ES2683369T3 - Aparato de destilación integrado por calor - Google Patents

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ES2683369T3 ES13159728.8T ES13159728T ES2683369T3 ES 2683369 T3 ES2683369 T3 ES 2683369T3 ES 13159728 T ES13159728 T ES 13159728T ES 2683369 T3 ES2683369 T3 ES 2683369T3
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Takato Nakao
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Abstract

Un aparato de destilación integrado por calor que comprende: - una columna de alta presión (1) que comprende un fondo de la columna (1a), una parte superior de la columna (1c) y una sección de lecho empaquetado o empaquetado (1b), dicha sección de lecho en bandeja o empaquetado (1b) utilizado como sección rectificadora; - una columna de baja presión (2), situada por encima de dicha columna de alta presión (1), comprendiendo dicha columna de baja presión un fondo de la columna (2a), una fase de alimentación (2f), una sección de lecho en bandeja o empaquetado (2b) utilizado como una sección de remoción y una porción correspondiente a la sección de rectificación (2g) situada por encima de la fase de alimentación (2f); - una primera tubería (26) que conecta el fondo de la columna (1a) de dicha columna de alta presión (1) con la porción correspondiente a la sección de rectificación (2g) de dicha columna de baja presión a través de medios (6) para suministrar un líquido que permanece en el fondo de la columna (1a) de dicha columna de alta presión (1) a la porción correspondiente a la sección de rectificación (2g) de dicha columna de baja presión (2); - un intercambiador de calor (8) situado en una fase en la parte inferior de dicha columna de baja presión (2); caracterizado porque el aparato de destilación comprende además: - una segunda tubería (23, 4a) que conecta la porción correspondiente a la sección de rectificación (2g) con dicho intercambiador de calor (8) en la parte inferior de la columna de baja presión (2); - un compresor (4) instalado en dicha segunda tubería (23, 4a) y configurado para comprimir vapor de la porción correspondiente a la sección de rectificación (2g) y, a continuación, suministrar el vapor comprimido a dicho intercambiador de calor (8) en la parte inferior de la columna de baja presión (2); y - una tercera tubería (30) que introduce fluido que fluye desde dicho intercambiador de calor (8) en la parte inferior de dicha columna de baja presión (2) al fondo de la columna (1a) de la columna de alta presión (1).

Description

DESCRIPCION
Aparato de destilacion integrado por calor 5 ANTECEDENTES DE LA INVENCION
1. Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un aparato de destilacion que realiza una operacion de destilacion ampliamente 10 aplicada a muchos procesos industriales, y mas particularmente, a un aparato de destilacion integrado por calor.
2. Descripcion de la tecnica relacionada
La separacion por destilacion es una operacion unitaria ampliamente aplicada a procesos industriales en general, 15 pero consume una gran cantidad de energfa. En el campo industrial, por lo tanto, se han realizado estudios sobre sistemas de destilacion que ahorran energfa. Dichos estudios han llevado hasta el desarrollo de una columna de destilacion integrada por calor (en lo sucesivo en el presente documento, HIDiC) como un aparato de destilacion que ahorra mucha energfa.
20 Como se muestra en la Figura 1, un sistema basico de la HIDiC tiene una estructura en la que se proporcionan una seccion de rectificacion (unidad de alta presion) y una seccion de remocion (unidad de baja presion) de manera que esten separadas entre st La presion operativa de la seccion de rectificacion se ajusta mas alta que la de la seccion de remocion de manera que la temperatura operativa de la seccion de rectificacion puede ser mas alta que la de la seccion de remocion. Esto permite una reduccion en la cantidad de calor que se suministra a un calderm porque la 25 transferencia de calor se produce desde la seccion de rectificacion a la seccion de remocion cuando hay una superficie de intercambio de calor entre las mismas. El calor de la seccion de rectificacion se desplaza a la seccion de remocion y, por lo tanto, se puede reducir la cantidad de calor que se suministra en un calderm. Como resultado, se puede lograr un aparato de destilacion de alto ahorro de energfa.
30 Para poner en practica el concepto de HIDiC, se han propuestos varios aparatos de destilacion que tienen estructuras de doble tubena, es decir, estructuras de doble tubena constituidas por tubenas internas que forman secciones de rectificacion y tubenas externas que forman secciones de remocion (vease JP2004-16928A). Estas configuraciones se describen como capaces de reducir las cantidades de calor que se suministran a los calderines y las cantidades de calor que se eliminan en los condensadores, ya que la transferencia de calor ocurre desde las 35 secciones de rectificacion (tubenas internas) a las secciones de remocion (tubenas externas).
Sin embargo, el aparato de destilacion integrado por calor que tiene la seccion de rectificacion y la seccion de remocion formadas en las estructuras de doble tubena como se analiza en la Bibliograffa de patente 1 tema los siguientes problemas 1) a 6).
40
1) El producto no puede obtenerse con corriente de corte lateral. El corte lateral significa que un producto se extrae como un producto destilado intermedio, durante un proceso de destilacion hasta que se adquiere un destilado final desde la parte superior de la columna.
En el aparato de destilacion descrito en el documento JP2004-16928A, las unidades de tubena de las estructuras de 45 doble tubena se disponen para entrar en contacto entre sf. Ademas, las tubenas externas y las tubenas internas estan equipadas con el empaquetamiento estructurado. Como resultado, no se puede formar una disposicion de tubena para extraer cualquier producto de destilado intermedio de la tubena interna de cada unidad de tubena. En consecuencia, la estructura deshabilita el corte lateral.
50 2) La fase de alimentacion en la que se proporciona la corriente de alimentacion no se puede optimizar. Esto se debe a que, en la seccion de rectificacion y la seccion de remocion formadas en las estructuras de doble tubena, las alturas de empaquetamiento de las mismas son iguales, deshabilitando la configuracion libre del numero de fases de la seccion de rectificacion y la seccion de remocion.
55 3) La fase de alimentacion no se puede cambiar para cumplir con la composicion de la corriente de alimentacion. Esto se debe a la estructura en la que la configuracion libre de la posicion de la fase de alimentacion esta deshabilitada como se describe en 2).
4) La corriente de alimentacion multiple (recepcion de una pluralidad de corrientes de alimentacion) no puede 60 tratarse. Esto se debe a la estructura en la que no se puede suministrar corriente de alimentacion en el medio de las
tubenas dobles como se describe en 1).
5) El mantenimiento del aparato es diffcil. Las unidades de tubena que usan el empaquetamiento estructurado se disponen densamente para que esten adyacentes entre s^ como se describe en 1). Esto inhabilita el acceso
5 completo a la unidad de tubena deseada, y el mantenimiento de la misma no puede realizarse.
6) La tasa de intercambio de calor entre la seccion de rectificacion y la seccion de remocion que usa tubenas dobles y en la que no hay un grado de libertad de diseno para disenar el area de transferencia de calor, depende unicamente del perfil de temperatura de la columna de destilacion. Por lo tanto, en el diseno del aparato, el grado de
10 libertad en el diseno de la tasa de intercambio de calor es pequeno.
Q, la tasa de intercambio de calor entre la seccion de rectificacion y la seccion de remocion, se representa por Q = U x A x AT, donde U es un coeficiente global de transferencia de calor, A es un area de transferencia de calor, y AT es una diferencia de temperatura entre la seccion de rectificacion y la seccion de remocion. En la HIDiC que usa la 15 estructura de tubena doble, una superficie de pared de tubena interna se convierte en un area de transferencia de calor. Esta area de transferencia de calor tiene un valor fijo determinado por una estructura de las tubenas dobles. El coeficiente global de transferencia de calor tambien tiene un valor fijo determinado por la estructura de transferencia de calor y las propiedades ffsicas del fluido implicadas en el intercambio de calor. Por lo tanto, como puede entenderse a partir de la formula de tasa de intercambio de calor, una tasa de intercambio de calor en la 20 especificacion de diseno puede cambiarse basandose solo en la diferencia de temperatura entre la seccion de rectificacion y la seccion de remocion, que cambia por la presion operativa de la seccion de rectificacion y la seccion de remocion.
