Установка для изучения теплообменно-конденсационных процессов

 

Использование: Изобретение относится к лабораторным экспериментальным установкам непрерывного действия для изучения работы конденсационных секций атмосферно-вакуумных колонн и может найти применение при выполнении исследовательских и опытных работ в нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности и решает задачу расширения диапазона измеряемых значений параметров теплообменно-конденсационных процессов на пакете барботажных тарелок в вакууме и повышения достоверности оперативно получаемых конечных результатов. Сущность изобретения заключается в том, что колонна имеет несколько тарелок, каждая из которых снабжена устройствами измерения температуры паров и жидкости и узлам вывода и ввода жидкости, соединенными через запорно-регулировочные устройства соответственно с приемным и распределительным коллекторами, которые через холодильник, мерную емкость и насос соединены между собой и.образуют контур циркуляции теплоотводящей жидкости на тарелках, а на перетоках между колонной и приемным коллектором имеется по два отвода с зажимами для присоединения пробоотборников . 1 з.п.ф-лы, 3 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ся>з В 01 0 3/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

-" " -" 193 4,;

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

1 (21) 4928088/26 (22) 15.04.91 (46) 15.04.93. Бюл. hL 14 (71) Грозненский нефтяной научно-исследовательскийй институт (72) А.К.Мановян, М.M.Öèöêèåâ и В.А.Морозов (56) Авторское свидетельство СССР

М 559715, кл. В 01 0 3/32, 1977;

Бунин В,Б. Кандидатская диссертация.

М.: МИНХ и ГП, !972, инв.номер К 117962.

Крель 3. Руководство по лабораторной перегонке. M.: Химия, 1980, стр. 208 — 214 (и рототип). (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕПЛООБМЕННО-КОНДЕНСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ (57) Использование: Изобретение относится к лабораторным экспериментальным установкам непрерывного действия для изучения работы конденсационных секций атмосферно-вакуумных колонн и может найти применение при выполнении исследоваИзобретение относится к лабораторным экспериментальным установкам непрерывного действия для изучения работы конденсационных секций атмосферно-вакуумных колонн и может найти применение при выполнении исследовательских и опытных работ в нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых значений параметров теп«5U 1808344 А1 тельских и опытных работ в нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности и решает задачу расширения диапазона измеряемых значений параметров теплообменно-конденсационных процессов на пакете барботажных тарелок в вакууме и повышения достоверности оперативно получаемых конечных результатов, Сущность изобретения заключается в том, что колонна имеет несколько тарелок, каждая из которых снабжена устройствами измерения температуры паров и жидкости и узлам вывода и ввода жидкости, соединенными через эапорно-регулировочные устройства соответственно с приемным и распределительным коллекторами, которые через холодильник, мерную емкость и насос соединены между собой и.образуют контур циркуляции теплоотводящей жидкости на тарелках, а на перетоках между колонной и приемным коллектором имеется по два отвода с зажимами для присоединения пробоотборников. 1 з.п,ф-лы, 3 ил. лообменно-конденсационных процессов и повышение достоверности и оперативности получаемых конечных результатов.

На фиг. 1 показан общий вид установки для изучения теплообменно-конденсационных процессов; на фиг. 2 — пример отбора жидкой фазы с тарелки колонны; на фиг, 3— технологические схемы работы установки.

Установка состоит иэ колонны 1 с кол- пачково-барботажными тарелками 2, нагревателя 3 и куба 4 для подвода тепла, 1808344 устройства конденсации паров 5, холодильников 6, 7, 8, приемников продуктов 9, 10, 11 и системы создания и поддержания вакуума (вакуумный насос 12, буферная емкость

13, вакууметр 14). Колонна снабжена на каждой тарелке устройствами измерения температуры паров и жидкости (, — место расположения термопар) и узлами вывода

15 и ввода 16 жидкости; соединенными через запорно-регулировочные устройства 17 10 соответственно с приемным 18 и распределительным 19 коллекторами, которые через холодильник 8, мерную емкость 20 и насос

21 соединены между собой и образуют контур циркуляции теплоотводящей жидкости на тарелках, а на перетоках между колонной

1 и приемным коллектором 18 имеется по два отвода с запорными устройствами 22 для присоединения пробоотборников 23 (фиг. 2). Установка включает емкость сырья 20

24 и ротаметр 25 для замера расхода сырья.

