatz in einer Raffinerie

In einem Reformatspalter werden Benzol und leichtere Bestandteile vom Reformat aus dem vorgelagerten katalytischen Reformer abgetrennt. Die betreffende Anlage wurde vor zehn Jahren in Texas gebaut und die Kolonne war ursprünglich mit MVG-Böden ausgestattet. Einige Jahre später verfügte die US-amerikanische Umweltschutzbehörde EPA, dass Motorenbenzine in den USA einen Benzolanteil von 0,62 Vol.-% aufweisen müssen, was unweigerlich zu einer Erhöhung des Zulaufs zum Reformatspalter geführt hätte. Da die Kolonne bereits mit maximaler Kapazität betrieben wurde, waren die vorhandenen MVG-Böden (siehe Abbildung links) nicht in der Lage, die erwartete 15%ige Erhöhung des Zulaufs zu bewältigen. Sulcol bot dem Kunden die Möglichkeit, die verschiedenen für einen Umbau infrage kommenden Bodentypen im Voraus zu begutachten. Schließlich wurde die Kolonne mit Böden vom Typ UFM mit geneigten Ablaufschächten (Abbildung, rects) umgebaut, die mit 110 % des ursprünglichen Zulaufs betrieben werden. Zwar waren die UFM-Böden für eine Kapazität von 115 % ausgelegt, doch diese wurde aufgrund von Einschränkungen des vorhandenen Verdampfers nicht genutzt.

Einsatz in einer Petrochemieanlage

In einer südostasiatischen Petrochemieanlage sollte der Umbau einer Aromateneinheit geprüft werden. Da eine Veränderung im Zulauf und in der Zusammensetzung der Einsatzstoffe zu erwarten war, wurde eine Prozesssimulation durchgeführt, um die internen Dampf- und Flüssigkeitsbelastungen der Kolonnen zu bestimmen. Mithilfe von Sulcol konnten die zuständigen Technologen eine hydraulische Evaluierung der vorhandenen Kolonnen mit den neuen Belastungen vornehmen. Als Engpass wurde der Depentanisator identifiziert, der C5-Kohlenwasserstoff und leichtere Bestandteile im Kopfstrom entfernt. Die vorhandenen BDH-Böden waren nicht in der Lage, den zu erwartenden Anstieg der internen Dampfbelastung um 36 % und der Flüssigkeitsbelastung um 30 % zu bewältigen. Mithilfe der Wizards identifizierten die Technologen UFMPlus-Böden als mögliche Lösung für den Umbau und wandten sich wegen einer weiteren Optimierung der Böden ebenfalls an Sulzer.

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Suchwort: cav0119sulzer


Autorin: Chew Peng Ang

Produktmanagerin Böden, Technologiemanagement und Prozessinnovation,

Sulzer Singapur

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