LU83567A1 - PROCESS FOR THE CONCENTRATION OF AQUEOUS GLYCOL SOLUTIONS - Google Patents
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Description
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Procédé pour la concentration de solutions aqueuses de glycolsj tProcess for the concentration of aqueous solutions of glycolsj t
La présente invention concerne un nouveau procédé pour la concentration de solutions aqueuses de glycols,dans 5 lequel le procédé de distillation à multiples effets est utilisé à l'aide d ' échangeurs à film, vertical disposés dans les étages successifs d'une ou plusieurs colonnes verticales.The present invention relates to a new process for the concentration of aqueous glycol solutions, in which the multiple-effect distillation process is used using vertical film exchangers arranged in successive stages of one or more columns vertical.
Actuellement, la concentration des solutions aqueuses de glycols est effectuée au moyen d'une série de rebouilleurs et 10 d'évaporateurs successifs comme le montre le schéma du procédé de la figure 1.Currently, the concentration of aqueous glycol solutions is carried out by means of a series of reboilers and successive evaporators as shown in the process diagram in FIG. 1.
Dans ce schéma, la solution aqueuse de glycols à faible concentration traverse la canalisation 1 et l'échangeur 2 (où elle est chauffée au dépend de la vapeur 3) jusqu'au 15 premier évaporateur V · De la partie inférieure de 1'évaporateur V , à travers 4, une solution plus concentrée sort qui, à travers 5 et l'échangeur 6 est envoyée vers le second évaporateur V , duquel à travers 7, l'échangeur 8 et la canalisation 9, est envoyée vers le troisième évaporateur V ; de ces derniers 3 20 à travers 10, l'échangeur 11 et la canalisation 12, la solution encore davantage concentrée est envoyée vers le dernier évaporateur V^, maintenu sous vide (environ 200 millibars) au moyen de l'éjecteur 16.In this scheme, the aqueous solution of low concentration glycols passes through the pipe 1 and the exchanger 2 (where it is heated at the expense of the steam 3) to the first evaporator V · From the bottom of the evaporator V , through 4, a more concentrated solution leaves which, through 5 and the exchanger 6 is sent to the second evaporator V, from which through 7, the exchanger 8 and the pipe 9, is sent to the third evaporator V; of these 3 20 through 10, the exchanger 11 and the line 12, the even more concentrated solution is sent to the last evaporator V ^, maintained under vacuum (approximately 200 millibars) by means of the ejector 16.
Dans 1'évaporateur V , la solution se concentre ulté-25 rieurement et à travers 13 et la pompe 14, elle est envoyée vers le réservoir 15.In the evaporator V, the solution is concentrated later and through 13 and the pump 14, it is sent to the tank 15.
De la tête des trois premiers évaporateurs, la vapeur d'eau sort mélangée avec de petites quantités de glycol, lequel est condensé dans les échangeurs 6, 8 et 11 et est recueilli 30 dans les récipients 17 et 18.From the head of the first three evaporators, the water vapor leaves mixed with small amounts of glycol, which is condensed in the exchangers 6, 8 and 11 and is collected in the containers 17 and 18.
Les vapeurs qui sortent de la tête du quatrième évaporateur sont condensées dans le réfrigérant 19 et en même temps que les autres condensats chargés de glycols, elles sont recyclées vers l'installation desglycols.The vapors which leave the head of the fourth evaporator are condensed in the refrigerant 19 and at the same time as the other condensates charged with glycols, they are recycled towards the installation of glycols.
35^ Afin d'éviter des pertes excessives de glycols dans » I les vapeurs, l'eau de lavaae est envoyée à travers 20 dans la N> tete des évaporateurs V_ et V .In order to avoid excessive losses of glycols in the vapors, the lava water is sent through 20 in the head of the evaporators V_ and V.
Λ AΛ A
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Les auteurs de la présente invention ont maintenant découvert que ce procédé de concentration des glycols peut être effectué d'une façon plus simple et avec une économie considérable de vapeur d'eau dans une seule colonne divisée 5 en un certain nombre d'étages, en utilisant le principe de la distillation à multiples effets et en utilisant des échangeurs à film vertical.The authors of the present invention have now discovered that this process for the concentration of glycols can be carried out in a simpler manner and with considerable economy of water vapor in a single column divided into a number of stages, using the principle of multiple-effect distillation and using vertical film exchangers.
