BG103381A - Метод за дестилация на смеси от вещества и устройство за осъществяването му - Google Patents

Abstract

Методът и устройството намират приложение в преработката на спирт. Методът включва подаване на смесв дестилационна колона, снабдена с контактни устройства за изпускане на парите през горната й част,нагряване до кипене на остатъчен продукт и подаване на образуваната при това пара обратно в колоната. Част от парата, обработвана с едно от контактните устройства, след това се подава обратно в потокаот пара или течност най-малко към едно от контактните устройства, предшестващо по направление движението на основния поток. В някои изпълнения част от парата се подава обратно в потока от течност поднивото на течността и към същото контактно устройство в място, предшестващо изпускането й по направление движението на основния поток на парата. Връщането на парата се осъществява без пълната й кондензация. Устройството включва дестилационна колона,която съдържа контактни устройства, като най-малко едно от тях има една или повече системи за подаване на обработената пара. Тази система е разположена под мястото на отнемане на парата по направление на движението на основния поток от пара. Дестилационната колона включва също устройство за транспортиране на парата.

Description

Изобретението се отнася до дестилирането на смеси от отделни вещества в течно или втечнено състояние, например, в спиртната промишленост за пречистване на спирта от примеси, за приготвяне на пречистени течности в микробиологията, медицината, селското стопанство, при преработката на течни отпадъци и отточни води, а също в нефтохимията и др.

Предшестващо състояние на техниката

В промишлените колони процесът на дестилация се осъществява в специални контактни устройства (КУ), например, тип ’’тарелка”, с пълнеж или мембранен тип, в които се извършва масообмен на разделяните вещества, т.е. взаимодействие между съществуващите едновременно в тях фази на парата и на кипящата течност Изходната смес от вещества се нагрява и се подава като захранваща смес в едно от контактните устройства на дестилационния апарат. Парите се издигат нагоре в апарата, а течността се стича в долната му част.

Като минават последователно през посочените контактни устройства, парите се обогатяват с летливи вещества и обедняват на тежки (по летливост), а течността - обратно. Във връзка с това е необходимо да се организират два основни процеса.

• · · ·

На първо място, последователно (като правило, противотоково по височина) движение на необходимото количество потоци, и на второ място, осигуряване на ефективен масообмен на вещества в контактните устройства. При достатъчно продължителен контакт на съществуващите в контактното устройство фази настъпва максимално възможно обогатяване и обедняване на веществата, което се характеризира като ”термодинамично фазово равновесие” и се определя от равенството на химическите

потенциали на веществата в парата и течността. В практиката времето за контакт на едновременно съществуващите фази е ограничено, поради което потоците, които напускат контактното устройство, се отличават от равновесните. При използване на повечето реални контактни устройства особено ограничено е пребиваването на паровата фаза, което се определя от времето за изплуване на мехурчетата пара. По тази причина еднократният контакт на съществуващите в контактното устройство фази не осигурява достатъчна степен на масообмена. За увеличаване времето за контакт на фазите се извършва рециркулация на потоците от течност и пара, напуснали контактното устройство, като по този начин се удължава масообменът между фазите. В секцията за рафиниране на колоната, разположена над входния отвор за захранване, се осъществява рециркулация на част от кондензата на парите, напуснали по-горното по техния път контактно устройство, и тази част от кондензата се подава отново на горното контактно устройство във вид на наситена с летливи вещества флегма. В стрипинг секцията (дестилиране на леките фракции) на колоната, разположена под мястото на захранване, се връщат парите на течността, напуснала по-долното по направление на движението й контактно устройство в тази част на колоната. Така в апарата се осъществява противотоковото движение на потоците от течност и пара. По такъв начин с помощта на посочените процеси на рециркулация на парата и течността се решава проблемът за максимално увеличение на времето за контакт между съществуващите в контактното устройство течна и парова

фаза, с което се осигурява ефективен масообмен между веществата в контактното устройство. Стрипинг-секцията (дестилиране на леките фракции) е предназначена за отделяне на началния дестилат, обогатен с тежки вещества, с които също са обогатени парите, връщани обратно като изпарения на част от течността в дестилатора.

Последователно преминавайки през контактните устройства, парите обедняват на тежки и се обогатяват с леки вещества. По такъв начин в

горната част на секцията за рафиниране се осъществява рециркулацията на част от продукта, обогатен с леки вещества, а в долната част на стрипингсекцията се осъществява рециркулация на част от продукта, обогатен с тежки вещества. Масообменът на веществата между фазите се извършва от два паралелно протичащи процеса : частично изпарение на течността и частична (парциална) кондензация на парите.

Пътят на движение на течността е много по-дълъг от пътя на движение на парата. Във връзка с това е необходимо да се увеличи времето за пребиваване на парите в контактните устройства, което обикновено се осъществява за сметка на преизпаряването на флегмата (течност, постъпваща във всички контактни устройства). Количеството на потоците от пара и течност, необходими за противотоковото движение, се определя от съотношението на летливи и тежки компоненти в изходната смес и от техническите условия за разделяне на продуктите от дестилацията.

В известните методи изходната захранваща смес се нагрява в топлообменник до температура на кипене (обикновено с няколко градуса по-малко) и подгрятата течност се подава на най-горната тарелка на стрипинг-секцията.

