Ректификационная установка

 

Использование: для разделения жидкостей по фракциям с различными температурами кипения. Сущность изобретения: внутренняя стенка колонны ректификационной установки выполнена из металлической фольги и скрепленного с ней теплоизоляционного покрытия (пенопласта). Тепломассообменные элементы колонны выполнены в виде набора контактирующих с ее внутренней поверхностью поперечных, последовательно расположенных сетчатых кольцевых и сетчатых сплошных с выемками по краям тарелок, установленных на турбулизирующих элементах, выполненных из замкнутых в виде колец спиралей, расположенных у внутренней поверхности колонны. Дефлегмирующая головка установки дополнительно снабжена окнами для визуального наблюдения, дополнительными теплообменником - конденсатором и теплообменником-холодильником, который имеет ниппель для подвода воды в его рубашку охлаждения. Изобретение позволяет упростить конструкцию установки и повысить эффективность ее работы. 1 с. и 6 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к ректификационным установкам, предназначенным для разделения жидкостей по фракциям с разными температурами кипения.

Наиболее близким аналогом изобретения является ректификационная установка, содержащая емкость для исходного продукта, электронагреватель, вертикальную колонну с размещенными в ней тепломассообменными элементами, закрепленную на емкости для исходного продукта, дефлегмирующую головку, закрепленную на верхнем торце колонны, включающую основание с смонтированными на нем термометром, теплообменником-конденсатором и регулирующим краном, соединенным со входом теплообменника-конденсатора и трубкой отбора конечного продукта, которая за регулирующим краном с помощью выходной трубки соединена с теплообменником-конденсатором, а также емкость для конечного продукта.

Недостатком упомянутой установки является ее сложность, обусловленная наличием дополнительного электронагревателя для поддержания определенного температурного режима по длине колонны. Последнее требует дополнительных затрат электроэнергии. Кроме того, колонна с хаотичным наполнением тепломасообменных элементов имеет большое гидросопротивление, неупорядоченное движением паров и конденсата (флегмы) вдоль колонны, что приводит к снижению эффективности тепломассовых процессов внутри колонны.

Задачей, решаемой изобретением, является упрощение конструкции и повышение эффективности работы установки.

Эта задача достигается тем, что в известной установке, содержащей емкость для исходного продукта, электронагреватель, вертикальную колонну с размещенными в ней тепломассообменными элементами, закрепленную на емкости для исходного продукта, дефлегмирующую головку, закрепленную на верхнем торце колонны, включающую основание с смонтированными на нем термометром, теплообменником конденсатором и регулирующим краном, соединенным с входом теплообменника-конденсатора и трубкой отбора конечного продукта, которая за регулирующим краном с помощью выходной трубки соединена с теплообменником-конденсатором, а также емкость для конечного продукта, внутренняя стенка колонны выполнена из металлической фольги и скрепленного с ней теплоизоляционного покрытия с относительным удлинением , равным 20-35, где l и d_В длина и внутренний диаметр колонны соответственно, в тепломассообменные элементы выполнены в виде набора контактирующих со стеной колонны поперечных последовательно расположенных сетчатых кольцевых и сетчатых сплошных с выемками по краям тарелок, установленных на турбулизирующих элементах, выполненных из замкнутых в виде колец спиралей, расположенных у стенки колонны, при этом сетчатые тарелки выполнены с размером ячеек сеток не более 50 мкм, а теплоизоляционное покрытие выполнено из пенопласта.

Кроме этого, сетчатые кольцевые тарелки выполнены с площадью отверстия, равной 0,3-0,6 внутренней поперечной площади колонны, а сетчатые сплошные тарелки с выемками по краям каждая с суммарной площадью всех выемок, равной N 1,0-1,5 площади отверстия сетчатой кольцевой тарелки, причем сетчатые тарелки одна от другой расположены по высоте, равной 0,7-1,2 радиуса отверстия сетчатой кольцевой тарелки. Кромки же выемок сплошных сетчатых тарелок выполнены по прямым линиям или ломаным линиям, или криволинейным линиям, или по комбинации указанных выше линий.

Кроме указанного, дефлегмирующая головка дополнительно снабжена окнами для визуального наблюдения за процессом ректификации, выполненными в основании на одном уровне. Помимо этого, дефлегмирующая головка снабжена дополнительным теплообменником конденсатором, установленном на выходной трубке основного теплообменника конденсатора, и дополнительным теплообменником - холодильником, установленным на трубе отбора конечного продукта между соединением ее с выходной трубкой и емкостью для готового продукта.

Кроме того, дополнительный теплообменник-холодильник снабжен ниппелем для подвода воды в его рубашку охлаждения, которая с помощью трубок последовательно соединена с рубашками охлаждения сначала дополнительного, а затем и основного теплообменников-конденсаторов.

