食品级二氧化碳生产工艺

2008,18(6)闫小茹　食品级二氧化碳生产工艺　食品级二氧化碳生产工艺

闫小茹3　华陆工程科技有限责任公司　西安　710054

摘要　

介绍食品级二氧化碳生产方法、工艺特点、设备选型及工艺路线选取。关键词　二氧化碳　工艺　高压法　中压法

1　概述

二氧化碳被广泛用于石油化工、化肥、焊

接、消防和石油开采。液态二氧化碳常被用作制冷剂,还被用于航空设备、电子元器件的低温实验。食品级二氧化碳在食品冷冻、饮料碳酸化方面应用广泛。随着食品工业的飞速发展,其用量相当可观。高纯度二氧化碳主要用于电子工业、医学研究、二氧化碳激光器,检测仪器的校正气及配制其它特种混合气。固态二氧化碳用于青霉素生产和鱼类、奶油、冰淇淋等食品的贮存及低温运输等方面。

国内发展回收二氧化碳并提供生产食品级的二氧化碳起步较晚,技术较落后,生产的食品级二氧化碳的质量也较低。随着人类对健康食品的质量和产量要求日益增高,以及为了减少温室气体二氧化碳的排放量,促使国内食品级二氧化碳工业有了较大的发展,但无论产量和质量均满足不了市场的需要。

2　工艺技术

211　生产方法

二氧化碳在不同的温度和压力下存在液、

固、气三相,分析二氧化碳三相平衡图能得到固态、液态和气态存在的工况条件:①在211MPa 、-20℃下,CO 2位于液态区;②在8MPa 、低于30℃下,CO 2位于液态区;③在011MPa 、-7818℃下,CO 2位于固态区;④在110MPa 、0℃

下,CO 2位于气态区。

根据相图的热力学条件,工业生产液态二氧

化碳有高压法和低压法。21111　高压法

二氧化碳经预处理,去二氧化碳压缩机压缩到8MPa,再经干燥脱除微量水分及杂质,用液氨冷却液化为液态二氧化碳。21112　中压法纯净二氧化碳气体经压缩到215MPa,用液氨在-25℃～-30℃下冷却、精制,再冷却至-20℃液化得到液态二氧化碳。

一般多采用中压法,可大大减少二氧化碳压缩机的电耗,从而降低成本,提高经济效益。采用中压法,设备投资也较低。另外,在211MPa 、-20℃下,CO 2位于液态区,可采用液氨制冷。二氧化碳原料气经过压缩、冷却、干燥脱水、吸附脱微量饱和水、吸附脱除乙烯、氨冷凝液化二氧化碳及精馏分离脱低沸点组分,塔釜即可制得纯度≥99199%的高纯度食品级液态二氧化碳。212　工艺特点

(1)采用吸附法脱乙烯,可减少精馏塔的

理论板数,降低填料高度和回流比,减少精馏塔

能耗。

(2)装置设置两台二氧化碳压缩机,精馏塔填料采用高效的板波填料,提高了装置的操作弹性,操作弹性为50%～120%。

(3)由精馏塔釜排出的产品液态二氧化碳采用液氨冷冻剂过冷,利于二氧化碳产品的储存与运输。

(4)为了使液态二氧化碳产品不含有任何异味,设置了活性炭吸附器。

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23闫小茹:工程师。1998年毕业于西北大学化学工程专业。一直从事化工工艺设计。联系电话:(029)82238189-3204,E -

mail:yxr1819@chinahualueng 1com 。

CHE M I CAL ENG I NEER I NG D ES I GN 化工设计2008,18(6)

213　装置组成

装置包括二氧化碳压缩、氨制冷、吸附纯化脱微量水、吸附脱乙烯、浅冷精馏脱除低沸点组分、液态二氧化碳产品的过冷以及储存与输送等工艺过程。

214　产品的主要技术规格

食品级液态二氧化碳的产品技术规格:纯度≥99199%(wt )总有机物≤10ppm H 2O ≤10ppm O 2≤1ppm N 2≤1ppm

无异味215　工艺流程简述

原料二氧化碳气体经外管网进入装置的二氧化碳缓冲罐,通过二氧化碳压缩机组压缩至214MPa,再经压缩机组的后水冷却器冷却,进入水分离器分离出水后,进入吸附干燥器进一步

脱除微量水分,使露点达到-60℃。脱除水分后

的二氧化碳气体经过乙烯吸附器,使原料中的乙烯含量≤5ppm ,然后进入活性炭吸附器脱除异味。再经进料加热器、塔底再沸器、进料冷凝器冷凝成90%左右液态后,进入精馏塔进行分离,塔釜可得到食品级液态二氧化碳产品。经产品过冷器过冷(过冷5℃)后进入液态二氧化碳贮罐储存,用二氧化碳转注泵将液体二氧化碳输送至用户移动槽车,或经二氧化碳装瓶泵经气化器气化后输送至装瓶间。

