Ректификационная установка

 

1. РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА , включающая насадочную ректификационную колонну, к перегонному кубу IT укрепляющей части которой подключены соответственно через нагнетающую линию теплового насоса основной конденсатор и через всасывающую линию .конденсатор готового продукта, связанный с дефлегматором, тадсже подключенным к всасывающей линии теплового насоса, устройство для предварительного подогрева исходной смеси, соединенное линией нодйчи исходной смеси с исчерпывающей частью колонны , и оросительную систему, от л ичающаяся тем, что, с целью сокращения энергозатрат на единицу производимого продукта, она снабжена установленными в исчерпьгоающей части ректификационной колонны последовательно по ходу движения паровой фазы двумя теплообменниками при этом первый из них соединен входом .с линией подачи исходной смеси и выходом с оросительной системой, а вто& ) рой соответственно с входов нагнетающей и выходом с всасывающей линиягми теплового насоса. 2. Установка по п.1, о т л и ч а ю- Л т, а я с я тем, что дефлегматор установлен в укрепляющей части ректификационной колонны.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Зцр В 01 D 3/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3610243/23-26 (22) 19.05.83 (46) 30. 10.84. Бюл. Р 40 (72) И.Н.Ильин (71) Рижский ордена Трудового Красно го Знамени политехнический институт (53) 66.015.23.05(088.8) (56) 1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. И., "Химия", 1971, с. 509-511.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 762899, кл. В 01 D 3/14, 1970.

3. Лебедев П.Д. Теплообменные сушильные и холодильные установки. М., "Энергия", 1972, с. 314. (54) (57) 1. РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА, включающая насадочную ректификационную колонну, к перегонному кубу и укрепляющей части которой подключены соответственно через нагнетающую линию теплового насоса основной конденсатор и через всасывающую линию .конденсатор готового продукта, свя-SU 1121ЯЫ А занный с дефлегматором, также подключенным к всасывающей линии теплового насоса, устройство для предварительного подогрева исходной смеси, соединенное динией подачи исходной смеси с исчерпывающей частью колонны, и оросительную систему, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью сокращения энергозатрат на единицу производимого продукта, она снабжена установленными в исчерпывающей части ректификационной колонны последовательно по ходу движения паровой. фазы двумя теплообменниками при этом первый из них соединен входом .с линией подачи исходной смеси и выхо- ф дом с оросительной системой, а второй соответственно с входом нагне тающей и выходом с всасывающей линия". ми теплового насоса.

2. Установка по п.1, о т л и ч а ю и щ .а я с я тем, что дефлегматор установлен в укрепляющей части ректификационной колонны.

II210l8

Изобретение относится к конструк,циям устройств для ректификации и может быть использовано для фракционирования и разделения жидких смесей.

Известна схема непрерывно действую 5 щей ректификационной установки, включающая ректификационную колонну, к исчерпывающей части которой подключены кипятильник и холодильник остат-. ка, а к укрепляющей — дефлегматор, делитель флегмы, холодильник — конденсатор, а также подогреватель ис- ходной смеси (11., однако в известной установке требуется значительный расход I5 охлаждающей жидкости на дефлегматор, что снижает ее экономичность. Кроме того, экономичность установки снижается из-за отсутствия рекуперации энергии. 20

Известно устройство для ректификации, в корпусе которого вертикально расположены трубные пучки, последовательно соединенные между собой и делящие корпус на ступени 25 трубных пучков. С нижней частью корпуса соединен выносной, выпарной аппарат. На паровом трубопроводе последовательно установлены конденсатор и гидрозатвор(2 .

Однйко использование охлаждающей жидкости в теплообменнике и конденсаторе приводит к дополнительным потерям теплоты в системе, что снижает эффективность всего процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является ректификационная установка с трансформатором тепла, включающая насадочную ректификационную колонну, к перегонному кубу и укрепляющей части которой подключены соответственно через нагнетающую линию теплового насоса основной конденсатор и через всасывающую линию конденсатор готового продукта, связанный с дефлегматором, также подключенным к всасывающей линйи теплового насоса, устройство для предварительного подогрева исходной смеси, соединенное линией подачи исходной смеси с исчерпы, 5О вающей частью колонны, и ороситель". ную систему (31 .

Однако в известной установке испрльзуется дефлегматор и основной: подогреватель исходной смеси, являю- 55 щиеся развитыми металлоемкими поверхностями теплообмена, требующими значительных энергозатрат на охлаждающую жидкость на дефлегматор и пара на основном подогревателе исходкой смеси.

