NO321021B1 - Fremgangsmate og anordning for destillasjon av en blanding av substanser. - Google Patents

Description

Opp f i rine lsesområde

Denne oppfinnelse angår destillasjon av substansblan-dinger i væsketilstand eller flytendegjort tilstand i f.eks. alkoholbearbeidingsindustrien for å rense alkohol for for-urensninger, for fremstilling av rensede væsker innenfor mikrobiologi, medisin og landbruk, for behandling av væske-formige avfallsprodukter og kloakk, samt i petrokjemien, osv. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte og en anordning for destillasjon av en blanding av substanser.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Destillasjonsprosessen utføres i industrielle kolonner over spesielle kontaktinnretninger av plate-, fyllegeme-eller filmtypen, på hvilke masseoverføring av substansene som fraksjoneres finner sted, dvs. interaksjon mellom dampen og kokende væske som befinner seg samtidig på kontaktinnretningene. Utgangsblandingen av substanser forvarmes og tilføres som en tilførselsblanding til én av kontaktinnretningene i destillasjonsapparatet. De resulterende damper stiger opp til toppen av apparatet, mens væsken renner ned til dettes bunnseksjon.

Mens de passerer gjennom de på hverandre følgende kontaktinnretninger, anrikes dampene på flyktige substanser, mens de utarmes på tyngre substanser (hva deres flyktighet angår), idet det motsatte skjer med væsken. Følgelig skal det utføres to hovedprosesser, dvs. konsekutiv bevegelse (vanligvis i motstrøm i høyderetningen) med et nødvendig antall strømmer og en effektiv masseoverføring på kontaktinnretningene. Med en kontakttid av avpasset lengde mellom fasene som befinner seg sammen på kontaktinnretningene finner det sted et maksimum av anriking og utarming av substanser som betegnes termodynamisk faselikevekt og kjennetegnes ved likhet mellom de kjemiske potensialer av substanser i dampfasen og væske-fasen. Under praktiske betingelser er kontakttiden mellom de sameksisterende faser begrenset, hvorved strømmene som forlater kontaktinnretningene, avviker fra likevektsstrømmene. For et flertall av de i praksis anvendte kontaktinnretninger er det særlig dampfasens oppholdstid som er begrenset, idet denne tid avhenger av tiden for dannelse av dampbobler. Dette er grunnen til at én enkelt kontakt mellom de sameksisterende faser på kontaktinnretningene ikke vil være tilstrekkelig til å gi en adekvat grad av masseoverføring. Fasekontakttiden kan forlenges ved å resirkulere væske- og dampstrømmene som har forlatt kontaktinnretningene, hvorved masseoverføringen mellom fasene utvides. En del av kondensatet av damper som har forlatt den øverste kontaktinnretning (i dampens strømningsret-ning) resirkuleres til kolonnens raffineringsseksjon, som er lokalisert på oppstrømssiden av inntaket for tilførsel, hvoretter denne del av dampkondensatet på ny tilføres til den øverste kontaktinnretning som et tilbakeløp anriket på flyktige substanser. Dampene fra væsken som har forlatt den nederste kontaktinnretning (i retningen av dens strømning til nevnte kolonneseksjon), føres tilbake til kolonnens avdriverseksjon, som befinner seg på nedstrømssiden av inntaket for tilførsel. Dermed avstedkommes en motstrømsbevegelse av væske-og dampstrømmene i destillasjonsapparatet.

Det er ved hjelp av disse damp- og væsketilbakeførin-ger at problemet med en maksimal forlengelse av kontakttiden mellom de på kontaktinnretningene sameksisterende væske- og dampfaser løses, slik at det oppnås en effektiv masseoverføring mellom substansene på kontaktinnretningene.

Kolonnens avdriverseksjon har til oppgave å fraksjo-nere bunnproduktet som er anriket på slike tunge substanser som også de damper som tilbakeføres som en fordampet del av bunnvæsken er anriket på.