Сущность изобретения показана на фиг. 1,2,3,4 и 5. При этом на фиг.1 представлен общий вид ректификационной установки; на фиг.2 в увеличенном масштабе часть колонны с сетчатыми тарелками и турбулизирующими элементами фиг.1; на фиг.3 сетчатая кольцевая тарелка; на фиг.4 отдельные варианты сетчатых сплошных тарелок с выемками по краям, в частности: на фиг.4а - квадратная тарелка с кромкой выемки, образованной прямой линией; на фиг.4б - тарелка, кромки выемок которой образованы прямой и ломаной линиями; на фиг.4в тарелка с (усиками), кромки которой образованы дугой окружности; на фиг.4г - тарелка, кромки которой образованы комбинацией прямой и кривой линиями; на фиг. 5 показан турбулизирующий элемент, выполненный в виде замкнутого кольца из спирали.

Ректификационная установка (фиг. 1,2) состоит из емкости для исходного продукта 1, внутри которой установлен электронагреватель 2. Последний электрической связью соединен с регулятором мощности 3. Емкость 1 снабжена предохранительным клапаном 4 и крышкой 5. На крышке 5 емкости 1 закреплена колонна 6, которая снабжена скрепленным с ней теплоизоляционным покрытием 7 и выполнена с относительным удлинением , равным 20:35, где l и d_В - длина и внутренний диаметр колонны соответственно. Теплоизоляционное покрытие выполнено из пенопласта.

В колонне размещены тепломассообменные элементы, выполненные в виде набора контактирующих (касающихся) (см. фиг.2) со стенкой колонны поперечных последовательно расположенных сетчатых кольцевых 8 (см. фиг.3) и сетчатых сплошных с выемками по краям 9 (см. фиг.4) тарелок. Указанные тарелки установлены на турбулизирующих элементах 10, представляющих собой замкнутые в виде колец спирали (см. фиг.5), расположенные у стенки колонны 6. Сетчатые тарелки выполнены с размером ячеек сеток не более 50 мкм.

На верхнем торце колонны закреплена дефлегмирующая головка 11, включающая основание 12, на котором смонтированы термометр 13, теплообменник-конденсатор 14 и регулирующий кран 15. Кран 15 соединен, с одной стороны, со входом теплообменника-конденсатора 14, а с другой с трубкой отбора готового продукта 16. Трубка 16 за регулирующим краном 15 соединена с выходной трубкой 17, соединенной теплообменником-конденсатором 14. Трубка отбора 16 помещена в емкость конечного продукта 18.

Дефлегмирующая головка 11 снабжена окнами 19,20 выполненными в основании 12 на одном уровне. Эти окна служат для визуального наблюдения за капельницами теплообменника-конденсатора 14 и сливной трубки 16.

На выходной трубке 17 теплообменника-конденсатора 14 установлен дополнительный теплообменник-конденсатор 21, а на трубке отбора готового продукта 16 между соединением трубки 17 с трубкой 16 и емкостью для готового продукта 18 установлен дополнительный теплообменник-холодильник 22. Последний снабжен ниппелем (не обозначен) для подвода воды в его рубашку охлаждения. Эта рубашка с помощью трубок ( не обозначены) последовательно соединена с рубашками охлаждения дополнительно 21 и основного 14 теплообменников-конденсаторов.

Работа ректификационной установки осуществляется следующим образом.

Исходный продукт загружают в емкость 1. На крышке 5 закрепляют колонну 6 с дефлегмирующей головкой 11, к которой подключают воду. Включают нагреватель 2. Далее по обычной методике с помощью регулятора мощности 3 и регулирующего крана 15 выводят установку на заданный режим.

Работу установки контролируют по показаниям термометра 13 и функционированию капельниц теплообменника-конденсатора 14 и трубки слива конечного продукта 16 путем визуального наблюдения через окна 19 и 20. Сбор конечного продукта осуществляют в емкость 18.

Совокупностью признаков данного изобретения достигается следующее.

Теплоизоляционное покрытие 7 исключает потребность иметь в составе установки специальный нагреватель для поддержания по длине установки необходимого температурного диапазона, что существенно упрощает конструкцию установки и ее эксплуатацию и снижает расход электроэнергии.

Помимо своего основного назначения, в данном изобретении само жесткое теплоизоляционное покрытие является несущим элементом конструкции. В связи с чем последнее обстоятельство) позволяет существенно сократить толщину стенки колонны, заменив ее фольгой, скрепленной с теплоизоляционным покрытием, тем самым можно добиться существенного сокращения материалоемкости установки.

По поводу сетчатых тарелок следует отметить следующее.

Во-первых, они выполнены из сеток с размерами ячеек не более 50 мкм. При смачивании таких сеток жидкостью (в данном изобретении конденсатом-флегмой) на сетках за счет сил поверхностного натяжения образуется сплошная пленка жидкости, которая является непроницаемой для паров этой жидкости. Фактически сетчатая тарелка при работе установки уподобляется сплошной пластинке. Сами сетчатые тарелки просты по конструкции и обладают высокой надежностью работы.