Como el aparato de destilacion integrado por calor que puede resolver el problema que se ha descrito anteriormente, 25 el presente solicitante ha propuesto el aparato del documento JP4803470B.
La Figura 2 muestra un primer ejemplo del aparato de destilacion descrito en el documento JP4803470B. El aparato de destilacion incluye una columna de rectificacion 1, una columna de remocion 2 situada mas alta que la columna de rectificacion 1, una primera tubena 23 para comunicar la parte superior de la columna 2c de la columna de 30 remocion con el fondo de la columna 1a de la columna de rectificacion, y un compresor 4 configurado para comprimir el vapor de la parte superior de la columna 2c de la columna de remocion para suministrar el vapor comprimido al fondo de la columna 1a de la columna de rectificacion. El aparato de destilacion incluye adicionalmente un intercambiador de calor de tipo haz tubular 8 situado en una fase predeterminada de la columna de rectificacion 1, una unidad de extraccion de lfquido 2d situada en una fase predeterminada de la columna de remocion 2 y 35 configurada para extraer una parte del lfquido de la fase predeterminada al exterior de la columna, una segunda tubena 24 para introducir el lfquido de la unidad de extraccion de lfquido 2d al intercambiador de calor 8, y una tercera tubena 25 para introducir fluidos introducidos a traves de la segunda tubena 24 al intercambiador de calor 8 y a continuacion descargarlo del intercambiador de calor 8 a una fase directamente por debajo de la unidad de extraccion de lfquido 2d.
40
Con la configuracion descrita anteriormente en la Figura 2, los fluidos fluyen desde la columna de remocion 2 al intercambiador de calor 8 de la columna de rectificacion 1 a traves de la segunda tubena 24. El calor se elimina del vapor de la columna de rectificacion 1 en el intercambiador de calor 8. Despues, el calor puede transferirse desde la columna de rectificacion 1 a la columna de remocion 2 a traves de la tercera tubena 25. Los fluidos fluyen desde la 45 columna de remocion 2 hasta la columna de rectificacion 1 por gravedad. Por consiguiente, los fluidos en el intercambiador de calor 8 son empujados para fluir desde la columna de rectificacion 1 a la columna de remocion 2. En otras palabras, este aparato de destilacion integrado por calor emplea un sistema de sifon termico y, por lo tanto, no es necesario un medio de alimentacion de presion, tal como una bomba para suministrar el lfquido desde la columna de rectificacion 1 a la columna de remocion 2 ubicada por encima en una direccion vertical.
50
La Figura 3 muestra un segundo ejemplo del aparato de destilacion descrito en el documento JP4803470B. El aparato de destilacion incluye una columna de rectificacion 1, una columna de remocion 2 situada mas alta que la columna de rectificacion 1, una primera tubena 23 para conectar la parte superior de la columna 2c de la columna de remocion con el fondo de la columna 1a de la columna de rectificacion, y un compresor 4 que comprime el vapor de 55 la parte superior de la columna 2c de la columna de remocion para suministrar el vapor comprimido al fondo de la columna 1a de la columna de rectificacion. El aparato de destilacion incluye ademas una unidad de sumidero de lfquido 2e situada en una fase predeterminada de la columna de remocion 2 y configurada para contener lfquido que ha fluido hacia abajo, un intercambiador de calor 8 situado en la unidad de sumidero de lfquido 2e, una placa de separacion 16 que se ajusta en una posicion predeterminada de la columna de rectificacion 1 y configurada para 60 separar fases superiores y fases inferiores completamente, una segunda tubena 29 para introducir vapor por debajo
de la placa de separacion 16 al intercambiador de calor 8, y una tercera tubena 30 para introducir fluidos introducidos a traves de la segunda tubena 29 al intercambiador de calor 8 y a continuacion descargarlos del intercambiador de calor 8 a un lado superior de la placa de separacion 16.
5 Con la configuracion descrita anteriormente en la Figura 3, el vapor se extrae de la columna de rectificacion 1 a traves de la segunda tubena 29. El vapor se introduce en el intercambiador de calor 8 en la columna de remocion 2. Entonces, el calor puede transferirse desde la columna de rectificacion 1 a la columna de remocion 2. El vapor de alta presion en la columna de rectificacion 1 asciende a traves de la segunda tubena 29 al intercambiador de calor 8 en la columna de remocion 2. Por consiguiente, un fluido parcial o totalmente condensado del vapor en el 10 intercambiador de calor 8 es empujado desde la columna de remocion 2 a la tercera tubena 30 fuera de la columna. Por lo tanto, esta configuracion tampoco necesita ningun medio de alimentacion de presion, tal como una bomba, para el suministro de lfquido desde la columna de remocion 2 a la columna de rectificacion 1 situada en un lado inferior en una direccion vertical.
15 Las configuraciones del aparato de las Figuras 2 y 3 descritas anteriormente son capaces de reducir la cantidad de calor que se elimina en el condensador 7 que esta unido a una parte superior de la columna de rectificacion 1, y de reducir la cantidad de calor del caldenn 3 unido a la parte inferior de la columna de remocion 2 mas, en comparacion con un aparato de destilacion ordinario que tiene una columna en la que un lado superior es una seccion de rectificacion y un lado inferior es una seccion de remocion con un lugar de alimentacion como un lfmite del mismo, y 20 que no es de un tipo integrado por calor. Como resultado, es posible proporcionar un aparato de destilacion de eficiencia energetica.
La columna de rectificacion 1 y la columna de remocion 2 pueden configurarse usando secciones en bandeja o secciones de lecho empaquetado similares a las de un aparato de destilacion general. Por lo tanto, el aparato puede 25 abordar el corte lateral o la corriente de alimentacion multiple sin la necesidad de ninguna mejora, y es posible realizar facilmente el mantenimiento del aparato. Por la misma razon, el numero de fases de la columna de rectificacion o la columna de remocion se puede configurar libremente, y se puede optimizar una fase de alimentacion.
30 Se puede ajustar libremente un area de transferencia de calor y, por lo tanto, se puede determinar la tasa de intercambio de calor sin ninguna dependencia de la diferencia de temperatura entre las columnas.
Como se ha descrito anteriormente, segun el ejemplo del aparato descrito en el documento JP4803470B (Figuras 2 y 3), la eficiencia energetica es alta, el corte lateral y el ajuste de una posicion de fase de alimentacion pueden 35 tratarse facilmente, y el mantenimiento del aparato es facil. Ademas, el aparato de la presente invencion tiene una estructura en la que el grado de libertad de diseno es alto y, por lo tanto, puede ser facilmente aceptado por el lado del usuario.
Incidentalmente, con respecto a los aparatos de destilacion mostrados en las Figuras 2 y 3, los presentes inventores 40 pretenden mejorar aun mas la eficiencia energetica, y los respectivos ejemplos de aparatos de destilacion todavfa tienen el siguiente espacio a mejorar.
En otras palabras, en el aparato de destilacion mostrado en la Figura 2, se adopta el siguiente procedimiento. Parte
0 la totalidad de un lfquido en una fase arbitraria de la columna de remocion 2 se retira a traves de la tubena 24 45 fuera de la columna, y se suministra al intercambiador de calor de tipo haz tubular 8 situado en una fase arbitraria de
la columna de rectificacion 1, donde se realiza intercambio de calor. Posteriormente, una parte o la totalidad de la cantidad del lfquido que se elimina de la columna de remocion 2 se vaporiza por vapor en la columna de rectificacion
1 a una temperatura mas alta, y vuelve directamente por debajo de la posicion de eliminacion de lfquido descrita anteriormente de la columna de remocion 2 a traves de la tubena 25 fuera de la columna mediante un efecto de
50 sifon termico, sin energfa suministrada desde el exterior por una bomba o similar. Se realiza dicha circulacion de los fluidos.