Необходимото количество течност в секцията за рафиниране съответства на количеството флегма, което се подава на нейната най-горна тарелка, а в стрипинг-секцията към това се добавя и захранващата течност. Процесите на масообмена протичат адиабатически, което също се диктува от условията на термодинамичното равновесие на фазите.

ίΜΜΜΜΜ···

Количеството пара в двете секции практически е постоянно (неговото неголямо намаление е свързано с отклонение от адиабатичността, а в стрипинг-секцията - с недостатъчно загряване на захранването). Постоянството на потоците от течност и пара в секциите на колоната ограничава търсенето на оптималните им рециркулации в отделните контактни устройства, тъй като възниква необходимост от установяване на най-голямото значение на рециркулацията, предизвикано от по-сложните условия на масообмена дори само в едно от всичките контактни устройства

на секцията.

По такъв начин в по-горното контактно устройство в секцията се подава максимално количество флегма от всички възможни количества за контактните устройства на секцията и съответно в по-долното контактно устройство на колоната се подава максимално количество пара, необходимо за преизпаряване на летливите вещества във флегмата.

Известно е разделянето на една колона на няколко секции за рафиниране или стрипинг-секции за сметка на създаване на допълнителни

подавания на захранваща смес или извеждания на допълнителни продукти от разделянето. При това, в горната част на всяка от тези секции се подава своя постоянна флегма за всички контактни устройства на всяка секция.

От гореизложеното следва, че посочените проблеми в известните методи се решават по един начин - чрез ре циркулация на част от дестилата във вид на флегма и рециркулация на част от началния продукт във вид на пара.

Недостатък на известните методи е голямата енергоемкост на дестилацията, свързана с фазовите превръщания на разделяните вещества при прехода от течност в пара и обратно, и необходимостта от организация на посочените рециркулации : флегмата на горния продукт и парите на долния продукт от процеса на дестилация в количества, определяни от найголямото му значение за всички контактни устройства на сецията на колоната.

• ·

Освен това, твърдата връзка между секциите по потоците на пара и течност предизвиква претоварване на стрипинг-секцията с течност, а на секция рафиниране - с пара. Това води до допълнителни разходи за изготвяне на оборудването и усложнява управлението на процеса.

Известен е метод и система за дестилация от водна среда на летливи вещества в колона, снабдена с контактни устройства (Патент на САЩ No 4783242, В 01D, 1988).

Течността, която напуска долното контактно устройство, се подава в сепаратор. Сепараторът е свързан с термокомпресор, в който се подава загряващата пара. Изпаряването на течността се извършва за сметка на намаляване налягането в сепаратора, създавано от термокомпресията на нагряващата пара. Образуващите се пари, наситени с летливи компоненти, се обединяват в термокомпресора с нагряващата пара и се връщат в долното контактно устройство. Останалата течност се разделя на две части. Една част се насочва в кондензатора и след подгряването с пари, напускащи горното контактно устройство, се връща в сепаратора, т.е. тази течност се използва в качеството на хладилен агент в кондензатора, като се оползотворява топлината на парите. Другата част от течността, представляваща пречистена вода, се извежда от сепаратора във вид на начален дестилационен продукт.

По този начин се осъществява рециркулация на тежките компоненти в долното контактно устройство и се икономисва част от топлината за сметка на термокомпресията на тяхната рециркулация във вид на пари.

Недостатък на този метод е използването на общоприетата система за организация на рециркулацията на основните потоци в колоната : във вид на подаване на обикновеното количество флегма в горното контактно устройство и във вид на подаване на обикновеното количество пари в долното контактно устройство, като се използва стандартната схема за фазовите превръщания на потоците, напускащи последните по пътя им в колоната устройства, което води до големи загуби на енергия.

• ·· ♦

- 6 Най-близък до предлагания метод е методът за организация на потоците в масообменните апарати, използвани за разделяне на течностите в химическата, нефтопреработващата и хранителната промишленост (Патент на Руската федерация No 2016617, В 01 D 3/00 1994).

В посочения метод се извършва противотоков контакт на пара и течност върху контактните устройства. Една от частите на паровия поток се отправя в обиколка на едно или няколко контактни устройства чрез байпас,

след което се смесва с основния поток по хода на движение на паровия поток. Процесът на разделяне и смесване на потоците се осъществява няколко пъти по височината на апарата. Обикновено такива процедури позволяват да се намали претоварването на колоната с пара, като се регулират нужните потоци с пара по направление движението на основния поток, и да се избере оптимално сечение на секциите на колоната.

За осъществяване на посочения метод се изисква голямо количество енергия. Това е свързано с факта, че като се осъществява рециркулацията на парата, направлявана към различни по пътя й масообменни устройства, е необходимо да се възвръща флегмата в обичайните количества, а след това да се изпарява за отделяне на летливите компоненти.

Известно е и устройство за осъществяване на масообмен, снабдено с контактни устройства от всеки известен тип (СССР, Авторско свидетелство Q 1777921, В 01 D 3/22, 1992 г.).

За интензификация на процеса на топломасообмен в контактното устройство се извършва разделяне на газовия поток на части с последващ контакт с целия поток течност в контактното устройство, което е снабдено с обходни тръби (щуцери), през които постъпва по-малката част от парата. Посочените тръби (щуцери) са съединени с камерата по двойки чрез дюза с прорез, осигуряваща голям контакт на течността и парата в контактното устройство.