C'est un objet de la présente invention de fournir un nouveau procédé pour la concentration de solutions aqueuses 10 de glyco]SjCaractérisë par le fait que pour ladite concentration, on utilise une seule colonne verticale divisée en un certain nombre de sections cylindriques dont chacune comprend : (a) un ou plusieurs évaporateurs à film avec des faisceaux de tubesverticaux sans aucune enveloppe extérieure; * 15 (b) un ou plusieurs petits plateaux, chacun desquels étant relié avec son fond auxfaisceaux de tubes supérieurs de l'un des évaporateurs à film qui se trouvent dans la même section, lesdits petits plateaux étant reliés dans la dernière partie sans évaporateur à film au tube qui conduit au réser-20 voir de la solution concentrée de glycols, tandis qu'avec sa partie supérieure, le plateau est relié à la plaque à tubes inférieure de l'un des évaporateurs à film qui se trouvent dans la section supérieure, lesdits petits plateaux étant reliés dans la'première section directement auctubes d'alimentation de 25 la solution de glycols à concentrer; (c) un système de fermeture et de réglage du débit placé sur le fond de chaque petit plateau, ayant pour but de régler le passage de la solution de glycols depuis le petit plateau jusqu'à l'échangeur à film placé au-dessous; 30 (d) des ouvertures prévues au sommet des parties laté rales de chaque petit plateau, sauf pour les petits plateaux de la première section; (e) un ou plusieurs tubes à siphon reliant deux sections successives et ayant pour but de transférer le condensât 35 recueilli dans chaque section à la section suivante, la première section étant également munie de tubes pour alimenter la ! solution à concentrer aux petiis plateaux (b) et pour introduire \^jf la vapeur d'eau saturée prévue pour le chauffage de laditeIt is an object of the present invention to provide a new method for the concentration of aqueous solutions of glyco] SjCaractérisé by the fact that for said concentration, a single vertical column is used divided into a number of cylindrical sections each of which comprises : (a) one or more film evaporators with bundles of vertical tubes without any outer casing; * 15 (b) one or more small trays, each of which being connected with its bottom to the bundles of upper tubes of one of the film evaporators which are in the same section, said small trays being connected in the last part without evaporator to film to the tube which leads to the reser-20 see concentrated glycol solution, while with its upper part, the tray is connected to the lower tube plate of one of the film evaporators which are in the upper section said small trays being connected in the first section directly to the feeding tubes of the glycol solution to be concentrated; (c) a system for closing and adjusting the flow rate placed on the bottom of each small tray, the purpose of which is to regulate the passage of the glycol solution from the small tray to the film exchanger placed below; (D) openings provided at the top of the lateral parts of each small tray, except for the small trays of the first section; (e) one or more siphon tubes connecting two successive sections and having the aim of transferring the condensate 35 collected in each section to the next section, the first section also being provided with tubes for supplying the! solution to be concentrated in the small trays (b) and to introduce \ ^ jf the saturated steam provided for the heating of said
TT
3 * λ solution, la dernière section étant munie de tubes pour le déchargement des condensats,pour l'jextraxion des solutions concentrées de glycols et pour la jonction avec le système de J vide.3 * λ solution, the last section being provided with tubes for discharging the condensates, for the junction of the concentrated glycol solutions and for the junction with the empty J system.
i j 5 En se référant à la figure 2 qui représente ladite ! colonne verticale, le nouveau procédé pour la concentration de solutions aqueuses de glycols va être maintenant décrit.i j 5 Referring to Figure 2 which represents said! vertical column, the new process for the concentration of aqueous glycol solutions will now be described.
I On suppose que le nombre total d'étages,simplement i à titre illustratifjest de 9 et qu'il y a un seul petit plateau | 10 et un seul évaporateur à film prévus dans chaque étage.I We assume that the total number of floors, simply i for illustration is 9 and that there is only one small tray | 10 and a single film evaporator provided in each stage.
I Sur le dessin de la colonne 1, sont indiqué par la, ! . 2a et Sajles trois premières sections ou êtages^et par 7a, 8a, ; 9ajles trois dernières sections, tandis que les trois sections ! intermédiaires ne sont pas indiquées par manque de place.I In the drawing of column 1, are indicated by the,! . 2a and Sajles first three sections or storeys ^ and by 7a, 8a,; 9ajles last three sections, while the three sections! intermediaries are not indicated due to lack of space.
i ä 15 La solution à concentrer qui provient déjà chaude de l'instal lation d'oxyde d'éthylène, car la réaction oxyde d'éthylène + E^O = glycols^est exothermique, est envoyée au petit plateau 4 du premier étage â 'travers la conduite 2.i to 15 The solution to be concentrated, which already comes hot from the ethylene oxide plant, because the reaction ethylene oxide + E ^ O = glycols ^ is exothermic, is sent to the small tray 4 of the first stage â through line 2.