Цель изобретения — сокращение энергозатрат на единицу производимого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что ректификационная установка, включающая насадочную ректификационную колонну,к перегонному кубу и ук-. репляющеи части которой подключены соответственно через нагнетающую линию теплового насоса основной конденсатор и через всасывающую линию конденсатор готового продукта, связанный с дефлегматором, также подключенным к всасывающей линии теплового насоса, устройство для предварительного подогрева исходной смеси, соединенное линией подачи исходной смеси с исчерпывающей частью колонны, и оросительную систему, снабжена установленными в исчергывающей части ректификационной колонны последовательно по ходу движения паро- . вой фазы двумя теплообменниками, при этом первый из них соединен входом с линией подачи исходной смеси и выходом с оросительной системой, а второй соответственно с входом с нагнетающей и выходом с всасывающей линиями теплового насоса.

При этом дефлегматор установлен в укрепляющей части ректификаци-. онной колонны.

На фиг. 1 изображена схема ректификацинной установки; на фиг.2 схема, иллюстрирующая принцип действия элементов пассивной насадки; на фиг.3 — схема, иллюстрирующая принцип действия элементов активной насадки.

Ректификационная установка включает насадОчную ректификациснную колонну 1, к перегонному кубу 2 и укрепляющей части 3 которой подключен через нагнетающую линию 4 основной конденсатор 5 теплового насоса с компрессором 6. Дефлегматор 7 подключен к всасывающей линии Ь теплового насоса и установлен в укрепляющей части 3 ректификационной колонны 1 параллельно конденсатору готового продукта 9, также подключенного к всасывающей линии 8.

Дефлегматор 7 и конценсатор rorosoro продукта 9 являются параллель1121018 но включенными испарителями теплового насоса.

Ректификационная установка включает также устройство 10 для предварительного подогрева исходного про.дукта, соединенное линией 11 подачи исходной смеси с- исчерпывающей частью 12 колонны 1, в которой по ходу движения паровой фазы последовательно установлены два теплообменника 13 и 14 и выполняющую роль активной насадки, участвующей в теплообмене. Теплообменник 13 соединен с линией 11 подачи исходной смеси и оросительной системой 15.

Теплообменник 13 является основным подогревателем исходной смеси.

Теплообменник 14 соединен с нагнетаю щей линией 4 и всасывающей линией 8 теплового насоса и является .дополнительным конденсатором теплового насоса, включенным параллельно основному конденсатору 5.

Регулирующие вентили 16 расположены в испарительной и конденсаторной частях теплового насоса.

В перегонном кубе 2 установлен дополнительный нагреватель 17, питающийся от постороннего теплового

ЗО источника.

Для дросселирования жидкой фазы теплоносителя служит дроссель 18, разделяющий конденсаторную и испарительную части теплового насоса.

Исходная смесь, подогретая в уст- 35 ройстве 10 для предварительного подо грева исходного продукта за счет теплоты остатка, покидающего перегонный куб 2, поступает в исчерпы вающую часть 12 колонны 1, в которой установлены теплообменники 13 и

14. В теплообменнике 13 происходит основной подогрев исходной смеси, а в теплообменнике 14 — конденсация пара, идущего через регулирующий вентиль 16 от компрессора 6 теплового.насоса.

Исходная смесь, двигаясь в теплообменнике 13 противоточно паровой фазе, поступающей в исчерпывающую часть 12 колонны 1 из перегонного куба 2, подвергается дополнительному подогреву, а затем с помощью оросительной системы 15 равномерно распределяется на активные насадки 55 теплообменников 13 и 14 исчерпывающей части 12 колонны 1. При этом смесь первоначально поступает на активную насадку, являющуюся наружной поверхностью теплообменника 14 одновременно выполняющего роль дополнительного конденсатора теплового насоса.

На наружной поверхности исходная смесь доводится до состояния насыщения и кипит в стекающей пленке, образуя паровую фазу с преимущественным содержанием легкокипящего компонента.

Затем кипящая пленка попадает на теплообменник 13, где ее кипение прекращается за счет интенсивного отвода теплоты к нагреваемой исходной смеси, движущейся в теплообменнике

13.

Тепломассообмен в теплообменнике 13 ведет к преимущественной кон- . денсации из паровой фазы высококипящей составляющей, что приводит к соответствующему обогащению паровой смеси легкокипящей составляющей.

Стекающая пленка попадает в перегонный куб 2, где она кипит по поверхности нагрева, служащей основным конденсатором 5 теплового насоса.

Таким образом паровая фаза, выходящая из исчерпывающей части 12 колонны i, образованная в результате процессов кипения в перегонном кубе 2, а также в результате тепломассообмена в теплообменниках 13 и 14, содержащая в своем составе преимущественнб легкокипящую составляющую, поступает в укрепляющую часть 3 колонны 1, в которой установлен дефлегматор 7. В укрепляющей части 3 колонны 1 за счет отвода теплоты в дефлегматор 7 происходит частичная конденсация паровой фазы и сепарация жидкой фазы, стекающей в виде пленки, образованной наружной поверхностью дефлегяатора 7.