Пар поступает в нижнюю часть колонны и поднимается вверх по каналам, образованными тарелками, а флегма поступает в верхнюю часть колонны стекает вниз с тарелки на тарелку. Указанная выше последовательность размещения сетчатых тарелок создает управляемое зигзагообразное осесимметричное движение паров и флегмы исходного продукта. При этом капельки флегмы, образующиеся при ее перетекании на нижней поверхности тарелок перемещаются в направлении движения пара под тарелкой. Для кольцевых тарелок это движение происходит от периферии к центру, а для сплошных тарелок с выемками по краям-наоборот от центра к периферии. Кроме того, кольцевые тарелки, контактирующие со стенками колонны за счет эффекта смачивания обеспечивают полное перетекание флегмы со стенки колонны на саму тарелку. Такое движение пара и флегмы приводит к интенсификации тепломассообменных процессов в колонне, а турбулизаторы 10 обеспечивают равномерное распределение пара в поперечном сечении колонны и увеличивает его перемешивание.

Из этих же соображений сетчатые кольцевые тарелки выполнены с площадью отверстия, равного 0,3-0,6 внутренней поперечной площади колонны, а сетчатые сплошные тарелки с выемками по краям каждая с суммарной площадью всех выемок, равной 1,0-1,5 площади отверстия сетчатой кольцевой тарелки, причем сетчатые тарелки одна от другой расположены по высоте, равной 0,7-1,2 радиуса отверстия сетчатой кольцевой тарелки. Кромки же выемок сетчатых тарелок выполнены (см фиг.4, отдельные виды) по прямым, или ломаным или криволинейным линиям, или по комбинации указанных выше линий.

Тип используемых в изобретении сетчатых тарелок, последовательность их размещения и взаимность геометрических соотношений, приводящих, как отмечалось, к существенной интенсификации тепломассообменных процессов в колонне, позволяет при одинаковых по сравнению с другими типами колонн производительности и качестве конечного продукта значительно сократить габариты колонны, то есть уменьшить металлоемкость установки.

Выполнение же установки с тепломассообменными элементами в виде набора не связанных с колонной сетчатых и турбулизирующих элементов упрощает технологию ее изготовления и обслуживания в процессе эксплуатации.

Дополнительные теплообменник-конденсатор и теплообменник-холодильник способствуют более глубокому охлаждению готового продукта.

Таким образом, изобретение позволяет упростить конструкцию установки и повысит эффективность ее работы. Установка надежна, безопасна и долговечна. Удовлетворяет требованиям эстетики и эргономики. Проста в обслуживании. Обеспечивает высокую химическую чистоту конечного продукта. Обладает низкой металлоемкостью. Для своей работы требует небольших затрат электроэнергии. Может исполняться с различной производительностью.

Формула изобретения

1. Ректификационная установка, содержащая емкость для исходного продукта, электронагреватель, вертикальную колонну с размещенными в ней тепломассообменными элементами, закрепленную на емкости для исходного продукта, дефлегмирующую головку, закрепленную на верхнем торце колонны, включающей основание со смонтированными на нем термометром, теплообменником-конденсатором и регулирующим краном, соединенным с входом теплообменника-конденсатора и трубкой отбора конечного продукта, которая за регулирующим краном с помощью выходной трубки соединена с теплообменником-конденсатором, и емкость для конечного продукта, отличающаяся тем, что внутренняя стенка колонны выполнена из металлической фольги и скрепленного с ней теплоизоляционного покрытия, а тепломассообменные элементы выполнены в виде набора контактирующих с внутренней поверхностью колонны поперечных, последовательно расположенных сетчатых кольцевых и сетчатых сплошных с выемками по краям тарелок, установленных на турбулизирующих элементах, выполненных из замкнутых в виде колец спиралей, расположенных у внутренней поверхности колонны.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что теплоизоляционное покрытие выполнено из пенопласта.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что сетчатые кольцевые тарелки выполнены с площадью отверстия, равной 0,3-0,6 внутренней поперечной площади колонны, а сетчатые сплошные с суммарной площадью всех выемок, равной 1,0-1,5 площади отверстия сетчатой кольцевой тарелки, причем сетчатые тарелки одна от другой расположены по высоте, равной 0,7-1,2 радиуса отверстия сетчатой кольцевой тарелки.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что кромки выемок сетчатых смежных тарелок выполнены по прямым, ломаным или криволинейным линиям или по комбинации указанных выше линий.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дефлегмирующая головка дополнительно снабжена окнами для визуального наблюдения за процессом ректификации, выполненными в основании на одном уровне.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дефлегмирующая головка снабжена дополнительным теплообменником-конденсатором, установленным на выходной трубке основного теплообменника-конденсатора, и дополнительным теплообменником-холодильником, установленным на трубке отбора конечного продукта между соединением ее с выходной трубкой и емкостью для конечного продукта.

7. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что дополнительный теплообменник-холодильник снабжен ниппелем для подвода воды в его рубашку, которая с помощью трубок последовательно соединена с рубашками охлаждения сначала дополнительного, а затем основного теплообменников-конденсаторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5