Mens de passerer gjennom den ene etter den andre av kontaktinnretningene, blir dampene utarmet på tunge substanser og anriket på flyktige substanser. Således blir en del av produktet som er anriket på flyktige substanser tilbakeført til toppen av kolonnens raffineringsseksjon, mens en del av produktet som er anriket på tunge substanser tilbakeføres til bunnen av kolonnens avdriverseksjon. Masseoverføringen mellom fasene finner sted i to samtidige prosesser, nemlig partiell fordampning av væsken og partiell kondensering av dampene. Væskens strømningsbane er meget lenger enn dampens strømningsbane. Følgelig må dampenes oppholdstid på kontaktinnretningene økes, hvilket som regel avstedkommes gjennom en fornyet fordampning av tilbakeløpet (væsken som tilføres til samtlige av kontaktinnretningene).

Antallet damp- og væskestrømmer som kreves for deres motstrømsbevegelse bestemmes av forholdet mellom de flyktige og tunge komponenter i en utgangsblanding og av de teknolo-giske betingelser for fraksjonering av destillasjonsproduk-tene.

Ved de hittil kjente fremgangsmåter blir tilførsels-blandingen forvarmet i en varmeveksler til en koketemperatur (vanligvis noen få grader under kokepunktene), hvoretter den forvarmede væske tilføres det øverste trinn i kolonnens avdriverseksj on.

En nødvendig mengde væske i kolonnens avdriverseksjon svarer til den mengde tilbakeløp som tilføres kolonnens øverste trinn, samtidig som en tilførselsvæske utover denne tilfø-res kolonnens avdriverseksjon. Masseoverføringsprosessene mellom fasene forløper adiabatisk, hvilket også dikteres av betingelsene for termodynamisk faselikevekt. Mengden av damp i begge kolonneseksjoner er praktisk talt konstant (en liten reduksjon i denne mengde skyldes avvik fra adiabatiske betingelser og at det i kolonnens avdriverseksjon finner sted en utilstrekkelig oppvarming av tilførselen). Konstansen av væske- og dampstrømmene i kolonneseksjonene legger begrens-ninger på ytterligere undersøkelser for å finne deres optimale tilbakeføringer på enkelte av kontaktinnretningene, i den grad det blir behov for å fastsette en maksimal tilbakeløpsverdi nødvendiggjort av mer kompliserte masseoverføringsbetingelser på selv bare en eneste én av alle kontaktinnretningene i en kolonneseksj on.

Således føres en størst mulig mengde tilbakeløp til den øverste kontaktinnretning i en gitt seksjon, og følgelig blir den maksimale mengde damp som kreves for fornyet fordampning av de flyktige substanser fra tilbakeløpet, ført til kolonnens nederste kontaktinnretning.

Det er kjent i faget å inndele en destillasjonsko lonne i et antall raffinerings- eller avdriverseksjoner som følge av at det anvendes ytterligere inntak for tilførsel eller ytterligere uttak for andre fraksjoneringsprodukter. I dette tilfelle vil den øvre del av hver av disse seksjoner motta et konstant tilbakeløp for samtlige av kontaktinnretningene i seksjonen.

Det følger av alt som er angitt ovenfor at de nevnte problemer løses ved de hittil kjente fremgangsmåter på én enkelt måte, nemlig ved å resirkulere en del av destillatproduktet i form av tilbakeløp og å resirkulere en del av bunnproduktet i form av damp.

De kjente fremgangsmåter hemmes av et stort energiforbruk ved destillasjonsprosessen, forbundet med substansenes faseomdannelser under den fraksjonering som finner sted under væske-damp-omdannelse, og omvendt, og av behovet for å foreta de nevnte resirkuleringer, dvs. tilbakeløp av topprodukt og av damper av bunnproduktet i destillasjonsprosessen, i mengder som bestemmes av den maksimale verdi for samtlige av kontaktinnretningene i kolonneseksjonen.

Dessuten forårsaker en streng binding mellom seksjonene hva angår damp- og vaeskestrømmer en overbelastning av kolonnens avdriverseksjon' med hensyn til væske, og av kolonnens raffineringsseksjon med hensyn til damp. I sin tur medfører dette ekstra kostnader for utstyr, samtidig som det gjør reguleringen av prosessen mer infløkt.