En un procedimiento de este tipo, se necesita una cabeza de lfquido en el lado de suministro del intercambiador de calor de tipo haz tubular 8 (tubena 24 fuera de la columna) para realizar la circulacion de los fluidos mediante el 55 efecto de sifon termico. En otras palabras, a medida que las porciones que se extienden en la direccion vertical de las tubenas 24 y 25 se alargan correspondientemente con respecto a la distancia (altura) entre la posicion de extraccion de lfquido X de la columna de remocion 2 y la posicion de instalacion del intercambiador de calor Y de la columna de rectificacion 1, la perdida de presion a traves la tubena 25 aumenta. Por lo tanto, para hacer circular los fluidos superando esto, la cabeza del lfquido basada en la posicion de entrada del intercambiador de calor 8 (porcion 60 final de la tubena 24 conectada con el intercambiador de calor 8) tambien se hace grande. Sin embargo, en la
tubena del intercambiador de calor 8 la presion llega a ser alta y el punto de ebullicion aumenta debido al aumento en la cabeza de lfquido. Por lo tanto, la diferencia de temperatura entre el interior de la tubena y el exterior (carcasa) de la tubena en el intercambiador de calor 8 se reduce de forma correspondiente al aumento del punto de ebullicion. Para compensar esto, surge la necesidad de aumentar la presion de la columna de rectificacion 1, es decir, 5 aumentar la temperatura en la columna de rectificacion 1 aumentando la relacion de compresion del compresor 4. Por lo tanto, hay un espacio que se puede mejorar desde el punto de vista del rendimiento de ahorro de energfa.
En otras palabras, en el aparato de destilacion mostrado en la Figura 3, se adopta el siguiente procedimiento. La placa de separacion 16 que divide por completo el interior de la columna en un lado superior y un lado inferior se 10 instala en una fase arbitraria de la columna de rectificacion 1, todo el vapor que asciende desde la placa de separacion inferior 16 se extrae de la columna a traves de la tubena 29, y se suministra al intercambiador de calor de tipo haz tubular 8 instalado en una fase arbitraria de la columna de remocion 2, donde se realiza el intercambio de calor. A continuacion, un fluido parcial o totalmente condensado en el intercambiador de calor 8 fluye a traves de la tubena 30 fuera de la columna al lado superior de la placa de separacion 16 en la columna de rectificacion 1 por 15 gravedad, y el lfquido condensado fluye a traves de otra tubena 31 para desplazarse a la placa de separacion inferior 16. Se realiza dicha circulacion de los fluidos.
Tal procedimiento pretende extraer todo el vapor en la columna de rectificacion 1 al exterior de la columna y, por lo tanto, adopta una estructura complicada en la que la placa de separacion 16 esta instalada en la columna de 20 rectificacion 1, y el lfquido condensado alimentado en la placa de separacion 16 desde la columna de remocion 2 se transfiere adicionalmente a un espacio lateral inferior de la placa de separacion 16 a traves de la tubena 31 y la valvula de control 17 fuera de la columna. Por lo tanto, hay un espacio que se puede mejorar desde el punto de vista de la estructura y el coste de fabricacion.
25 Ademas, la fuerza de accionamiento para los fluidos que pasan a traves de la tubena del intercambiador de calor 8 se obtiene dando perdida de presion en los lados superior e inferior de la placa de separacion 16 y, por lo tanto la presion del fondo de la columna 1a ha de ser mayor que la presion de la parte superior de la columna 1c de la seccion de rectificacion 1 correspondientemente a la perdida de presion en los lados superior e inferior de la placa de separacion 16. Por lo tanto, surge la necesidad de establecer una presion mas alta en un lado de salida del 30 compresor 4 (concretamente, aumentar una relacion de compresion) correspondientemente para aumentar la presion en el lado del fondo de la columna 1a. Por lo tanto, tambien hay un espacio que se puede mejorar desde el punto de vista del rendimiento de ahorro de energfa.
Para mejorar aun mas los dos ejemplos de configuracion del aparato de las Figuras 2 y 3 como anteriormente, los 35 presentes inventores prestan atencion a las circunstancias que se indican a continuacion.
Cuando las fases para realizar el intercambio de calor lateral entre la seccion de remocion y la seccion de rectificacion se seleccionan optimamente, para poner el concepto de la HIDiC en uso practico, la fase mas baja de la seccion de rectificacion no se usa para el intercambio de calor con el seccion de remocion en algunos casos. La 40 Figura 4 muestra una configuracion conceptual de la HIDiC en este caso, y las Figuras 5 y 6 muestran ejemplos del modo de realizar la HIDiC en este caso. En particular, la Figura 5 muestra la aplicacion del sistema de transferencia de calor del aparato de la Figura 2 a la configuracion conceptual de la Figura 4, y la Figura 6 muestra la aplicacion del sistema de transferencia de calor del aparato de la Figura 3 a la configuracion conceptual de la Figura 4.
45 Como es comprensible con referencia a las configuraciones de las Figuras 4 a 6, una sola fase o una pluralidad de fases en la parte inferior de la seccion de rectificacion 1d no esta o no estan implicadas en absoluto en el intercambio de calor en muchos casos. Esto no solo se aplica a la bandeja, sino tambien a la capa de lecho empaquetado. En las configuraciones anteriores, la parte inferior de la seccion de rectificacion 1d, que tiene la temperatura mas alta, no se utiliza de manera eficaz para el intercambio de calor.
50
En las configuraciones en las que la parte inferior de la seccion de rectificacion 1d no se usa para el intercambio de calor con la seccion de remocion como en las Figuras 4 a 6, no hay necesidad de conectar la tubena de salida del compresor 4 al fondo de la columna 1a (la porcion mas baja de la seccion de rectificacion) de la columna de rectificacion. Mas bien, conectar la tubena de salida 4a del compresor 4 a la seccion de intercambio de calor 55 (seccion de intercambio de calor directamente por encima de la parte inferior de la seccion de rectificacion 1d) que esta situada en la posicion mas baja de la seccion de rectificacion no desperdicia calor. Sin embargo, si la tubena de salida 4a del compresor 4 esta directamente conectada a la seccion de intercambio de calor situada en la posicion mas baja de la seccion de rectificacion sin estar conectada directamente a la parte mas baja de la seccion de rectificacion, no habra gas en la parte inferior 1d, que se encuentra debajo de esta, de la seccion de rectificacion y, 60 por lo tanto la operacion de destilacion que tiene un equilibrio lfquido-vapor segun el principio de remocion no se
establece. Por lo tanto, el aparato que usa este procedimiento de conexion no se puede realizar.
Por lo tanto, los presentes inventores han decidido mover y disponer la region 2g (la region mostrada por la lmea de puntos en la Figura 4), que corresponde a la parte inferior 1d de la seccion de rectificacion, a una ubicacion que esta 5 por encima de la parte superior de la columna de remocion (en otras palabras, por encima de la fase de alimentacion 2f), como se muestra en la Figura 4, por ejemplo. La disposicion de este modo no cambia en absoluto el propio flujo de los fluidos, y si la fase de la parte inferior 1d de la seccion de rectificacion se mueve y se dispone por encima de la fase de alimentacion 2f, region 2g, que corresponde a la parte inferior de la seccion de rectificacion, puede operarse bajo la presion de la columna de remocion 2 que es menor que la presion de la columna de rectificacion 1. 10 Como resultado, la volatilidad relativa en la region 2g se hace grande, y la energfa (cantidad de calor) en sf misma que es originalmente necesaria para un proceso de separacion puede reducirse.
Ademas, en el caso de la configuracion en la que la tubena de salida 4a del compresor 4 esta conectada a la posicion directamente por encima de la parte inferior 1d de la seccion de rectificacion, como se muestra por las 15 imeas de puntos en las Figuras 4 a 6, el vapor de la tubena de salida 4a del compresor 4 se suministra a la columna de rectificacion 1, y de la columna de rectificacion 1, el calor se transfiere a la seccion de intercambio de calor 2h en la parte inferior de la columna de remocion 2, y regresa a la posicion de la columna de rectificacion 1 a la que esta conectada la tubena de salida 4a, de nuevo. Los presentes inventores han considerado que, si ese es el caso, la adopcion de tal configuracion de aparato es mas preferible, que la tubena de salida 4a del compresor 4 este 20 directamente conectada a la seccion de intercambio de calor 2h en la parte inferior de la columna de remocion 2 sin estar conectada todo el camino a la columna de rectificacion 1, y que los fluidos que estan sometidos a intercambio de calor en la seccion de intercambio de calor 2h se introduzcan en la columna de rectificacion 1.