-7 - χ

Въпреки че конструктивното изпълнение на контактните устройства повишава интензивността на процеса на топломасообмен, енергозагубите не се понижават съществено, тъй като се изисква връщаме на обикновеното количество флегма в колоната и повторното й изпаряване.

Техническа същност на изобретението

Изобретението е насочено към създаване на метод за дестилация и устройство за неговото реализиране, работещо с минимални енергозагуби. Освен това, реализирането на изобретението ще позволи да се намалят габаритите на устройството посредством подбор на оптимални сечения на различните секции на колоната, като в тях се създават оптимални потоци от течност и пара.

Методът за дестилация на смеси от отделни вещества включва подаване на сместа в дестилационната колона, снабдена с контактни устройства за взаимодействие на течността и парата. Парите на летливите вещества се отвеждат от върха на колоната, а тежкокипящите вещества се нагряват до кипене в дестилатора и образуваната пара се насочва към долната част на колоната. При това се осъществява връщане на част от парата, отвеждана от едно от контактните устройства, в паровия поток или в потока от течност най-малко на едно от предшестващите по направление движението на основния поток пара контактни устройства и/или част от парата се връща в потока течност под нейното ниво на същото контактно устройство в място, предшестващо нейното отвеждане по направление движението на основния поток пара. Връщането на част от парата в колоната се осъществява без пълната й кондензация, т.е. без пълното фазово превръщане на парата в течност.

Количеството пара, връщано на η контактно устройство V¹, отнесено към общото количество на η контактно устройство V_n , е за предпочитане 0,30 - 0,95.

->r‘ ·· ····

- 8 Посоченото съотношение е величина, получена експериментално, и зависи от разликата между температурата на течността в контактното устройство η и температурата на парата, намираща се в равновесие с течността в контактното устройство п.

Парата, напускаща контактното устройство, или поне тази нейна част, която се връща в предшестващите по направление на движението й контактни устройства, се подлага на частична кондензация, като при това кондензатът може да се върне в предшестващите по направление движението на парата контактни устройства.

В някои случаи нагряването до кипене на изходната смес се извършва в нагревател преди подаването в дестилационната колона и потоците пара и течност се вкарват в колоната разделно.

Част от течността, напускаща контактното устройство, може да се върне в предшестващите по направление на нейното движение контактни устройства.

В предлаганото изобретение проблемът за създаване на необходимо количество противовесни потоци от течност и пара се решава автономно за всяко контактно устройство, независимо от проблема за осигуряване интензивността на масообмена в другите контактни устройства. За решаването на този проблем и осигуряването на нужното разделяне за сметка на нееднократните контакти на съществуващите едновременно фази в предлаганото изобретение се използува рециркулация, т.е. връщане на потоците от течност и пара без значителни фазови превръщания на съставящите ги вещества, като при това се намалява връщането на флегмата, което осигурява решаване на посочения проблем с минимални ене pro загуби.

Температурата на парата, намираща се в равновесие с течността в контактното устройство, се определя от табличните данни за равновесие (Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В., ’’Равновесие между течност и пара”, Москва-Ленинград, изд.”Наука”, 1966 г.).

·· ···· ·· ···· ·· ♦ · ·· · · · · ···· • · * · · ··· · · · · ·· ···· ·· ··· ··· ······ · · · ·· ·· ·· ··· ·· ··

Температурата на парата в контактното устройство се измерва при работа на колоната с известните методи.

В случай на ширококипящи смеси или в други случаи, когато температурата на парата, връщана в контактното устройство, е съществено по-ниска от температурата на кипене на течността, парата се догрява до температурата на кипене на течността.

Организацията на ре циркулацията на потоците в контактните устройства без изменение на техните агрегатни състояния не е свързана със значителни разходи на енергия. Тази енергия се оценява като механическа работа за прехвърлянето на съответните потоци от пара или течност.

По такъв начин общият разход на енергия в предлагания метод е значително по-малък от загубите на топлина при нагряването до кипене на допълнителната флегма, образувана по известните начини.

Освен това, предлаганият метод позволява да се регулира всяка кратност на връщане на потоците във всяко сечение на колоната, т.е. да се създава максимална кратност на рециркулацията в областите за дестилация с най-сложни условия и минимална кратност - за обикновените области за дестилация. В известните методи рециркулациите на флегмата и парите са постоянни по цялата височина на секцията от колоната и по правило се определят от най-сложните условия за дестилация на което и да е контактно устройство на секцията.

Частичната кондензация на парата, напускаща контактното устройство, се извършва по обикновения начин, приет в ректификацията, например с помощта на хладилно устройство, но при това за сметка на връщането на парата, наситена с отделяното вещество, се осъществява поефективен масообмен в контактното устройство, на което се подава връщаната пара.

Кондензацията на парата може също да се извърши в специални устройства, където се осъществява регулиране на оптималната степен на кондензация.

- 10 При частичната кондензация на връщаната пара отпада необходимостта от използване на допълнително устройство, тъй като тя се

извършва за сметка на разликата в налягането непосредствено в устройството, транспортиращо парата.

В редица случаи за увеличаване на масообмена в контактното устройство на някои примесни вещества се осъществява връщане на част от течността в контактното устройство, предшестващо по направление на движението й.