В кубе 4 имеется устройство 26 для ввода инертного газа (пара), который подогревается в нагревателе 27.

° На устройстве конденсации паров 5 25 находится узел регулирования отбора фракций и контроля орошения 28. Узел регулирования имеет сужение трубки, которое запирает регулирующая игла, вращающаяся вручную. Аналогичную конструкции име- 30 ет и запорно-регулировочное устройство 17, Коллектор 18 объединяет отводы флегмы со всех тарелок в циркуляционный контур и позволяет придать установке универсальность по количеству технологи- 35 ческих вариантов циркуляции флегмы перечисленных ниже, т.е. отвечает указанной выше цели "расширение диапазона измеряемых значений параметров изучаемых процессов". 40

Коллектор 18 позволяет отобрать пробы жидкости со всех тарелок одновременно и при этом без искажений их качества, ибо они отбираются (фиг, 2) на перетоках 29 между тарелкой 2 и коллектором 18, 45

Отбор жидкой пробы на анализ осуществляют следующим образом. Флегма с тарелки двигаясь в переводнике 29 затекает в . пробоотборник 23. . При накоплении достаточного количества отбираемой жидкости, 50 закрывают кран 15; или же эапорными устройствами 22 отсекают пробоотборник 23 от переводника 29.

На фиг. 3 показано 4 из возможных схем являющихся основными: 55

Схема 1 — эта схема позволяет изучить полноту конденсации всего парового потока в ректификационной колонне, работающей в качестве укрепляющей, когда флегма по линии 30 (все остальные переточные линии с тарелок закрыты) через холодильник

9, мерную емкость 20, насосом 21 подается по линии 31 на верхнюю тарелку(1). Возможен возврат фпегмы одновременно на несколько тарелок (например на 1, 2 и 3).

Схема 2 — эта схема позволяет изучить процессы конденсации паров на тарелках

ВЦО вакуумной ректификационной колонны, а также изучить процессы тепло- и массообмена на этих тарелках, когда флегму отводят по линии 32 и возвращают по линии

31 (ВЦО на трех тарелках), а нижележащие тарелки работают как ректификациомные.

Схема 3 — по схеме 3 изучают кондейсационные процессы на тарелках ПЦО с т@М« ки зрения влияния их на качество боков@6 продукта отбираемого выше этой секций.

Изучают также процессы тепломасообм4 на этих тарелках. Флегму выводят по лай

ЗЗ и возвращают по линии 34.1. Схема 4 — это схема позволяет иэучЖЪ влияние комбинированного орошения, Э именно: верхнего циркуляционного оройения и острого, испаряющегося орошения иа качество отбираемого бокового продукта и на полноту конденсации парового потока приходящего s секцию ВЦО, когда флегму выводят по линии 32 и возвращают основную часть по линии 31 (ВЦО), а оставшуюся часть по линии 34 (острое, испаряющееся орошение).

Работа предлагаемой установки приводится по каждой схеме отдельно:

Схема 1, По этой схеме установка работает следующим образом;

Перед началом опыта фиксируют количество сырья в емкости 24(фиг. 1). Включают электрообогревы. Исходное сырье из емкости 24 самотеком через ротаметр 25, направляется в нагреватель сырья 3, из которого сырье в парожидкостном состоянии, поступает в питательную зону колонны, В обогреваемом кубе 4 колонны образуется дополнительный паровой поток, который в смеси с парами исходного сырья и инертного газа поступает на тарелки колонны.