En el caso de la configuracion del aparato basada en el concepto anterior, la configuracion del aparato de la Figura 5 25 se convierte en una configuracion del aparato de la Figura 7, y la configuracion del aparato de la Figura 6 se convierte en una configuracion del aparato de la Figura 8, aunque los detalles de las mismas se describiran mas adelante. Segun las configuraciones del aparato de las Figuras 7 y 8, entre una pluralidad de sistemas de transferencia de calor que realizan intercambio de calor entre varias fases de la columna de baja presion respectiva y una columna de alta presion, en un sistema de transferencia de calor proporcionado entre la parte inferior de una 30 columna de baja presion y la parte inferior de una columna de alta presion, el vapor de alta presion del compresor 4 se alimenta directamente al intercambiador de calor 8 en la parte inferior de la columna de baja presion, y el vapor de alta presion que proporciona calor a la parte inferior de la columna de baja presion a traves del intercambiador de calor 8 se introduce en la columna de rectificacion 1, como se muestra en las Figuras 7 y 8. En este sistema de transferencia de calor, tanto la configuracion del aparato de la Figura 2 como la configuracion del aparato de la 35 Figura 3 se mejoran. La razon de esto es la siguiente.
Es decir, en los ejemplos de aparato de las Figuras 2 y 5, se utiliza la circulacion de los fluidos por efecto del sifon termico para realizar el intercambio de calor entre la seccion de rectificacion y la seccion de remocion, y para hacer que el fluido circule, se necesita una cabeza de lfquido en el lado de suministro (tubena 24 fuera de la columna) del 40 intercambiador de calor de tipo haz tubular 8. Sin embargo, la configuracion del aparato de la Figura 7 no necesita una cabeza de lfquido en algunos sistemas de transferencia de calor y, por lo tanto, se espera una mejora en el rendimiento de ahorro de energfa.
Mientras tanto, en el ejemplo de aparato de la Figura 3, el vapor de alta presion que se suministra a la columna de 45 rectificacion 1 se desplaza hacia la columna de remocion 2 a traves de la tubena 29 fuera de la columna, y los fluidos que se condensan parcial o totalmente en el intercambiador de calor 8 de la unidad de sumidero de lfquido 2e en la columna de remocion 2 vuelven a la columna de rectificacion 1 a traves de otra tubena 30. Para este proposito, es necesario dividir el interior de la columna de rectificacion 1 completamente con la placa de separacion 16, conectar la tubena 29 a un espacio inferior de la placa de separacion 16, y conectar la tubena 30 a un espacio 50 superior de la placa de separacion 16 para establecer la presion del espacio inferior de la placa de separacion 16 para que sea mas alta. Pero, la configuracion del aparato de la Figura 8 no requiere una diferencia de presion en algunos sistemas de transferencia de calor y, por lo tanto, se espera una mejora en el rendimiento de ahorro de energfa.
55 RESUMEN DE LA INVENCION
Un objetivo de la presente invencion es mejorar los puntos mencionados anteriormente en ambos ejemplos de configuracion de aparato de las Figuras 2 y 3 como se ha descrito anteriormente, y lograr un mayor ahorro de energfa.
Un aparato de destilacion integrado por calor segun un aspecto de la presente invencion incluye:
una columna de alta presion que corresponde a una region por encima de una seccion de intercambio de calor situada en la parte inferior dentro de una region que incluye una seccion en bandeja o una seccion de lecho 5 empaquetado que se usa como una seccion de rectificacion; y
una columna de baja presion que se encuentra arriba, como se ve desde la columna de alta presion, y que integra una region que incluye una seccion en bandeja o una seccion de lecho empaquetado que se utiliza como seccion de remocion, con una porcion correspondiente a la seccion de rectificacion que corresponde a una region que se situa debajo de la seccion de intercambio de calor situada en la parte inferior en la seccion de rectificacion.
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La porcion correspondiente a la seccion de rectificacion esta situada en una porcion superior de la seccion de remocion en la columna de baja presion de manera que la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion continua hacia la seccion de remocion.
15 Ademas, el aspecto descrito anteriormente incluye:
una primera tubena que conecta un fondo de columna de la columna de alta presion con la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion a traves de medios que alimentan a presion un lfquido que permanece en el fondo de columna de la columna de alta presion a la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion;
20 un intercambiador de calor situado en una fase en una parte inferior (puede ser una fase inferior o no) de la columna de baja presion;
una segunda tubena que conecta la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion con el intercambiador de calor en una parte inferior de la columna de baja presion;
un compresor instalado en la segunda tubena y configurado para comprimir vapor de la porcion correspondiente a la 25 seccion de rectificacion y, a continuacion, suministrar el vapor comprimido al intercambiador de calor en la parte inferior de la columna de baja presion; y
una tercera tubena que introduce fluidos que fluyen desde el intercambiador de calor en la parte inferior de la columna de baja presion al fondo de la columna de la columna de alta presion.
30 En el aspecto anterior, el vapor de alta temperatura por el compresor se introduce en el intercambiador de calor que se encuentra en la parte inferior (no limitada a la fase inferior) de la columna de baja presion, y los fluidos que fluyen hacia fuera desde el intercambiador de calor se introducen en la parte inferior de la columna de alta presion, por lo que se proporciona calor a la parte inferior (no limitada a la fase inferior) de la columna de baja presion, y los fluidos que se introduciran en la parte inferior de la columna de alta presion se pueden enfriar. El sistema de transferencia 35 de calor (seccion de intercambio de calor lateral) que utiliza la segunda y la tercera tubenas y el intercambiador de calor en la columna de baja presion se configura como si se instalase un condensador lateral en la fase de la parte inferior de la columna de alta presion, y un caldenn lateral se instala en la fase de la parte inferior (no limitada a la parte inferior) de la columna de baja presion. Por lo tanto, en comparacion con un aparato de destilacion que no incluye el sistema de transferencia de calor descrito anteriormente, la cantidad de calor que se elimina puede 40 reducirse mas en el condensador, y la cantidad de calor que se suministra puede reducirse mas en el caldenn.
En particular, el sistema de transferencia de calor descrito anteriormente que permite el intercambio de calor entre la parte inferior de la columna de baja presion y la parte inferior de la columna de alta presion esta configurado para introducir el vapor de alta presion del compresor directamente en el intercambiador de calor que se proporciona en la 45 columna de baja presion y para alimentar asf los fluidos condensados en el intercambiador de calor a la columna de alta presion. Es decir, la configuracion no necesita una cabeza de lfquido como en el ejemplo de aparato de la Figura 2, o la perdida de presion no se requiere como en el ejemplo del aparato de la Figura 3. Por lo tanto, el rendimiento de ahorro de energfa se puede mejorar porque la cabeza de lfquido y la perdida de presion no son necesarias. Ademas, la region correspondiente a la parte inferior de la seccion de rectificacion (porcion correspondiente a la 50 seccion de rectificacion) puede funcionar debido a la presion de la columna de baja presion que es inferior a la presion de la columna de alta presion y, por lo tanto, en comparacion con las configuraciones de las Figuras 4 a 6, la volatilidad relativa en la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion aumenta. Por lo tanto, la propia energfa (cantidad de calor) que originalmente se vuelve necesaria para un proceso de remocion puede reducirse.
55 A partir de lo anterior, se puede proporcionar el aparato de destilacion con una eficiencia energetica extremadamente alta.