Допълнителни възможности съгласно изобретението се получават при предварително нагряване до кипене на изходната (захранваща) смес и разделно подаване в колоната на образуваната пара и течността. При известните начини работата на секциите на колоната е здраво свързана към един от въвежданите в тях потоци. Така количеството на парите в секцията за рафиниране еднозначно зависи и е равно на количеството пари, напускащи последната тарелка на стрипинг секцията. Количеството течност в стрипинг секцията се определя еднозначно като сума от захранващата смес и течността, напускаща долната тарелка на секцията за рафиниране. Това предопределя невъзможността за автономно управление на режимите в секциите. Такава автономност се появява при разделното подаване на пари, течност и захранваща смес в колоната.

Изходната смес се нагрява до кипене в допълнителен нагревател и образуваната пара и течността се подават разделно в контактните устройства.

При работата на допълнителния нагревател на частта от нагревателя на основния дестилат отговаря разход на пара, необходима за изпарение на равновесната пара в горното контактно устройство на стрипинг секцията; на частта от допълнителния нагревател отговаря разход на пара, необходима за изпарение на равновесната пара на захранването. Освен това се изразходва енергия за създаване на движеща сила на процеса (преодоляване на съпротивлението в колоната и др.).

в секцията за рафиниране,

- 11 Двете части на парата се обединяват където служат като източник на топлина за отвеждане на летливите компоненти.

В известните методи разделното използване на двата нагревателя вместо един не дава преимущества по отношение икономията на топлина. В предлаганото изобретение, както беше посочено по-горе, тяхното използване позволява да се намали частта от сумата за загуби на енергия, свързана с фазовите превръщания на потоците. Така по количеството на тежките компоненти в долното контактно устройство на секцията за рафиниране се определя количеството на флегмата, връщана от кондензатора, а по количеството на летливите компоненти в горното контактно устройство на стрипинг секцията се определя количеството на нагряващата пара в нагревателя на течността в дестилатора

Устройството за реализиране метода за дестилация на смеси от отделни вещества включва дестилационна колона, сабдена с контактни устройства и оборудвана със средства за отнемане на част от парата, като при това най-малко едно от контактните устройства е допълнително снабдено най-малко с едно средство за въвеждане на отнетата пара, като

това средство е разположено под мястото на отнемане на парата по хода на движение на основния поток. Колоната е снабдена с устройство за транспортиране на посочената пара.

Средството за отнемане на парата и средството за подаването й в контактните устройства могат да бъдат изпълнени във вид на щуцери, съединени с тръбопровод, вътре в който е разположено устройство за транспортиране на парата, осигуряващо движение на парата от зоната на по-ниското налягане към зоната на по-високото налягане.

Щуцерът за подаване на парата може да бъде разположен в паровата зона на контактното устройство или в слоя течност под нейното ниво в контактното устройство ft· ···· •ft ft··· ··

- 12 Средството за отнемане на парата и средството за подаването й може да бъде изпълнено във вид на паропровод, в който устройството за транспортиране на парата е разположено в колоната над паропровода, предназначен за отнемане на парата от контактното устройство. Щуцерите за подаване на парата могат да бъдат разположени по допирателната към

окръжността на сечението на дестилационната колона.

Контактните устройства могат да бъдат снабдени с вертикални прегради, чиято долна част е потопена в течност, при което се образуват отделни и свързани чрез течността камери, като при това щуцерите за отнемане на парата и за подаването й са разположени в различни камери, образувани от споменатите вертикални прегради.

След транспортиращото устройство може да бъде монтирано устройство за отделяне на парата от отнасяната от нея течност, което е съединено чрез тръбопровода с контактното устройство, предшестващо по направление движението на парата.

Връщането на парата без пълната й кондензация се осъществява с помощта на циркулиращи устройства (вентилатори, въздукодувки, бутални или ежекторни устройства и др.). В някои случаи за транспортиране на парата се използват секции от колоната или камерата, работещи при различни стойности на налягането. Част от парите се връщат от зоната на високото налягане в зоната на ниското налягане. В частност, парите, намиращи се при високо налягане, се образуват в стрипинг секцията за сметка на част от парите на дестилационния продукт, които се догряват в допълнителния нагревател при налягане, по-високо от налягането на останалата част от парите. Част от парите на дестилационния продукт, намираща се при повишено налягане, се използва като работен газ” (работно тяло) за връщане на част от парите с помощта на ежектори от контактните устройства на стрипинг секцията на колоната. В качеството на ’'работен газ” в ежекторите на долната част на секцията за рафиниране се използва част от парите, която се догрява в допълнителен нагревател.

ММЙМ

Регулирането на разхода на ’’работен газ”, подаван в ежекторите, се

- 13 осъществява пропорционално на отношението или на разликата в значенията на реалната и равновесната температура в контактните устройства. В качеството на ’’работен газ” в ежекторите на секцията за рафиниране се използва част от парите от горното контактно устройство на

секцията, насочвана в ежекторите с помощта на въздуходувка към няколко долни контактни устройства.

Дестилационната колона може да бъде оборудвана с контактни устройства тип тарелка, мембранен тип и други типове устройства.

Дестилационната колона може също така да бъде оборудвана с пълнежни барабани от листова ламарина, опаковани мрежи или други видове пълнежи. Между барабаните са разположени паропроводи за преминаване на парите от долните барабани в горните и устройства за преливане на течността от горните барабани в долните. Част от парите, напускащи горния барабан на колоната, и част от парите от паропроводите между другите барабани се връщат с помощта на въздуходувки в местата на барабаните, предшестващи отделянето й по пътя на основния поток пара. Щуцерите за връщане на парите са разположени на различни нива по височината на барабана, който може да има променливо сечение, като при

това горното му сечение е по-голямо от долното. Регулирането на съотношението на парите се осъществява пропорционално на значението на разликата между температурата на течността на нивото на щуцера за връщане и равновесното значение на тази температура в контактното устройство.