塔顶气体经塔顶冷凝器部分冷凝后,进入气液分离器,凝液回流精馏塔,不凝性气体及部分二氧化碳气体放空。

进料冷凝器、塔顶冷凝器及产品过冷器是用蒸发液氨作冷源的,氨冷冻量采用一套氨制冷压缩机组获得,最低蒸发温度为-35℃。

吸附干燥器及乙烯吸附器的再生用经蒸汽再生加热器加热的热氮气加热,后用常温二氧化碳气体冷却和反吹置换。工艺流程简图见图1

。

图1　工艺流程简图

216　主要设备选型21611　精馏塔

用来分离脱除液态二氧化碳中的甲烷、乙

烯、氮气、氧气等低沸点组分,使二氧化碳的纯度达到食品级的要求;选用高效板波填料塔,以满足多工况及操作弹性范围要大的要求。因此,精馏塔是装置中的关键设备,其设计直接影响产品的质量。21612　氨制冷压缩机组

氨压缩机组的制冷量应满足进料冷凝器、塔

顶冷凝器、产品过冷器的冷冻量:根据计算,得出这三种冷冻量的总和。考虑适当的余量,选用氨压缩机。217　工艺路线选取

(1)生产食品级液态二氧化碳工艺路线为

两种:①采用压缩、干燥(脱水)、吸附法脱除乙烯、液化、浅冷精馏脱低沸点组分;②采用压缩、干燥(脱水)、液化、浅冷精馏除不凝气杂质(包括烃类)。

(下转第39页)

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2008,18(6)武喜英等　提高调节阀使用寿命及处理常见故障的办法　

516　隔音

使用隔音箱或建筑物把噪音源隔离在里面,使外部环境的噪音减小到人们可以接受的范围内。517　串联节流

在调节阀的压力比高(ΔP/P1≥018)的场合,采用串联节流法把总的压降分散在调节阀和阀后的固定节流元件上。如用扩散器、多孔限流板是减少噪音办法中最有效的。为了得到最佳的扩散器效率,必须根据安装情况来设计扩散器的实体的形状和尺寸,使阀门产生的噪音级和扩散器产生的噪音级相同。

518　低噪音阀

低噪音阀根据流体通过阀芯和阀座的曲折流路(多孔道、多槽道)的逐步减速,以避免在流路的任意一点产生超音速。有多种形式和结构的低噪音阀供选用。当噪音不是很大时,选用低噪音套筒阀,可降低噪音10～20dB,这是最经济的低噪音阀。

6　稳定性

611　不平衡力作用方向

在稳定性分析中,已知不平衡力作用与阀门关闭方向相同时,即对阀产生关闭趋势,阀稳定性差。对工作在上述不平衡力条件下的阀,改变其作用方向,即把流闭型改为流开型,一般都能提高阀的稳定性。

612　工作在稳定状态

有的阀受其自身结构的限制,在某些开度上工作时稳定性较差:①双座阀,开度在10%以内,因上球处流开,下球处流闭,带来不稳定的问题;②不平衡力变化斜率产生交变的附近,其稳定性较差。如蝶阀的交变点在70°左右;双座阀在80%～90%开度上。应设法避免阀门在不稳定区工作。

613　阀门的稳定性

稳定性好的阀其不平衡力变化较小,导向好。常用的球型阀中,套筒阀就有这特点。当单、双座阀稳定性较差时,更换成套筒阀稳定性会得到提高。

614　弹簧刚度

执行机构抵抗负荷变化对行程影响的能力取决于弹簧刚度,刚度越大,对行程影响越小,阀稳定性越好。增大弹簧刚度是提高阀稳定性常用的简单方法,如将20～100kPa弹簧改成60～180kPa的大刚度弹簧,此法主要适用于带定位器的阀,否则,要另配定位器。

615　响应速度

当系统要求调节阀响应或调节速度不应太快时,阀的响应和调节速度却又较快,如流量需要微调,而调节阀的流量调节变化却又很大;或者系统已是快速响应系统而调节阀却又带定位器来加快阀的动作。这将会产生超调而产生振动等。降低响应速度办法有:①将直线特性改为对数特性;②带定位器的可改为转换器、继动器,调整过盈量;③通过限位或调整执行机构预紧力、输出力的办法。

7　结语

通过分析调节阀常见故障,提出处理方法,可以减小故障几率,提高调节阀的寿命。

(收稿日期2008-07-10)

(上接第28页)

通过工艺计算,若采用第二种路线,所需理论板数的填料高度、塔的热负荷、塔顶冷冻量均比第一种路线高得多。而且,采用精馏法脱除乙烯总是达不到分离要求。综合考虑,设计采用第一种工艺路线,即先用吸附法脱除大量的乙烯,再浅冷精馏脱低沸点组分。3　结语

(1)生产食品级二氧化碳的技术在一段时期内将以中压法为主。

(2)高压法装置投资高,生产成本高,不具备竞争优势。

(收稿日期2008-10-18)

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