La seccion de rectificacion y la seccion de remocion, o la columna de alta presion y la columna de baja presion, se configuran usando las secciones en bandeja o secciones de lecho empaquetado similares a las de un aparato de 60 destilacion general. Por lo tanto, el aparato puede abordar el corte lateral o la corriente de alimentacion multiple sin
la necesidad de ninguna mejora, y es posible realizar facilmente el mantenimiento del aparato. Por la misma razon, el numero de fases de la seccion de rectificacion o la seccion de remocion se puede configurar libremente, y la fase de alimentacion se puede optimizar.
5 Ademas, se puede ajustar libremente un area de transferencia de calor y, por lo tanto, se puede determinar la tasa de intercambio de calor sin ninguna dependencia de la diferencia de temperatura entre las columnas.
Segun la presente invencion, la eficiencia energetica es alta, el corte lateral y el ajuste de una posicion de fase de alimentacion pueden tratarse facilmente, y el mantenimiento del aparato es facil. Ademas, el aparato de la presente 10 invencion tiene una estructura en la que el grado de libertad de diseno es alto y, por lo tanto, puede ser facilmente aceptado por el lado del usuario.
Ademas, segun la presente invencion, los puntos mencionados anteriormente en ambos ejemplos de configuracion de aparato de las Figuras 2 y 3 se mejoran, y puede lograrse un mayor ahorro de energfa.
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BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra una estructura basica de la HIDiC;
la Figura 2 es un diagrama de configuracion esquematica que muestra un ejemplo de un aparato de destilacion que 20 es una tecnica relacionada relevante y que se describe en el documento JP4803470B;
la Figura 3 es un diagrama de configuracion esquematica que muestra otro ejemplo del aparato de destilacion que es una tecnica relacionada relevante y que se describe en el documento JP4803470B;
la Figura 4 es un diagrama conceptual del aparato que se muestra para explicar las circunstancias del objetivo de la invencion de la presente solicitud;
25 la Figura 5 muestra un modo de realizar una configuracion de aparato de la Figura 2 basandose en la configuracion conceptual de la Figura 4;
la Figura 6 muestra un modo de realizar una configuracion de aparato de la Figura 3 basandose en la configuracion conceptual de la Figura 4;
la Figura 7 muestra una configuracion general de un aparato de destilacion integrado por calor segun una realizacion 30 de la presente invencion;
la Figura 8 muestra una configuracion general de un aparato de destilacion integrado por calor segun otra realizacion de la presente invencion;
la Figura 9 muestra una configuracion periferica de un intercambiador de calor de tipo haz tubular situado en una columna de baja presion de cada una de las Figuras 7 y 8;
35 la Figura 10 muestra una configuracion de una unidad de extraccion de lfquido situada en una columna de alta presion de cada una de las Figuras 7 y 8; y
la Figura 11 muestra una configuracion periferica de un intercambiador de calor de tipo haz tubular situado en la columna de alta presion de cada una de las Figuras 7 y 8.
40 [EXPLICACION DE LAS LETRAS]
1 columna de rectificacion (se denomina columna de alta presion en las realizaciones de las Figuras 7 y 8).
1a fondo de la columna
1b seccion en bandeja (o seccion de lecho empaquetado)
45 1c parte superior de la columna
1d la parte inferior de una seccion de rectificacion
2 columna de remocion (se denomina columna de baja presion en las realizaciones de las Figuras 7 y 8).
2a fondo de la columna
2b seccion en bandeja (o seccion de lecho empaquetado)
50 2c parte superior de la seccion de remocion
2d unidad de extraccion de lfquido
2e unidad de sumidero de lfquido
2f fase de alimentacion
2g region que corresponde a la parte inferior de una seccion de rectificacion 55 3 calentador (calderm)
4 compresor
4a Tubena
5 bandeja de chimenea para sumidero
6 bomba
60 7 condensador
8 intercambiador de calor tipo haz tubular
9 bandeja de chimenea para sumidero
10, 12, 14 Ifquido
11, 13, 18 vapor
5 15 bandeja de chimenea para sumidero 16 placa de separacion 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 tubena
X una posicion de extraccion de Ifquido de una columna de remocion
Y una posicion de instalacion del intercambiador de calor de una columna de rectificacion
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DESCRIPCION DETALLADA DE LA REALIZACION EJEMPLAR
Un aparato de destilacion integrado por calor segun la presente invencion tiene una caractenstica basica en la que una carcasa de columna (columna de baja presion) es el resultado de anadir una region usada como seccion de 15 remocion que se extiende en una direccion vertical, y una region (o una porcion correspondiente a la seccion de rectificacion) que corresponde a una region que se encuentra por debajo de una seccion lateral de intercambio de calor en la fase inferior entre las secciones laterales de intercambio de calor instaladas en la seccion de rectificacion, y una carcasa de columna (columna de alta presion) que incluye una region, a excepcion de la region mencionada anteriormente, que corresponde a la seccion de rectificacion de la seccion de rectificacion que se extiende en la 20 direccion vertical, se proporcionan por separado, y la columna de baja presion se encuentra arriba como se ve desde la columna de alta presion. Un aparato de destilacion general, que no es un aparato de destilacion integrado por calor internamente, incluye una columna que esta construida en la direccion vertical y que tiene un fondo de columna, una seccion en bandeja (o seccion de lecho empaquetado), y una parte superior de columna, en el que, en el lfmite de una ubicacion de alimentacion, un lado superior de la seccion en bandeja (o seccion de lecho 25 empaquetado) es una seccion de rectificacion y un lado inferior es una seccion de remocion, y el aparato de destilacion general es totalmente diferente del aparato de destilacion integrado por calor segun la presente invencion. En particular, una disposicion descrita a continuacion utiliza ambas configuraciones de los aparatos de destilacion de las Figuras 2 y 3 que el presente solicitante ya ha propuesto. Por lo tanto, un ejemplo de realizacion de la presente invencion se describira utilizando los mismos signos de referencia para los mismos componentes que 30 los mostrados en las Figuras 2 y 3.
La Figura 7 muestra una configuracion general de un aparato de destilacion integrado por calor segun una realizacion de la presente invencion. El aparato de destilacion integrado por calor segun la realizacion comprende una columna de alta presion 1 que corresponde a una region restante de una seccion de rectificacion que excluye 35 una region que corresponde a fases situadas por debajo de una region de intercambio de calor lateral que se realiza en la parte mas baja dentro de la seccion de rectificacion; y una columna de baja presion 2, que es el resultado de la adicion de una seccion de remocion global situada arriba como se ve desde la columna de alta presion 1, y la parte inferior de la seccion de rectificacion mencionada anteriormente. La columna de alta presion 1 incluye el fondo de la columna 1a, la seccion en bandeja (o la seccion de lecho empaquetado) 1b, y la parte superior de la columna 1c. La 40 columna de baja presion 2 tambien incluye el fondo de la columna 2a, la seccion en bandeja (o la seccion de lecho empaquetado) 2b, la parte superior de la seccion de remocion 2c y la parte inferior de la seccion de rectificacion 2g que se describira mas adelante.
Ademas, como se describe usando las Figuras 4 y 5 en la seccion de RESUMEN DE LA INVENCION, la columna de 45 alta presion 1 de la realizacion corresponde a la region (parte superior de la seccion de rectificacion) que queda despues de que la parte inferior de la seccion de rectificacion 1d se corte de la columna de rectificacion 1 de la Figura 5, y la region (denominada en lo sucesivo en el presente documento porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g), que corresponde a la parte inferior de la seccion de rectificacion 1d que esta cortada de la columna de rectificacion, esta situada por encima de la parte superior de la seccion de remocion 2c de la columna de baja 50 presion 2. En la configuracion en la que la parte superior de la parte superior de la columna de baja presion se puede usar como la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g asf, la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g puede funcionar bajo la presion de la columna de baja presion 2 cuya presion es inferior a la presion de la columna de rectificacion 1 de la Figura 5. Por lo tanto, la volatilidad relativa en la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g se vuelve grande, y la propia energfa (cantidad de calor) que se 55 necesita originalmente para un proceso de separacion puede reducirse.