На тарелках паровой поток конденсируется циркулирующий жидкостью (см;ниже) и несконденсированная часть этого пара конденсируется в холодильнике 6. Образовавшаяс№ флегма стекает обратно в колонну. Сниза колонны из куба 4,,остаток по ликии 35, охлаждаясь в холодильнике 7, отбирается в емкость 11. При наборе определенного уровня жидкости на нижней тарелке, открыв кран 15 (фиг. 2), выводят флегму по линии 30 (см.фиг. 3), через приемный коллектор и через холодильник 8 в мерную емкость 30. После накопления достаточного количества жидкости в этой

1808344 емкости включают в работу насос 21, который ее подает через распределительный коллектор по линии 31 на верхнюю тарелку колонны. Температура жидкости, вводимой на тарелку, регулируется электрообогревом, нанесенным на распределительный коллектор 19 (фиг. 1), При необходимости, часть циркулирующей флегмы, как боковой продукт по линии

37 можно вывести в приемник 10, С верха колонны через узел 28 по линии 36 в приемник 9 отбирают несконденсированные в колонне продукты. Несконденсировавшиеся газы откачивают вакуумным насосом 12 по линии 38. При выходе установки на стабильный режим работы фиксируют расход сырья (по ротаметру) отбираемых продуктов, количество циркулирующего орошения и инертного газа подаваемого в куб через нагреватель 27, а также температурный режим колонны.

Расход остатка верхнего и бокового продуктов замеряют по соответствующим емкостям, на которые нанесены мерные деления; или же после окончания опыта взвешиванием. Расход циркуляционного орошения измеряют по показаниям мерной емкости 20 или же по производительности насоса 21.

Расход инертного газа — газовым счетчиком ГСБ-400 кл. 1 (на фиг, 1 не показан).

Температуры измеряют термопарами на всех жидкостных и паровых потоках как в самой колонне, так и вне ее (на фиг. 1 место расположения термопар).

Интенсивность электронагревов регулируют латрами. При. выходе установки на стабильный режим работы, для определения изменения функционального состава жидкой фазы на каждой тарелке колонны, . отбирают пробы жидкости со всех тарелок одновременно; как описано выше (фиг, 2).

После окончания опыта составляют материальный и тепловой балансы колонны, Для всех отобранных продуктов и проб жидкости с каждой тарелки определяют плотность и фракционный состав, На основе этих данных судят о закономерностях изменения состава парового и жидкого потока по высоте колонны, Схема 2.

Работу установки по схеме 2 до выхода на стабильный режим осуществляют как по схеме 1, При достижении стабильного режима работы и определенного уровня жидкости на тарелке ВЦО, открыв кран 15 (фиг. 2) выводят флегму по линии 32 (см.фиг. 3), в приемный коллектор 18, Выводимая жидкость, охладившись в холодильнике 8, поступает в мерную емкость 20. По мере накопления достаточного количества жидкости в мерной емкости, включают в работу насос 21, который подает ее s распределительный коллектор 19 и из него по линии 31

5 через запорно-регулировочное устройство

17 на верхнюю тарелку колонны. С верха колонны через узел 28 по линии 36 выводится верхний продукт в приемник 9. При необходимости, часть циркулирующей флегмы, 10 как боковой продукт по линии 37 можно вывести в приемник 10. При выходе установки на стабильный режим работы, начинают отбирать пробы жидкой фазы с тарелок.

Схема 3.

15 До выхода на стабильный режим, работу осуществляют аналогично схеме 1. При достижении стабильного режима работы и определенного уровня жидкости на тарелке вывода ПЦО, открыв кран 15 орошение вы20 водят по линии 33 (см.фиг. 3),через приемный коллектор и через холодильник 8 в мерную емкость 20. После накопления достаточного количестве жидкости в этой емкости включают в работу насос 21, который

25 подает ее через распределительный коллектор 19 по линии 34 в колонну. В данном случае под ПЦО подключено 2 тарелки. С верхней ректификационной тарелки выводят боковои продукт (на фиг. 3 по линии 32), 30 Для исследования влияния количества тарелок, включенных под ПЦО на качество бокового продукта, изменяют число этих тарелок

- (2, 3, 4 и т.д.). При выходе установки на стабильный режим работы измеряют расход

35 сырья (по ротаметру), отбираемых продуктов, количество циркулирующего орошения и инертного газа, а также температурный режим колонны, как это изложено в описа-. нии схемы 1. Со всех тарелок колонны отби40, рают пробы жидкости на анализ. По окончании опыта составляют материальный и тепловой балансы колонны. Для отобран. ных проб жидкости с тарелок и бокового продукта определяют фракционный состав

45 и плотность.