Описание на приложените фигури

На фиг. 1 (а), (Ь), (с) са показани схематично дестилационните колони М, снабдени с контактни устройства К с различни варианти за връщане на част от паровите потоци съгласно заявеното изобретение. Нивото на течността I в контактните устройства е показано с пунктирна линия.

- 14 На фиг. 1 (а) е показан един от вариантите за организация на потоците от течност и пара, когато част от парите, отделени от контактното устройство, се връщат в областта на контактните устройства, предшестващи по направление на движението на парата,

В колоната М се подава изходна смес във вид на захранване F. В горната част колоната е оборудвана с кондензатор С2. Основният поток от пара V, който се движи към горната част на колоната, последователно

минава през контактните устройства К и попада в кондензатора С2. В кондензатора парите се кондензират и се извеждат от колоната във вид на дестилационен продукт D. Течността L се движи противотоково към долната част на колоната, попада в дестилатора С1 на колоната, като образуващите се там пари се връщат към долното контактно устройство. Полученият дестилат W се извежда от колоната В контактните устройства се извършва масообмен на веществата между съществуващите еднавременно в тях фази от кипяща течност и пара. След осъществяване процеса на масообмен част от парата V¹ се отвежда от всяко контактно устройство и се връща срещу нейното движение в предшестващото контактно устройство по пътя на движение на парата, като V^! се отправя в паровия поток V, който се намира

над нивото на течността I в контактното устройство.

На фиг, 1 (Ь) е показан вариант на организацията на потоците от течност и пара, когато част от парата, отделяна от контактното устройство, се връща в няколко контактни устройства, предшестващи по направление на движението на основния па ров поток V

Дестилационната колона М, показана на фиг. 1 (Ь), е снабдена допълнително с нагревател СЗ, в който се подава захранването F, нагрява се до кипене и по-нататък в колоната се въвеждат разделно потоците от течност F1 и от пара F2.

Отделянето на част от парата V¹ и връщането й в паровия поток V се осъществява върху няколко контактни устройства К, предшестващи по направление движението на парата.

• · • · · · • · · ·

- 15 Отделянето на част от течността L¹ и връщането й в основния поток L се осъществява в две контактни устройства, като част от течността в контактното устройство се отнема във вид на страничен дестилат Р.

На фиг 1 (с) е показан вариант на организация на потоците, когато част от парата V¹, отнета от контактното устройство К, се подава на същото контактно устройство, но в поток от течност L под нейното ниво I в устройството.

На фиг. 2 (а) е показано схематично устройство за реализиране

процеса на дестилация и е показано направлението на движение в колоната на потоците от пара V (непрекъсната линия) и течност L (пунктирна линия), а също и направлението на движение на отнемания и въвеждания поток от пара в контактните устройства.

Устройството включва дестилационна колона 1, снабдена с контактните устройства 2, 2¹ и 2^Н от тип ’’тарелка”. Средствата за отнемане на парата и за въвеждането й в контактните устройства са изпълнени във вид на щуцери 4 и 5. Тръбопроводът 3 съединява щуцера 4 с щуцера 5. Устройството за транспортиране на парата б е изпълнено във вид на вентилатор и е разположено в тръбопровода 3. Сепараторът 7 за отделяне на парата от образуваната течност е разположен зад вентилатора 6 и чрез тръбопровода 8 е свързан с контактното устройство 2¹.

В горния край колоната е оборудвана с дефлегматор 9, а в долния край с дестилатор 10. Контактните устройства са снабдени с прегради 11, чиято долна част е разположена под нивото на течността, обозначена с пунктир. Преградите образувал камери К1 и К2, които се свързват помежду си чрез течността, като щуцерите за отнемане на парата 4 и щуцерите за въвеждане на парата 5 са разположени в различни камери на едно контактно устройство.

• · · · • · · ·

На фиг. 2 (b) е показан схематично фрагмент от колоната с контактните устройства 2 и 2¹. Средствата за отнемане и въвеждане на пара са изпълнени във вид на паропровод 12, чиято входна част 13 е конусообразна и е разположена в паровата зона на контактното устройство 2^!, а изходната част на паропровода 12 е разположена в паровата зона на контактното устройство 2, предшестващо по направление на основния поток V от пара. Устройството за транспортиране на парата 6 е разположено пред входната част 13 на паропровода 12 и е снабдено с козирка 14, отделяща потока на отнетата пара от нейния основен поток.

На фиг. 2 (с) е показан схематично фрагмент от колонатас контактните устройства 2 и 2¹. Средството за отнемане на паратаи средството за въвеждането й са изпълнени във вид на щуцери 4 и5, съединени с тръбопровода 3, в който е разположено устройството за транспортиране на парата 6. Щуцерът за въвеждане на парата 5 е изпълнен като дюза с цел подобрение процеса на масообмен.

Щуцерите 4 и 5 са разположени в едно контактно устройство, като щуцерите за въвеждане на парата 5 са разположени под нивото на слоя течност в контактното устройство.