Las secciones en bandeja 1b y 2b son secciones en las que se encuentran varias bandejas horizontales. El espacio entre las bandejas adyacentes se denomina fase. En cada fase, cuando el contacto se realiza con gas-lfquido, se produce una transferencia de masa. Como resultado, las fases gaseosas ricas en componentes que tienen una 60 mayor volatilidad ascienden a una fase superior, mientras que una fase lfquida rica en componentes que tienen una
volatilidad inferior desciende a una fase inferior. Despues, el contacto con el gas-Kquido se ejecuta de nuevo con una nueva fase lfquida o fase gaseosa de manera que se produce una transferencia de masa. Por lo tanto, hay componentes abundantes que tienen mayor volatilidad en una fase mas alta de la columna, hay abundantes componentes que tienen una volatilidad mas baja en una fase inferior, y se realiza una operacion de destilacion.
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La seccion empaquetada que puede reemplazar la seccion en bandeja es una seccion en la que se instala un cierto empaquetamiento en la columna vada, y el contacto con el gas-lfquido se ejecuta en su superficie. Por el mismo mecanismo que el de la seccion en bandeja, hay abundantes componentes que tienen una mayor volatilidad en una parte superior, hay abundantes componentes que tienen una menor volatilidad en una parte inferior y se realiza una 10 operacion de destilacion. En la Figura 7, las secciones en bandeja 1b y 2b (o secciones de lecho empaquetado) se muestran en blanco. En realidad, sin embargo, se emplean las estructuras mencionadas anteriormente.
Cada columna de alta presion 1 y columna de baja presion 2 se describe en detalle. Primero, se describe la columna de baja presion 2.
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El calentador 3 denominado como un caldenn esta dispuesto fuera del fondo de la columna 2a de la columna de baja presion 2, y la tubena 21 se proporciona desde una parte inferior del espacio en el fondo de la columna 2a a traves del calentador 3 a una parte superior del espacio en el fondo de la columna 2a. Por consiguiente, el lfquido que desciende a traves de la seccion en bandeja 2b (o seccion de lecho empaquetado) de la columna de baja 20 presion 2 permanece en el fondo de la columna 2a. Una parte del lfquido se calienta por el calentador 3 para convertirse en vapor y asciende a la parte superior de la columna. Desde la parte inferior del fondo de la columna 2a, los fondos que son ricos en componentes con menor volatilidad se adquieren a traves de la tubena 22.
La parte superior de la seccion de remocion 2c en la columna de baja presion 2 es una posicion para suministrar 25 corriente de alimentacion y, en esta region, se proporciona la fase de alimentacion 2f. Como se ha descrito anteriormente, la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g esta situada por encima de la seccion de remocion en la columna de baja presion 2 (concretamente, por encima de la fase de alimentacion 2f). La porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g y la parte superior de la seccion de remocion 2c en la columna de baja presion 2 estan conectadas de manera que el interior de la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 30 2g y el interior de la parte superior de la seccion de remocion 2c entren en contacto entre sf. Segun la realizacion, la corriente de alimentacion se suministra en la parte superior de la columna de seccion de remocion 2c en la columna de baja presion 2, pero si la ubicacion de alimentacion debe corresponder a un cambio en la composicion de la corriente de alimentacion, la ubicacion de alimentacion puede estar en una fase arbitraria de la seccion en bandeja 2b (o seccion de lecho empaquetado). Incluso cuando hay una pluralidad de alimentaciones, la ubicacion de 35 alimentacion puede ser la parte superior de la seccion de remocion 2c en la columna de baja presion 2, y otras fases arbitrarias (incluida una fase de la columna de alta presion 1).
La seccion en bandeja 2b (o seccion de lecho empaquetado) de la columna de baja presion 2 incluye una unidad de extraccion de lfquido 2d en una fase predeterminada. La unidad de extraccion de lfquido 2d esta en una fase situada 40 en un lado superior de la unidad de sumidero de lfquido 2e que se describira mas adelante. Como se muestra en la Figura 9, la unidad de extraccion de lfquido 2d mantiene el lfquido 10 que desciende desde arriba en la bandeja de chimenea para el sumidero 5, y extrae una parte del lfquido 10 hacia el exterior de la columna de baja presion 2. La tubena 24 para dirigir una parte del lfquido 10 a la columna de alta presion 1 esta conectada a la unidad de extraccion de lfquido 2d. La tubena 25 de la columna de alta presion 1 se inserta a traves de una pared de carcasa 45 de la columna de baja presion 2 en una fase directamente por debajo de la unidad de extraccion de lfquido 2d. Desde la tubena 25 insertada en la fase directamente por debajo de la unidad de extraccion de lfquido 2d, se introducen fluidos que tienen una mezcla de vapor 11 y lfquido 12 como se describe a continuacion, y el vapor 11 asciende mientras el lfquido 12 desciende.
50 Ademas, la seccion en bandeja 2b (o seccion de lecho empaquetado) que esta mas cerca del fondo de la columna 2a de la columna de baja presion 2 incluye la unidad de sumidero de lfquido 2e. La unidad de sumidero de lfquido 2e almacena una cantidad predeterminada de lfquido 10 que ha fluido hacia la bandeja de chimenea para el sumidero 15, y el lfquido derramado desde la bandeja de chimenea para el sumidero 15 gotea. Para que la tubena del intercambiador de calor de tipo haz tubular 8 pueda sumergirse en el lfquido almacenado por la unidad de sumidero 55 de lfquidos 2e, el intercambiador de calor de tipo haz tubular 8 se ubica en la unidad de sumidero de lfquidos 2e (vease la Figura 11). Las porciones de tubena paralelas 8a y 8b en la tubena en forma de U del intercambiador de calor de tipo haz tubular 8 se disponen a lo largo de la bandeja de chimenea para el sumidero 15.
La tubena 4a (vease la Figura 7) conectada a una salida del compresor 4 esta conectado a la porcion de tubena 60 superior 8b de las porciones de tubena paralelas. La tubena 30 (vease la Figura 7) para alimentar fluidos desde la
columna de baja presion 2 hasta el fondo 1a de la columna de alta presion 1 esta conectada a la porcion de tubena inferior 8a. La porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g ubicada en la columna de baja presion 2 esta conectada a una entrada del compresor 4 a traves de la tubena 23.
5 Se describe una operacion del intercambiador de calor 8 en la unidad de sumidero de lfquido 2e.
En el aparato de destilacion descrito anteriormente, un Kquido de alimentacion desciende desde la parte superior de la seccion de remocion 2c (fase de alimentacion 2f) en la columna de baja presion 2 a traves de una bandeja o una capa empaquetada. El lfquido 10 (vease la Figura 11) permanece en la unidad de sumidero de lfquido 2e en la 10 bandeja de chimenea para sumidero 15 que se situa en una fase arbitraria. La tubena con forma de U del intercambiador de calor de haz tubular 8 esta situada en la unidad de sumidero de lfquido 2e y, por lo tanto, la tubena en forma de U se sumerge en el lfquido 10. En esta fase, el vapor de alta temperatura por el compresor 4 se introduce a traves de la tubena 4a en la porcion de tubena superior 8b del intercambiador de calor 8 en la unidad de sumidero de lfquido 2e. En este momento, una parte del lfquido 10 en contacto con la pared de carcasa de las 15 porciones de tubena 8b y 8a, donde se mueve el vapor de alta temperatura, se calienta para convertirse en el vapor 18 y asciende (vease la Figura 11). El lfquido que queda sin convertirse en vapor desciende por una compuerta de salida. El vapor de alta temperatura introducido a traves de la tubena 4a en el intercambiador de calor 8 en la columna de baja presion 2 se condensa parcial o totalmente y se transforma en una fase lfquida desde una fase gaseosa mientras se mueve desde la porcion de tubena superior 8b a la porcion de tubena inferior 8a. El lfquido que 20 se genera por la condensacion y el vapor que no se condensa pasa a traves de la tubena 30 que se ubica fuera de la columna y a continuacion se alimenta al fondo de la columna 1a de la columna de alta presion 1 (vease la Figura 7).
La columna de alta presion 1 se describe adicionalmente.