Du petit plateau 4, ladite solution passe à travers 20 les systèmes de fermeture et le système pour le réglage 6 du j débit,dans les ëvaporateursà film 8 où elle est encore chauffée I par de la vapeur vive provenant de 5; ensuite, elle passe dans I les petits plateaux et dans les évaporateurs 8 placés en-dessous, j devenant ainsi de plus en plus concentrée (jusqu'au dernier 25 étage 9a où elle atteint la concentration maximum, et de la, elle est envoyée à travers la conduite 10 dans le réservoir, j Les vapeurs qui se dégagent dans les petits plateaux j placés après le premier étage, sortent à l'extérieur à travers i les trous des ouvertures 7 et sont condensées à l'extérieur S 30 des tubes 8 des évaporateurs à film tout en chauffant en ! même temps la solution coulant §l l'intérieur des tubes en ; question.From the small tray 4, said solution passes through the closure systems and the system for adjusting the flow rate 6, in the film evaporators 8 where it is further heated I by live steam coming from 5; then it passes through I the small trays and through the evaporators 8 placed below, thus becoming more and more concentrated (up to the last stage 9a where it reaches the maximum concentration, and from there it is sent to through the pipe 10 in the tank, j The vapors which are released in the small trays j placed after the first stage, exit outside through i the holes of the openings 7 and are condensed outside S 30 of the tubes 8 film evaporators while simultaneously heating the solution flowing inside the tubes in question.
i j Les condensats qui sont recueillis au bas de chaque ί étage passent d'un étage au suivant par les tubes ou les 35 conduites à siphon 9 jusqu'au dernier étage d'où ils sont déchargés par la conduite 11. Les vapeurs quittant le petit .· plateau du dernier étage 9a sont condensées par le réfrigérant chemisé 14.ij The condensates which are collected at the bottom of each ί stage pass from one stage to the next by the tubes or the 35 siphon lines 9 to the last stage from where they are discharged through line 11. The vapors leaving the small · Top stage tray 9a are condensed by the jacketed refrigerant 14.
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Les tubes et les valves 12 servent â transférer les gaz inertes éventuellement présents; d'un étage à l'autre en descencant jusqu'au dernier qui est relié par la conduite 13 au système de vide.The tubes and valves 12 serve to transfer any inert gases which may be present; from one floor to another, going down to the last one which is connected by line 13 to the vacuum system.
5 Afin de montrer les avantages réalisés par le nouveau procédé pour la concentration des solutions aqueuses de glycols; sur le procédé classique, un essai de concentration d'une solution de glycols est effectuées titre d'exemple,en alimentant deux installations,1'une classique et l'une nouvelle{constituées 10 par une seule colonne avec la même quantité par heure d'une solution aqueuse de glycols, à la même température et sous la „ même pression.5 In order to show the advantages achieved by the new process for the concentration of aqueous glycol solutions; on the conventional method, a test of concentration of a glycol solution is carried out by way of example, by supplying two installations, one conventional and one new (constituted by a single column with the same quantity per hour of 'an aqueous solution of glycols, at the same temperature and under the same pressure.
Les résultats sont résumés dans le tableau ci-après : INSTALLATION CLASSIQUE ALIMENTATION INSTALLATION DE L'INVENTIONThe results are summarized in the table below: CLASSICAL INSTALLATION POWER SUPPLY INSTALLATION OF THE INVENTION
= 15 41370 Kg/h (Solution de glycols 41370 Kg/h à 12,7 %)= 15 41 370 Kg / h (Glycol solution 41 370 Kg / h at 12.7%)
150°C Tarpêrature 150°C150 ° C Temperature 150 ° C
13 bars Pression 13 bars 20 5952 Kg/h Quantité de solution 5900 Kg/h concentrée obtenue 84,85 % en poids Concentration 88 % en poids13 bars Pressure 13 bars 20 5952 Kg / h Quantity of concentrated solution 5900 Kg / h obtained 84.85% by weight Concentration 88% by weight
84 °C Température à la sortie 73 °C84 ° C Outlet temperature 73 ° C
2 0,2 bar Pression à la sortie 0,1 bar 9150 Kg/h à 17 bars Consonmation de vapeur 1690 Kg/h à 3,7 bars2 0.2 bar Outlet pressure 0.1 bar 9150 Kg / h at 17 bar Steam consumption 1690 Kg / h at 3.7 bar
Dans l'exemple mentionné ci-dessus, la concentration de la solution qui entre est de 12,7 % en poids et celle de la 30 solution qui sort est de 88% en poids. Si les concentrations à l'entrée ou à la sortie varient, les pressions et les températures à l'entrée et à la sortie de la colonne varieront également.In the example mentioned above, the concentration of the solution which enters is 12.7% by weight and that of the solution which leaves is 88% by weight. If the inlet or outlet concentrations vary, the pressures and temperatures at the inlet and outlet of the column will also vary.