На фиг. 2 (а) е показано, че изходната смес от вещества F се подава на горната тарелка на стрипинг секцията. Потокът от течност L се движи надолу по колоната 1, а потокът от пара V се отправя противоточно нагоре по колоната 1. В контактните устройства 2, 2¹ и 2^П се извършва масообмен на веществата между съществуващите едновременно в тях фази на кипящата течност и парата. С пунктирна линия е показано нивото на слоя течност I в контактното устройство.

Течността, напускаща долната тарелка на стрипинг секцията, попада в дестилатора 10. Образуващите се в дестилатора пари се връщат в долната тарелка на стрипинг секцията. Парите, последователно минаващи през тарелките, попадат в дефлегматор 9.

• · · · · ·

В дефлегматора 9 парите се кондензират и се извеждат от колоната във вид на дестилационен продукт D, а началния (базов) дестилат W се извежда от дестилатора 10.

Така се организират потоците от минимално необходимите количества пара и течност, които не са свързани с фазовите превръщания и които са необходими за извеждането на летливите вещества от секцията за рафиниране и тежките вещества от стрипинг секцията.

Освен минимално необходимите потоци от пара и течност се организират допълнителни рециркулации на парата и течността в контактните устройства.

През щуцера 4 с помощта на вентилатора 6, разположен в тръбопровода 3, се отнема част от парата от контактното устройство 2^П и се отправя по тръбопровода 3, като чрез щуцера 5 се въвежда в контактното устройство 2¹, предшестващо по направление на основния поток от пара V, т.е. разположено под контактното устройство 2^П.

В сепаратора 7 от парата се отделя образуваната течност, която се насочва по тръбопровода 8 в контактното устройство 2, предшестващо по направление движението на основния поток от пара V.

На фиг. 2 (Ь) е показано, че част от паровия поток с помощта на вентилатора 6 от паровата зона на контактното устройство 2¹ се насочва в паропровода 12 през неговата входна конусообразна част 13. Козирката 14 служи като спомагателно средство за отделяне на отнемания поток пара от нейния основен поток. Отнемания поток пара чрез изходната част 15 на паропровода 12 се въвежда в паровата зона на контактното устройство 2.

На фиг.2 (с) е показано, че част от паровия поток се отнема през щуцера 4 и се подава в същото контактно устройство под нивото на слоя течност I през щуцера 5 във вид на дюза.

На фиг.З (а) е показано, че част от паровия поток V¹ с помощта на ежекторите 6¹ и на въздуходувката 6^П се връща в предшестващите по движението на парата контактни устройства К.

• · · · • · • · · · · · · · · · · · • · · · · · · · ······ ······ · · · • · ·· ····· ·· ··

- 18 В качеството на ’’работен газ” в ежекторите се използват пари, образувани в допълнителните нагреватели С и С¹, работещи при повишено налягане.

В качеството на ’’работен газ” в ежекторите на горната част на сецията за рафиниране се използва част от парите в горното контактно устройство, подавани в ежекторите от въздуходувката 6^П. В някои от контактните устройства парите се връщат с помощта на вентилаторите б.

На фиг. 3 (Ь) е показан схематично фрагмент от устройството, където връщането на парите с въздуходувката б^п се осъществява между секциите на колоната с пълнеж М в различни по височина места на секциите.

Допълнителните рециркулации осигуряват висока интензивност на масообмена на веществата между съществуващите еднавременно фази в тарелките за сметка на такава кратност на контактите, която осигурява нужната степен на обогатяване на парите, напускащи тарелката, с летливи компоненти и обедняване на тежки компоненти и обратни процеси в течността, напускаща тарелката.

Примери за изпълнение на изобретението

Пример 1.

Водно-спиртна смес, съдържаща 8 масови % спирт, се разделя в дестилационен апарат. Апаратът е оборудван с колона, кондензатор, нагревател. Колоната е снабдена със 70 тарелки с капаци, в които се осъществява масообмен на кипящата течност и на барбутиращата през нея пара. Колоната работи при атмосферно налягане. В кондензатора се подават пари на спирта, напускащи горната по пътя на парите тарелка. Полученият кондензат се разделя на два потока, като единият от тях се отнема във вид на лека фракция на дестилационния продукт, съдържащ спирт и леки примеси. Останалата част от кондензата се връща във вид на флегма в горната тарелка.

• ·

- 19 От тарелка 68 (отдолу) се отнема дестилационният продукт във вид на течен страничен дестилат, който съдържа повече от 94 масови % спирт.

Преди подаването в колоната изходната смес се подава в допълнителен нагревател и образувалата се пара се насочва в тарелка 20, а останалата течност се подава в тарелка 19. Течността, напускаща първата тарелка, се въвежда в нагревателя; образувалата се пара се връща в

колоната в първата тарелка; останалата течност, съдържаща вода и помалко от 0,02% спирт, се извежда във вид на начален дестилационен продукт. Колоната е оборудвана с разположени по-горе от тарелка 1 средства за отнемане и въвеждане на отнетата част от парата в контактните устройства, като тези средства са изпълнени във вид на щуцери, съединени с тръбопроводи, в които са разположени вентилатори. Щуцерите за въвеждане на парата, както е показано на фиг.2 (а), са разположени под щуцерите за отнемане. Част от парата, напускаща тарелките от 60 до 68 се

насочва с помощта на вентилатор в паровата зона на тарелките от 59 до 67. Отношението между връщаната част от парата V¹ и нейното общо количество ¥_и в контактните устройства 60-68 е със стойност 0,9 - 0,95. По такъв начин се осъществява връщането на парата от тарелките от 1 до 59 на следващите по-надолу, като съотношението V’/V_n е със стойност 0,8 0,85.