25
Un extremo de la tubena 26 esta conectado en la parte inferior del fondo de la columna 1a de la columna de alta presion 1, mientras que el otro extremo de la tubena 26 esta conectado a la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g situada por encima de la parte superior de la seccion de remocion 2c (fase de alimentacion 2f) en la columna de baja presion 2. Para reciclar el lfquido, que permanece en el fondo de la columna 1a de la columna de 30 alta presion 1, a la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g, se necesita la bomba 6 en la seccion intermedia de la tubena 26.
El condensador 7 esta equipado fuera de la parte superior de la columna 1c de la columna de alta presion 1, y la tubena 28 esta conectada desde una parte del espacio superior de la parte superior de la columna 1c al 35 condensador 7. Por lo tanto, el vapor que se ha movido a la parte superior de la columna 1c de la columna de alta presion 1 se enfna por el condensador 7 para convertirse en lfquido, y se adquiere un lfquido destilado que es rico en componentes que tienen una alta volatilidad. Una parte del lfquido se lleva a reflujo a la parte superior de la columna 1c siempre que sea necesario.
40 Ademas, el intercambiador de calor de tipo haz tubular 8 se inserta en una fase que se situa por encima de la posicion donde esta conectada la tubena 30, de la seccion en bandeja 1b de la columna de alta presion 1. Las porciones de tubena paralelas en la tubena en forma de U del intercambiador de calor de tipo haz tubular 8 se colocan a lo largo de la bandeja de chimenea para sumidero 9 para retener temporalmente el lfquido condensado y para redistribuir el vapor que asciende desde abajo. La porcion de tubena inferior 8a de las porciones de tubena 45 paralelas esta conectada a la tubena 24 conectada a la unidad de extraccion de lfquido 2d de la columna de baja presion 2. La porcion de tubena superior 8b esta conectada a la tubena 25 que se inserta en la fase directamente debajo de la unidad de extraccion de lfquido 2d.
Se describe una operacion del intercambiador de calor de tipo haz tubular 8.
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En el aparato, la presion y la temperatura del vapor que sale de la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g se aumentan por el compresor 4. Posteriormente, una parte o la totalidad del vapor se condensa mediante el intercambiador de calor 8 en la columna de baja presion 2, y se suministra al fondo de la columna 1a de la columna de alta presion 1. El vapor 13 (vease la Figura 10) de los fluidos suministrados al fondo de la columna 1a 55 asciende en la seccion en bandeja 1b y entra en contacto con la tubena del intercambiador de calor de haz tubular 8 en la columna de alta presion 1. En este caso, el lfquido en una fase arbitraria de la columna de baja presion 2 se introduce a traves de la tubena 24 a la porcion de tubena inferior 8a del intercambiador de calor 8. Por lo tanto, el lfquido en la porcion de tubena 8a se calienta por el calor del vapor 13, y una parte del vapor 13 en contacto con la porcion de tubena 8a se condensa y se convierte en lfquido 14, el cual desciende. La porcion de tubena superior 8b 60 del intercambiador de calor 8 tambien se calienta por el calor del vapor 13. Por lo tanto, el lfquido introducido a
traves de la tubena 24 en el intercambiador de calor 8 cambia a fluidos que tienen una mezcla de fase Kquida 12 y gaseosa 11 mientras se mueve desde la porcion de tubena inferior 8a a la porcion de tubena superior 8b. Los fluidos pasan a continuacion a traves de la tubena 25 que se ubica fuera de la columna para introducirse a la fase directamente debajo de la unidad de extraccion de lfquido 2d de la columna de baja presion 2 (veanse las Figuras 7 5 y 9). No se necesita un medio de alimentacion de presion tal como una bomba para hacer circular dichos fluidos, ya que la configuracion emplea el sistema de sifon termico.
En otras palabras, dado que la unidad de extraccion de lfquido 2d de la columna de baja presion 2 esta conectada a la porcion de tubena inferior 8a del intercambiador de calor 8 de la columna de alta presion 1 a traves de la tubena 10 24 y dado que la porcion de tubena superior 8b del intercambiador de calor 8 de la columna de alta presion 1 esta conectada a la fase directamente debajo de la unidad de extraccion de lfquido 2d de la columna de remocion 2 a traves de la tubena 25, el lfquido desciende desde la columna de baja presion 2 a la columna de alta presion 1 por gravedad, y los fluidos que han atravesado el intercambiador de calor 8 de la columna de alta presion 1 se hacen circular y se mueven desde la columna de alta presion 1 a la columna de baja presion 2 mediante el efecto de sifon 15 termico.
El aparato de destilacion de la realizacion mencionada anteriormente proporciona el siguiente efecto. El vapor de alta temperatura por el compresor 4 se introduce directamente en el intercambiador de calor 8 en la columna de baja presion 2, y los fluidos que fluyen del intercambiador de calor 8 se introducen en la parte inferior de la columna de 20 alta presion 1 como se ha descrito anteriormente, donde el calor se proporciona a la parte inferior de la columna de baja presion 2, y los fluidos a introducir en la parte inferior de la columna de alta presion 2 tambien pueden enfriarse. Un primer sistema de transferencia de calor (seccion de intercambio de calor lateral) usando las tubenas 4a y 30 y el intercambiador de calor 8 en la columna de baja presion 2 esta configurado como si se instalara un caldenn lateral en la fase (puede ser la etapa inferior o no) de la inferior parte de la columna de baja presion 2, y se instalase un 25 condensador lateral en la fase (fase inferior) de la parte inferior de la columna de alta presion 1. Por lo tanto, en comparacion con un aparato de destilacion que no incluye el primer sistema de transferencia de calor, la cantidad de calor que se elimina se puede reducir en el condensador 7 de la columna de alta presion 1, y la cantidad de calor que se suministra se puede reducir en el caldenn 3 de la columna de baja presion 2.
30 Como se ha descrito anteriormente, el calor puede eliminarse del vapor en la columna de alta presion 1 mediante el intercambiador de calor 8 en la columna de alta presion 1, y el calor puede transferirse de la columna de alta presion 1 a la columna de baja presion 2 a traves de la tubena 25. Un segundo sistema de transferencia de calor (seccion de intercambio de calor lateral) usando las tubenas 24 y 25 y el intercambiador de calor 8 en la columna de alta presion 1 se configura como si se instalase un condensador lateral en la fase por encima de la parte inferior de la columna 35 de alta presion 1, y, simultaneamente, como si se instalase un caldenn lateral en una fase por encima de la parte inferior de la columna de baja presion 2. Por lo tanto, en comparacion con un aparato de destilacion que no incluye el segundo sistema de transferencia de calor, la cantidad de calor que se elimina se puede reducir adicionalmente en el condensador 7 de la columna de alta presion 1, y la cantidad de calor que se suministra se puede reducir adicionalmente en el caldenn 3 de la columna de baja presion 2.
40
Sobre todo, el primer sistema de transferencia de calor descrito anteriormente que permite el intercambio de calor entre la parte inferior de la columna de baja presion y la parte inferior de la columna de alta presion, esta configurado para introducir el vapor de alta presion del compresor 4 directamente en el intercambiador de calor 8 de la unidad de sumidero de lfquido 2e proporcionada en la columna de baja presion 2, y esta configurado para alimentar el fluido 45 condensado en el intercambiador de calor 8 a la columna de alta presion 1 (Figura 7). La configuracion no necesita una cabeza de lfquido como en el ejemplo de aparato de la Figura 2 como se describe en la seccion de RESUMEN DE LA INVENCION, y, por lo tanto, se puede esperar una mejora correspondiente en el rendimiento de ahorro de energfa. En comparacion con la configuracion del aparato de la Figura 5 que adopta los segundos sistemas de transferencia de calor descritos anteriormente para todas las secciones laterales de intercambio de calor 50 proporcionadas en el aparato de destilacion, se mejora adicionalmente el rendimiento de ahorro de energfa.
Segun la realizacion, la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g puede funcionar bajo la presion de la columna de baja presion 2 que es inferior a la presion de la columna de alta presion 1 como se ha descrito anteriormente. Por lo tanto, en comparacion con la configuracion del aparato de la Figura 5, la volatilidad relativa en 55 la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g se vuelve grande, y la propia energfa (cantidad de calor) que se necesita originalmente para un proceso de separacion puede reducirse.