На основе этих данных судят о закономерностях измерения состава парового и жидкого потоков по высоте колонны. Изменяя количество и температуру циркулирую50 щего орошения выявляют влияние их на качество бокового продукта.

Схема 4.

По данной схеме установку выводят на стабильный режим работы как и по схеме 1, 55 При стабильном режиме работы и накоплении определенного уровня жидкости на тарелке вывода ВЦО, открыв кран 15, выводят. орошение по линии 32 и возвращают основную часть по линии 31, а оставшуюся часть по линии 34 (см. фиг.3). Часть циркулирую1808344 8 щей флегмы, как боковой продукт по линии

37 выводят в приемник 10. Замеряют расход сырья (по ротаметру 25), продуктов и циркулирующего орошений, а также измеряют температуру. Отбирают с тарелок пробы жидкой фазы на анализ. Изменяя количество и температуру циркулирующего орошения определяют влияние их на качество бокового продукта и полноту конденсации парового потока в секции ВЦО.

По окончании опыта составляют материальный и тепловой балансы, определяют .фракционный состав и плотность всех отобранных продуктов и проб с тарелок. На основе этих данных судят о закономерностях изменения состава парового и жидкого потоков по высоте колонны.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемая конструкция установки для изучения теплообменно-конденсационных процессов в сравнении с прототипом и другими известными устройствами отличается тем, что каждая тарелка колонны снабжена устройствами для измерения температуры паров и жидкости и выводными патрубками для отвода циркулирующей жидкости флегмы с каждой тарелки, соединенными через запорные узлы с общим вертикальным приемным коллектором и имеющим узлы для отбора проб, приемный коллектор через хо лодильник, мерную емкость и насос, соединен с напорным коллектором, который с помощью вводных патрубков с регулирующими устройствами соединен с каждой тарелкой колонны, образуя контур циркуляции теплоотводящей флегмы на тарелках по различным схемам теплоотвода.

Результаты использования установки подтверждают, что все изменения, внесенные в конструкцию ее, позволяют в лабораторных условиях расширить диапазон измеряемых значений параметров теплообменно-конденсационных процессов на пакете барботажных тарелок в вакууме и повысить достоверность оперативно пол5 учаемых конечных результатов при проведении исследовательских работ и анализе нефтепродуктов.

Формула изобретения.

1. Установка для изучения теплообмен10 но-конденсационных процессов в вакууме, включающая колонну с тарелками, снаб- женными устройствами для измерения температуры паров и жидкости и патрубками для вывода и ввода жидкой флегмы с каждой

15 тарелки с узлами отбора проб, нагреватель сырья, куб, устройство для конденсации паров сверху колонны, холодильники, прием-. ники продуктов и систему создания и поддержания вакуума, отличающаяся

20 тем, что, с целью расширения:диапазона значений измеряемых параметров теплообменно-конденсационных процессов и повышения достоверности и оперативности получаемых конечных результатов, колонна

25. снабжена вертикальными приемным и напорным коллекторами, при этом каждая тарелка колонны соединена через выводные патрубки с приемным коллектором, который через холодильник, мерную емкость и насос

30 соединен с напорным коллектором,.который через выводные патрубки соединен с каждой тарелкой колонны, образуя контур циркуляции теплоотводящей флегмы на тарелках.

35 2.Установкапоп.1,отличаюЩаяся тем, что узлы отбора проб выполнены в виде съемных сосудов с двумя патрубками, один из которых входит внутрь, не доходя до дна сосуда, и оба соединены снизу посред40 ством устройств с каждым выводным патруб ком.

1808344

1808344

Йл. 5

Составитель А. Мановян

Техред M. Моргентал Корректор С. Пекарь

Редактор

Заказ 1232 Тираж Подписное

8ЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101