Част от течността се отнема от тарелките 12,14,18 с помощта на помпи и се насочва съответно в тарелките 13,15 и 19, като от тарелките 12 и 14 сивушната фракция (метилосъдържащи етери) се отнема във вид на страничен дестилат.

При организация на метода по посочения начин дестилационният продукт съдържа повече от 94% спирт, а началният дестилат съдържа вода и по-малко от 0,02% спирт.

Икономията на загряваща пара е повече от 25 % в сравнение с известния метод.

мш

- 20 ПРИМЕР 2.

Водно-спиртна смес, съдържаща 8 масови % спирт съгласно пример 1, се подава в дестилационна колона, оборудвана със 70 клапанни тарелки.

Част от парите, напускащи тарелка 69, и част от парите, напускащи тарелка 70, (отношението на частта на отнеманата пара V¹ към общото количество пара V_n в посочените тарелки е 0,90 - 0,95) се връщат чрез

вентилатори в течността през щуцери, разположени по допирателната към окръжността, представляваща сечението на дестилационната колона. Част от парите, напускащи тарелка 68 при съотношение V^!/V_n със стойност 0,8 0,85, се подават като работен газ с помощта на въздуходувка на ежекторите, монтирани на тарелките от 67 до 42, където те се смесват с парите, напускащи тези тарелки, както е показано на фиг.З (а). От ежекторите сместа от пари се връща в паровото пространство на тарелките. По аналогичен начин се връщат парите от тарелките от 42 до 19 от ежекторите, където като работен газ се използват парите, напускащи тарелка 42. В ежекторите от тарелки 1 до 18 се смесват част от парите,

напускащи тарелките, с парите от частта на началния дестилат, чието кипене в допълнителния дестилатор се осъществява при налягане 1,6 Атм.

Дестилационният продукт съдържа повече от 94% спирт, а началният дестилат - по-малко от 0,01% спирт. Икономията на загряваща пара е повече от 20 % в сравнени е с известния метод.

ПРИМЕР 3.

Втечнената газова смес се подава в дестилационен апарат, представляващ колона с 25 вдлъбнати тарелки за масообмен на кипящата течност с парата. Сместа се състои от следните вещества: 5% метан, 35% етан, 15% пропилен, 20% пропан, 10% -ί-бутан, 15% п-бутан. В горната част на колоната се поддържа налягане от 27 Атм. Апаратът е оборудван с кондензатор, където се подават парите, напускащи горното по пътя им масообменно устройство (вдлъбната тарелка).

·« ···· ·· ····

- 21 Полученият кондензат се разделя на два потока, като единият поток се отделя във вид на дестилационен продукт, а другият във вид на флегма

се подава на горната тарелка.

От долната тарелка на колоната течността, напускаща последната по пътя й тарелка, се насочва в нагревателя, където част от течността се изпарява. Образуваните пари се връщат в колоната на последната тарелка, а останалата течност се отделя във вид на начален дестилат

Между всички тарелки са разположени вентилаторни устройства, позволяващи част от парите, напускащи тарелката, да се връщат на предшестващите тарелки по направление движението на основния поток пара. Отношението между отнеманата част от парата V¹ и общото количество пара V_T на тарелките от 1 до 5 и от 20 до 25 (като се брои отдолу нагоре) е със стойност 0,9 - 0,95, а за тарелките от 5 до 20 отношението е 0,8 - 0,85.

Дестилационният продукт съдържа метан и етан и по-малко от 5% други по-тежки вещества, а началният дестилат съдържа по-малко от 5% метан и етан и всъщност се състои от останалите, по-тежки (по кипене)

вещества от изходната смес.

Общият разход на енергоносителите (загряваща пара и охлаждащо средство) е с 30% по-малък отколкото при обикновената ректификация.

ПРИМЕР 4.

Втечнената газова смес се разделя аналогично на пример 3 на колона, снабдена с 30 клапанни тарелки. Връщането на част от парите от 16 до 30 тарелка се извършва с помощта на вентилаторни устройства, монтирани на всяка тарелка. От 1 до 15 тарелка връщането на част от парите, напускащи тарелката, се извършва чрез ежектори, виж фиг.З (а). В ежекторите като ’’работен газ” се използва част от парите на началния дестилат. В дестилатора се поддържа налягане до 25 Атм. Получените дестилационен продукт и начален дестилат съответстват на същите продукти от пример 3.

···· • · ·· · · ·· ·· · · · ··· *··· • · · ····· ···· • · · · · · · · ··· ··· ······ · · · • · ·· ····· ·· ··

- 22 Общият разход на енергоносителите е примерно с 25% по-малък отколкото при обичайната ректификация.

ПРИМЕР 5.