La Figura 7 muestra solo dos de los sistemas de transferencia de calor descritos anteriormente. Sin embargo, se pueden instalar varios sistemas de transferencia de calor equivalentes, por ejemplo, del 10 al 30 % del numero total 60 de fases teoricas. Huelga decir que la cantidad de sistemas de transferencia de calor que se instalaran y las
5
10
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20
25
30
35
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ubicaciones del intercambiador de calor y las tubenas se pueden determinar arbitrariamente segun las especificaciones de diseno.
El aparato mencionado anteriormente de la Figura 7 adopta el procedimiento que introduce directamente el vapor de alta temperatura a traves del compresor 4 en el intercambiador de calor 8 en la parte inferior de la seccion de remocion de la columna de baja presion 2, e introduce los fluidos que salen del intercambiador de calor 8 a la parte inferior de columna de alta presion 1, para que el sistema de transferencia de calor realice el intercambio de calor entre la seccion de intercambio de calor lateral que esta situada en la posicion mas baja en la seccion de remocion en el aparato de la Figura 5 y la seccion de intercambio de calor lateral que se encuentra en la posicion mas baja en la seccion de rectificacion. Sin embargo, el procedimiento puede adoptarse para un sistema de transferencia de calor que realiza el intercambio de calor entre la seccion de intercambio de calor lateral que esta situada en la posicion mas baja en la seccion de remocion en el aparato de la Figura 6, y la seccion de intercambio de calor lateral que se encuentra en la posicion mas baja en la seccion de rectificacion, y el resultado es la configuracion del aparato de la Figura 8. La configuracion no necesita perdida de presion como en el ejemplo del aparato de la Figura 3 y, por lo tanto, el rendimiento de ahorro de energfa se puede mejorar como en el caso del aparato de la Figura 7. La porcion correspondiente a la seccion de rectificacion 2g puede funcionar bajo la presion de la columna de baja presion 2 que es mas baja que la presion de la columna de alta presion 1 y, por lo tanto, la propia energfa (cantidad de calor) que se vuelve necesaria para un proceso de separacion puede reducirse como en el caso del aparato de la Figura 7.
El aparato de destilacion integrado por calor descrito anteriormente se configura utilizando la columna en bandeja o la columna empaquetada similar a la del aparato de destilacion general. Esto permite el corte lateral o la alimentacion multiple sin necesidad de mejorar el aparato, y permite un facil mantenimiento del aparato. Por la misma razon, la libertad de establecer el numero de fases para la columna de alta presion y la columna de baja presion permite la optimizacion de las fases de alimentacion. En otras palabras, la presente invencion puede resolver los problemas 1) a 5) del aparato de destilacion integrado por calor usando la estructura de doble tubena representada por el documento JP2004-16928A.
Segun las realizaciones descritas anteriormente (Figuras 7 y 8), el intercambiador de calor de tipo haz tubular 8 se usa como el componente del sistema de transferencia de calor que transfiere calor desde la columna de alta presion 1 a la columna de baja presion 2. Esto permite el cambio libre del area de transferencia de calor A con base en el diseno de la tubena del intercambiador de calor 8. Por lo tanto, para determinar la cantidad de calor que se va a intercambiar entre la columna de alta presion 1 y la columna de baja presion 2, no solo se puede ajustar libremente la diferencia de temperatura AT entre la columna de alta presion 1 y la columna de baja presion 2, sino tambien el area de transferencia de calor A. Por lo tanto, la presente invencion puede resolver el problema 6) del aparato de destilacion integrado por calor usando la estructura de doble tubena.
Segun las realizaciones descritas anteriormente (Figuras 7 y 8), la columna de alta presion 1 y la columna de baja presion 2, incluyendo la porcion correspondiente de la columna de rectificacion 2g, estan conectadas entre sf en la direccion vertical. Sin embargo, la presente invencion no esta limitada a esta disposicion. En otras palabras, la presente invencion incluye una disposicion en la que la columna de alta presion 1 y la columna de baja presion 2, incluyendo la porcion correspondiente a la columna de rectificacion 2g, estan configuradas por separado e independientemente.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un aparato de destilacion integrado por calor que comprende:
    5 - una columna de alta presion (1) que comprende un fondo de la columna (1a), una parte superior de la columna (1c) y una seccion de lecho empaquetado o empaquetado (1b), dicha seccion de lecho en bandeja o empaquetado (1b) utilizado como seccion rectificadora;
    - una columna de baja presion (2), situada por encima de dicha columna de alta presion (1), comprendiendo dicha columna de baja presion un fondo de la columna (2a), una fase de alimentacion (2f), una seccion de lecho en
    10 bandeja o empaquetado (2b) utilizado como una seccion de remocion y una porcion correspondiente a la seccion de rectificacion (2g) situada por encima de la fase de alimentacion (2f);
    - una primera tubena (26) que conecta el fondo de la columna (1a) de dicha columna de alta presion (1) con la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion (2g) de dicha columna de baja presion a traves de medios (6) para suministrar un lfquido que permanece en el fondo de la columna (1a) de dicha columna de alta presion (1) a la
    15 porcion correspondiente a la seccion de rectificacion (2g) de dicha columna de baja presion (2);
    - un intercambiador de calor (8) situado en una fase en la parte inferior de dicha columna de baja presion (2);
    caracterizado porque el aparato de destilacion comprende ademas:
    20 - una segunda tubena (23, 4a) que conecta la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion (2g) con dicho intercambiador de calor (8) en la parte inferior de la columna de baja presion (2);
    - un compresor (4) instalado en dicha segunda tubena (23, 4a) y configurado para comprimir vapor de la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion (2g) y, a continuacion, suministrar el vapor comprimido a dicho intercambiador de calor (8) en la parte inferior de la columna de baja presion (2); y
    25 - una tercera tubena (30) que introduce fluido que fluye desde dicho intercambiador de calor (8) en la parte inferior de dicha columna de baja presion (2) al fondo de la columna (1a) de la columna de alta presion (1).
  2. 2. El aparato de destilacion integrado por calor segun la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    30 un segundo intercambiador de calor (8) que esta ubicado en una fase que se ubica por encima del fondo de la columna (1a) de dicha columna de alta presion (1) a la que esta conectada dicha tercera tubena (30); una seccion de extraccion de lfquido (2d) que esta situada en una fase que se encuentra por encima de la parte inferior de dicha columna de baja presion (2) a la que esta conectada dicha segunda tubena (23, 4a), y que extrae una parte del lfquido de la fase fuera de la columna de baja presion;
    35 una cuarta tubena (24) que introduce el lfquido desde dicha seccion de extraccion de lfquido (2d) a dicho segundo intercambiador de calor; y
    una quinta tubena (25) que introduce fluido que pasa a traves de dicha cuarta tubena (24) para introducirse en dicho segundo intercambiador de calor y, a continuacion, fluye desde el segundo intercambiador de calor a una fase directamente debajo de dicha seccion de extraccion de lfquido (2d) de dicha columna de baja presion (2).
    40
  3. 3. El aparato de destilacion integrado por calor segun la reivindicacion 1, que comprende ademas una tubena de suministro de materia prima (27) que suministra una materia prima al menos a uno de entre la parte superior de la columna de la seccion de remocion directamente por debajo de la porcion correspondiente a la seccion de rectificacion (2g) y una fase predeterminada de una de la seccion en bandeja y la seccion de lecho
    45 empaquetado de la seccion de remocion.
  4. 4. El aparato de destilacion integrado por calor segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un
    calderrn (3) que esta instalado fuera del fondo de la columna de dicha columna de baja presion (2) y calienta lfquido en fondo de la columna.
    50
  5. 5. El aparato de destilacion integrado por calor segun la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente
    un condensador (7) que se coloca fuera de la parte superior de la columna de dicha columna de alta presion (1) y enfna el vapor en la parte superior de la columna.
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