Устройство для разделения бинарных жидких смесей методом ректификации

 

Использование: в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Сущность изобретения: устройство для разделения бинарных жидких смесей методом ректификации содержит колонну с квадратным сечением и вертикальным разъемом по всей высоте, в колонне установлены тарелки колпачкового типа, выполненные съемными. Устройство содержит также дефлегматор, конденсатор с торцовыми досками и приваренными к ним и выполненными в виде полых трехслойных элементов с промежуточной связью в виде двутавровых стержней теплообменными элементами. Наружная поверхность пароподводящих патрубков тарелок выполнена оребренной и сопряжена с внутренней поверхностью колпачков, на торцах которых установлены герметично соединенные с ними плоские юбки. 8 ил.

Предлагаемое устройство может быть использовано в фермерских хозяйствах и малых предприятиях, например, для утилизации легкопортящихся сельскохозяйственных продуктов путем переработки их на этиловый спирт.

Известны производственные установки для получения этилового спирта из сбраживаемого пищевого сырья [1] Указанные установки предназначены для стационарного крупномасштабного производства и не пригодны для использования в относительно небольших хозяйственных предприятиях, где необходима портативность.

Известна также установка, содержащая ректификационную колонну с кубом-нагревателем и тарелками колпачкового типа, дефлегматор, конденсатор, систему патрубков и трубопроводов для подачи и отвода жидкости и паровой фазы [2, 3] Эта установка также не может быть использована как портативная, т.к. при малогабаритном исполнении ректификационной колонны круглого сечения затруднен монтаж и эксплуатационное обслуживание тарелок. Кроме того, существующее конструктивное оформление колпачковых тарелок не позволяет увеличивать их производительность, т.к. исключает возможность увеличения длительности контакта паровой и жидкой фаз, а конструкция теплообменника для дефлегматора и конденсатора металлоемкости и требует применения тонкостенных трубок повышенной точности.

Целью изобретения является создание портативной установки для разделения бинарных жидких смесей, обеспечивающей простоту обслуживания, снижение удельных энергозатрат и минимальную стоимость изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем ректификационную колонну с кубом-нагревателем и тарелками колпачкового типа, дефлегматор и конденсатор с торцевыми досками, систему трубопроводов для подачи и отвода жидкой и паровой фаз, ректификационная колонна выполнена квадратного сечения с вертикальным разъемом по всей высоте, со съемными тарелками, пароподводящие патрубки которых выполнены снаружи оребренными и в зоне оребрения сопряжены с внутренними диаметрами колпачков, на торцах колпачков герметично установлены плоские юбки, а в торцевые доски дефлегматора и конденсатора вварены рубашки плоских с герметичной внутренней полостью трехслойных теплообменников с промежуточной связью в виде двутавровых стержней.

Указанные отличительные признаки обеспечивают получение положительных свойств, в том числе применение ректификационной колонны квадратного сечения с вертикальным разъемом позволяет выполнить одну из стенок колонны съемной, что обеспечивает доступ к тарелкам с возможностью их съема и установки и упрощает обслуживание. Это особенно важно в связи с тем, что интервал по времени между профилактической чисткой тарелок в портативном устройстве будет много меньше, чем в промышленных установках, где можно не опасаться нарушения потоков жидкости и пара, учитывая существенно большие проходные сечения.

Введение оребрения на наружных поверхностях патрубков в зоне их сопряжения с внутренними поверхностями колпачков обеспечивает рассекание паровых пузырей на отдельные ручейки пара и, тем самым, увеличивает поверхность взаимодействия паровой и жидкой фаз.

Введение приваренной юбки на торце колпачка обеспечивает увеличение времени взаимодействия жидкой и паровой фазы.

Все это в комплексе обеспечивает повышение производительности процесса ректификации и снижение энергозатрат.

Применение трехслойных плоских теплообменников с промежуточной связью в виде двутавровых стержней, ввариваемых торцами в торцевые доски, позволяет уменьшить габариты дефлегматора и конденсатора и увеличить эффективность теплообмена за счет увеличения длины каналов для протока паровой фазы.

Снижение металлоемкости дефлегматора и конденсатора и применение для его изготовления открытого проката в виде двутавра вместо тонкостенных трубок повышенной точности обеспечивает снижение стоимости изготовления установки.

Предложенное изобретение иллюстрируется чертежом, где показаны: на фиг. 1 общий вид устройства; на фиг. 2 сечение по А-А фиг. 1; на фиг. 3 сечение по Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 сечение по В-В на фиг. 3; на фиг. 5 дефлегматор (вид сбоку); на фиг. 6 сечение Г-Г на фиг. 5;
на фиг. 7 сечение по Д-Д на фиг. 6;
на фиг. 8 сечение по Е-Е на фиг. 6.

Установка содержит куб-нагреватель 1, ректификационную колонну 2 квадратного сечения, дефлегматор 3, рукав 4, конденсатор 5 с наконечником 6.

Ректификационная колонна 2 состоит из вертикального желоба 7 с крышкой 8, соединяемой с желобом стяжным механизмом 9 через прокладку 10. Внутри желоба 7 на каждой из его стенок приварены короткие проволочные штыри 11 для установки тарелок 12 (по три штыря 11 на каждую тарелку 12).