Normalement, pour une gamme de concentration de 35 glycolsde 0% à 100 %, la concentration est effectuée dans la J gamme de pressions comprise entre 20 bars et 0,03 bar et dans / la gamme de températures comprise entre 200°C et 30°C.Normally, for a concentration range of 35 glycols from 0% to 100%, the concentration is carried out in the pressure range between 20 bars and 0.03 bar and in / the temperature range between 200 ° C and 30 ° vs.
En résumé, l'adoption du nouveau procédé selon laIn summary, the adoption of the new process according to the
JLJL
5 ! i r ί * I présente invention permet d'obtenir les avantages suivants : (a) une économie considérable de vapeur d'eau pour le i chauffage; la consommation de la vapeur pour concentrer 41370 Kg/h de solution avec le procédé connu est de 9150 Kg/h 5 tandis que la consommation pour traiter la même quantité de solution par le nouveau procédé est d'environ 1690 Kg/h; l'économie de vapeur est par conséquent : --150 ~ .1690 .. 100 = 81/5 % ; i 9150 I 10 (b) des coûts inférieurs de production de la vapeur saturée pour le chauffage puisque avec le nouveau procédé une pression de vapeur de 3,7 bars suffitftandis qu'avec le procédé connu, la vapeur doit être sous une pression de | 17 bars;la pression de la vapeur saturée pour le chauffage est 15 comprise entre 2 et 4 bars selon la concentration initiale et selon la concentration finale de la solution; (c) plus grandes simplicité et fiabilité du système dans son ensemble; en fait, dans le nouveau procédé, une seule colonne remplace l'ensemble de plusieurs colonnes du 20 système connu; (d) le coût de l'exploitation inférieure permet d'amortir le premier coût pour le nouveau type d'installation au bout d'environ deux ans; en. fait,1e coût d'une installation du nouveau type traitant 41370 Kg/h de solution a été 25 estimé être d'environ 1050 millions. En supposant que le nombre d'heures de fonctionnement soit de 8000 par an,que le prix de la vapeur saturée à 3,7 bars soit de 7 lires/Kg et que le prix de 11a vapeur saturée à 17 bars soit de 10 lires/Kg, l'économie annuelle sera de (10 x 9150 - 7 x 1690) x 8000 = 637,4 millions/ 30 an, ce qui pourra amortir le capital investi de 1050 millions I ^ avant deux ans.5! i r ί * I present invention provides the following advantages: (a) considerable savings in water vapor for heating i; the consumption of the vapor for concentrating 41,370 kg / h of solution with the known process is 9,150 kg / h while the consumption for treating the same amount of solution by the new process is around 1,690 kg / h; the vapor saving is therefore: --150 ~ .1690 .. 100 = 81/5%; i 9150 I 10 (b) lower costs for producing saturated steam for heating since with the new process a vapor pressure of 3.7 bar is sufficient while with the known process the steam must be under a pressure of | 17 bars, the pressure of the saturated steam for heating is between 2 and 4 bars depending on the initial concentration and on the final concentration of the solution; (c) greater simplicity and reliability of the system as a whole; in fact, in the new method, a single column replaces the set of several columns of the known system; (d) the cost of the lower operation makes it possible to amortize the first cost for the new type of installation after approximately two years; in. In fact, the cost of a new type plant processing 41,370 kg / hr of solution has been estimated to be around 1,050 million. Assuming that the number of operating hours is 8000 per year, that the price of saturated steam at 3.7 bars is 7 lire / Kg and that the price of 11a saturated steam at 17 bars is 10 lire / Kg, the annual saving will be (10 x 9150 - 7 x 1690) x 8000 = 637.4 million / 30 years, which can amortize the invested capital by 1050 million I ^ before two years.
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