В процессе конденсации в жидкуго фазу переходит высококипящий компонент и на выходе из укрепляющей части 3 колонны f получается практически чистая легкокипящая .составляющая с незначительным содержанием высококипящих примесей. Эта паровая фаза поступает в конденсатор готового продукта 9. Конденсация происхо дит на поверхности теппообмена, явля. ющейся одновременно испарителем теплового насоса к компрессору 6 через регулирующий вентиль 16.

112 l 018

Тепловой насос в ректификационной установке работает следующим образом.

Пары теплоносителя, образующиеся в испарителях (дефлегматоре 7 и конденсаторе готового продукта 9, подклю- S ченных параллельно), поступают в ком— прессор 6 теплового насоса, где сжимаются за счет работы, затрачиваемой на привод.

Сжатые. пары поступают в конденсатор теплового насоса, образуемый двумя параллельно соединенными поверх- . ностями теплообмена, одна из которыхосновной конденсатор 5 теплового насоса, расположенный в перегонном кубе 2, другая — дополнительный конденсатор теплового насоса (теплообменник 14).

Жидкая фаза теплоносителя, образовавшаяся в основном и дополнительном конденсаторах 5 и 14 теплового насоса после дросселирования (дроссель 18) вновь поступает в дефлегматор 7 и конденсатор 9.

Наличие регулирующих вентилей 16 в испарительной и конденсаторной частях теплового насоса позволяет менять сопротивление во всасывающей 8 и нагнетающей 4 линиях теплового насоса, перераспределять пото- ЗО ки теплоносителя в параллельно соединенные линии дефлегматора 7 и конденсатора 9, и основного и,дополнительного конденсаторов 5 и 14, и тем самым менять распределение тепловых потоков в испарительной и кон° денсаторной частях теплового насоса.

При этом, воздействуя на процессы тепломассообмена, изменяют состав 4О .получаемого продукта.

Таким образом, в данной установке использование теплообменников, установленных в исчерпывающей части колонны последовательно по ходу дви- 45 жекия паровой фазы и выполняющих роль активной насадки, участвующей в теплообмене, позволяет интенсифицировать процесс тепломассообмена. Для доказательства рассмотрим два одина- 5G ковых элемента насадки с площадью

d F, один из которых является элементом пассивной насадки, служащей только для создания развитой поверхности контакта взаимодействующих 55 фаз, а другой — элементом активной насадки, участвующей в теплообмене (фиг.2 и 3).

Примем, что в рассматриваемых вариантах паровая фаза имеет одинаковые температуру 1п и состав, который характеризуетсч одним и тем же порциальным давлением pq конденсирующейся составляющей. Флегма, стекающая по насадке, в обоих случаях поступает на элементы насадки с одной .и той же температурой то и имеет одинаковый состав. Тогда в результате тепломассообмена на элементе пассивной насадки температура флегмы на выходе с элемента составляет величину . Средняя температура стекающей пленки равна ср

Удельные потоки теплоты с1 т и массы а м могу быть выра ены:

=a(< (с ), Я 1 С и 1оо1)р где К и (3 — коэффициенты тепломассоотдачи," (< p) — парциальное давление паровой фазы конденсирующейся составляющей при температуре 1о,„

Б случае активной насадки в результате отвода части теплоты в элемент активной насадки температура флегмы на выходе с элемента равка: с, Средняя температура пленки о 1 о

Cp: ср и, соответственно, изменяются удельные потоки теплоты и массы:

Проведенные исследования процессов тепломассообмена в аппаратах с активной насацкой показали, что коэффициент тепломассообмена увеличиваетсН в активной насадке в 2-3 раза в сравнении с пассивной -насадкой.

Следовательно, при использовании активной насадки за счет интенсификации тепло- и массообмена сокращается высота насадки, соответственно уменьщаются габаритные размеры ректификационной колонны, что приводит

112I0I8 к пропорциональному уменьшению в 2-3 раза удельных тепловых потерь в окружающую среду на единицу производимой продукции.

Кроме того, сокращение энергозатрат в ректификационной установке связано с отсутствием расхода охлаждающей воды на дефлегматор и Расходом пара на основной подогреватель исходной смеси.

При этом появляется возможность уменьшить материалоемкость ректификационной установки и тем самым снизить капитальные вложения за счет сокращения ее габаритных размеров, поскольку насадки в исчерпывающей и укрепляющей частях колонны выпол5 нены соответственно в виде теплообменных поверхностей основного подогревателя исходной смеси и дефлегматора.

Годовой экономический эффект от внедрения данной установки составляет 36652 руб на одну ректификационную установку с производительностью 1000 кг спирта в час.

ll2l0l8

ЬРп

Составитель В.Тарасов

Техред Т.Маточка Корректор И.Муска

Редактор Н.Воловик

Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

t13035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7844/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ригз

Ь 7П