Вода, замърсена с газове от химическо производство и съдържаща до 0,05% амоняк,сероводород и други вредни газове, се подава в колона, снабдена с 40 клапанни тарелки. Колоната се състои от пълнежни барабани, във всеки от които има по 8 тарелки, а между тях са разположени ежекторни устройства, виж фиг.З (Ь). Част от парите, напускащи всяка тарелка на барабана, освен горната, се връщат с помощта на ежекторите в тази тарелка. Част от парите от горните тарелки на барабана се връщат в тях с помощта на въздуходувки, а друга част от парите на горните тарелки се подава в ежекторите на долните тарелки в качеството на ’’работен газ”. В дестилатора на колоната се получава очистена вода, съдържаща по-малко от 10 ppm (parts per milion) вредни газове. В горната част на колоната се получава стабилна фракция от вредни газове, която се отправя за преработка. В дестилатора на колоната се подава нагряваща водна пара, чиято икономия е повече от 25 % в сравнение с известния метод.

Приложение на изобретението

Както става ясно от описанието и от приведените примери методът за дестилация и устройството за неговото реализиране осигуряват получаване на крайни продукти с намаление на енергозагубите не по-малко от 20% и, освен това, габаритите на колоната за дестилация могат да бъдат намалени за сметка на намаляване сечението на отделните секции в средната част на колоната за сметка на автономното регулиране на рециркулациите в отделните контактни устройства.

Допълнителните рециркулации осигуряват висока интензивност на моссобмена на вещества между съществуващите съвместно фази в контактните устройства за сметка на такава кратност на контактите, която ·· ·· ·· · ··· · · · · • · · · ···· · ·· · ·· · · · · ·· ··· ·♦· ······ · · · ·· ·· ·· ··· ·· ··

- 23 осигурява нужната степен на обогатяване на парите, напускащи контактните устройства, с летливи компоненти и обедняване на тежки компоненти и обратни процеси в течността, напускаща контактните устройства.

За всяко контактно устройство автономно се създават рециркулации на парата, обратни на направление движението на нейния основен поток,

което води до увеличаване на времето за контакт между парата и течността, до интензификация на масообмена и позволява да се сведе до минимум многократното изпаряване и връщане на флегмата в дестилационната колона.

В резултат на приложението на разработения метод значително се намаляват енергозагубите, а системата за автономна работа на всяко от контактните устройства позволява да се намалят габаритите на дестилационната колона.

Claims (3)

1. Метод за дестилация на смес от вещества, включващ подаване на сместа в дестилационна колона, снабдена с контактни устройства за взаимодействие на течността и парата, отвеждане на парите от горния край на колоната, нагряване до кипене на началния дестилат и връщане на образуваната пара надолу по колоната, отнемане на част от парите, напускащи контактните устройства, с последващото им връщане в колоната, характеризиращ се с това, че се осъществява връщане на част от парата, отнемана от едно от контактните устройства в паровия поток или в потока от течност най-малко върху едно от предшестващите по направление на движението му контактни устройства и/или част от парите се връщат в потока от течност под нейното ниво в същото контактно устройство в място, предшестващо нейното отвеждане по направление движението на парата, при което връщането на парата се осъществява без нейната пълна кондензация.

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че парата, напускаща контактното устройство или поне част от него, се връща в предшестващото по направление нейното движение контактно устройство и се подлага на частична кондензация.

3. Метод съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че кондензатът се връща в предшестващите по направление движението на парата контактни устройства.

4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че част от течността, напускаща контактното устройство, се връща в предшестващите по направление на нейното движение контактни устройства.

5.Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че предварително се осъществява нагряване до кипене на изходната смес в нагревател и след това потоците от течност и пара се въвеждат разделно в дестилационната колона.

• · ·· • · · · · · · • · ··· · ·· · • · · · · ··· ··· • · · · · ·· ··· ·· ··

6.Устройство за реализиране метода за дестилация на смес от вещества съгласно претенция 1, включващо дестилационна колона, снабдена с контактни устройства, оборудвани със средства за отнемане на част от ·· ···· парата, характеризиращо се с това, че най-малко едно от контактните устройства е допълнително оборудвано най-малко с едно средство за въвеждане на отнетата пара, като средството за въвеждане на парата е разположено под мястото на отнемането на парата по хода на движение на основния поток, като при това дестилационната колона е снабдена с устройство за транспортиране на въвежданата пара.

7.Устройство съгласно претенция 6, характеризиращо се това, че средствата за отнемане и въвеждане на парата са изпълнени във вид на щуцери, които са съединени посредством устройство за транспортирането на парата, като по този начин се осигурява движение на парата от зоната с по ниско налягане към зоната с по-високо налягане.

8. Устройство съгласно претенция 6, характеризиращо се с това, че средствата за отнемане на парата и средствата за въвеждането й в контактното устройство са изпълнени във вид на паропровод, като устройството за транспортиране на парата е разположено в дестилационната колона.

9. Устройство съгласно претенции о и 7, характеризиращо се с това, че щуцерите за въвеждане на парата са разположени по допирателната към окръжността на сечението на дестилационната колона.

10.Устройство съгласно претенции 6 и 7, характеризиращо се с това, че контактните устройства са снабдени с вертикални прегради, чиято долна част е потопена в течност, образувайки отделни и свързани чрез течността камери, като щуцерите за отнемане и въвеждане на парата в едно контактно устройство са разположени в различни камери, образувани от вертикалната преграда.

·· ····

- 3 11. Устройство съгласно претенция 7, характеризиращо се с това, че след транспортиращото устройство е монтирано устройство за отделяне на парата от образуваната течност, което е съединено посредством тръбопровод най-малко с едно предшестващо по направление движението на основния поток от пара контактно устройство.