В тарелку 12 вваривается пароподводящий патрубок 13 с оребрением 14. В зоне оребрения с патрубком 13 сопрягается колпачок 15 с приваренной плоской юбкой 16 по торцу. Юбка 16 имеет отверстия 17 для выхода пара и удерживается с заданным зазором от дна тарелки 12 с помощью упоров 18. Трубки 19 для перетекания жидкости вварены в дно тарелки 12. При необходимости увеличения производительности в тарелку 12 может ввариваться несколько патрубков 13. В этом случае на юбке 16 отверстия не выполняются, а выход паров происходит по внешнему периметру юбки 16. Тарелки 12 в зонах сопряжения со стенками желоба 7 и крышки 8 герметизируются с помощью прокладок 20.

Дефлегматор 3 состоит из емкости, образованной наружной оболочкой 21 и торцевыми досками 22, в которые вварены плоские трехслойные теплообменники 23.

Теплообменники 23 состоят из двух рубашек 24, соединенных с помощью пайки с полками двутавровых стержней 25. Рубашки 24 герметично соединяются между собой продольными сварными швами.

Двутавровые стержни 25 в каждом из теплообменников 23 расположены так, что образуют две вертикальные гребенки с наклонными зубьями, направленными встречно друг другу.

В торцевых досках 22 теплообменники 23 располагаются в шахматном порядке. В оболочку 21 вварены штуцера подвода и отвода охлаждающей жидкости.

Конструкция конденсатора 5 идентична конструкции дефлегматора 3.

Вся наружная поверхность установки должна быть покрыта слоем теплоизоляции (на чертеже не показана).

Перед началом работы с желоба 7 снимается крышка 8, поочередно снимаются, промываются водой с содой и вновь монтируются все тарелки 12. Промывка тарелок 12 производится с демонтажем колпачков 15.

После промывки желоб 7 герметизируется крышкой 8 и ректификационная колонна готова к работе.

При работе ректификационной колонны жидкая фаза, располагающаяся на дне тарелки 12, заполняет юбку 16 и за счет сил гравитации через трубки 19 постепенно перетекает в нижние тарелки 12.

Паровая фаза, заполняющая пространство между смежными тарелками 12, вследствие перепадов давления пара через патрубки 13 и колпачок 15 переходит в пространство между верхними тарелками. При этом, проходя через оребрение 14 в зоне сопряжения патрубка 13 с колпачком 15, паровая фаза рассекается на мелкие потоки, что увеличивает поверхность контакта жидкой и паровой фазы.

Благодаря наличию юбки 16 потоки пара выходят в пространство между тарелками 12 только после того, как пройдут через промежуток жидкой фазы между колпачком 15 и отверстием 17 в юбке 16. Это увеличивает время контакта жидкой и паровой фаз.

Дефлегматор 3 работает следующим образом. За счет шахматного расположения теплообменников 23 в торцевых досках 22 обеспечивается змеевидный поток нагретой до заданной температуры воды в емкости дефлегматора 3, что способствует поддержанию требуемой температуры в теплообменниках 23.

Расположение двутавровых стержней 25 в теплообменниках 23 обеспечивает змеевидный поток пара, поступающего из ректификационной колонны 2. Пар по каждому из теплообменников 23, частично конденсируясь, проходят по каналам, образованным между двутавровыми стержнями 25 и припаянными к ним рубашками 24. Флегма, образующая при конденсации пара, стекает по наклонным двутавровым стержням в верхнюю тарелку 12 ректификационной колонны 2.

Низкокипящий пар проходит через каналы дефлегматора 3 и через рукав 4 поступает в конденсатор 5. Конденсатор 5 работает аналогично дефлегматору 3. Только в змеевидном потоке применяется холодная вода и поступающий в каналы теплообменника 23 низкокипящий пар полностью конденсируется и через наконечник 6 стекает в емкость для дистиллята.

Использованная информация.

1. "Краткая химическая энциклопедия", М, 1967, т. 5, с. 1046, 1047, рис. 1, 2.

2. А.с. СССР N 1599428, C 12 F 1/06, 1990.

3. "Краткая химическая энциклопедия", М, 1965, т. 4, с. 627, рис. 3, с. 630, рис. 5. 2

Формула изобретения

Устройство для разделения бинарных жидких смесей методом ректификации, содержащее колонну с кубом-нагревателем и тарелками колпачкового типа, дефлегматор и конденсатор с торцевыми досками, систему трубопроводов для подачи жидкой и паровой фаз, отличающееся тем, что колонна имеет квадратное сечение и вертикальный разъем по всей высоте, тарелки выполнены съемными, наружная поверхность пароподводящих патрубков тарелок выполнена оребренной и сопряжена с внутренней поверхностью колпачков, на торцах которых установлены герметично соединенные с ними плоские юбки, теплообменные элементы конденсатора выполнены в виде приваренных к торцевым доскам полых трехслойных элементов с промежуточной связью в виде двутавровых стержней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8