Fra US patentskrift nr. 4.783.242, IPC B 01 D, (1988) er det i faget kjent en fremgangsmåte og et system for destillasjon av flyktige bestanddeler fra et vandig medium i en destillasjonskolonne utstyrt med kontaktinnretninger.

Væsken som forlater den nederste kontaktinnretning, føres til en separator som kommuniserer med en termokompres-sor, til hvilken det tilføres vanndamp for oppvarming. Det er som følge av et trykktap i separatoren, frembragt ved termisk komprimering av vanndampen for oppvarmning, at væsken fordam-per. De resulterende damper, som er anriket på flyktige bestanddeler, føres sammen med vanndampen for oppvarmning til termokompressoren og tilbakeføres til den nederste kontaktinnretning. Den tilbakeblivende væske deles i to deler, av hvilke den ene føres til en kondensator og, etter å være blitt oppvarmet med dampene som forlater den øverste kontaktinnretning, tilbakeføres til separatoren, hvilket innebærer at væsken benyttes som et kjølemedium i kondensatoren, hvorved fordampningsvarmen gjenvinnes, mens den andre del av væsken, som vil være renset vann, tas ut fra separatoren som et bunnprodukt.

Det foretas således resirkulering av de tunge komponenter til den nederste kontaktinnretning, og en del av varme-mengden spares som følge av termisk kompresjon for resirkulering i form av damp.

En ulempe som knytter seg til denne metode ligger i bruken av tradisjonelle tilbakeløp for hovedstrømmene i kolonnen, nemlig tilførsel av en standard mengde tilbakeløp til den øverste kontaktinnretning og en standard mengde damp til den nederste kontaktinnretning, under anvendelse av et standardmønster for faseomdannelse av strømmene som forlater kolonnens siste kontaktinnretninger (i strømningsretningen), hvilket resulterer i et høyt energiforbruk.

Metoden som kommer nærmest opp mot den her foreslåtte, er en metode for å arrangere strømningen i et masseoverf øringsapparat benyttet for fraksjonering av væsker i den kjemiske industri, petroleumraffineringsindustrien og nærings-middelindustrien, se fransk patentskrift nr. 2.016.617, IPC B 01 D 3/00, 1994.

I henhold til denne metode finner motstrømskontakt mellom damp og væske sted på kontaktinnretninger. En del av dampstrømmen føres forbi én eller flere kontaktinnretninger og innblandes deretter i hovedstrømmen i dampstrømmens strøm-ningsretning. Prosedyren med å avdele og sammenblande strøm-mene gjentas flere ganger over apparatets høyde. Som regel gjør slike prosedyrer det mulig å redusere overbelastningen av kolonnen hva dampen angår, ved at de nødvendige dampstrømmer i hovedstrømmens strømningsretning reguleres, og å velge optimale tverrsnittsarealer for kolonneseksjonene.

Imidlertid innebærer utførelsen av denne metode bruk av store mengder energi, hvilket skyldes det faktum at skjønt det resirkuleres damp rettet, mot et utvalg av masseoverfø- ringsretninger anordnet i dens strømningsbane, er det nødven-dig å tilbakeføre tilbakeløpet i de vanlige mengder og deretter å fordampe tilbakeløpet for å fjerne flyktige komponenter.

En kjent masseoverføringsinnretning omfatter kontaktinnretninger av en hvilken som helst hittil kjent type, se USSR oppfinnersertifikat nr. 1.777.921, IPC BOI D 3/22, 1992.

For å intensifiere varme- og masseoverføringsproses-sen på kontaktinnretningen blir gasstrømmen delt og deretter bragt i kontakt med en sammenhengende væskestrøm på en kontakt innretning forsynt med tverrgående rør, gjennom hvilke det føres en mindre andel damp. Disse tverrgående rør er parvis sammenkoblet gjennom et kammer utstyrt med en slisseformet dyse og sikrer bedre kontakt mellom væsken og dampen på kontakt innretningen.

Skjønt et slikt oppbygningsarrangement gjør varme- og masseoverføringsprosessen mer intens, er det ikke i stand til i vesentlig grad å redusere energiforbruket ved prosessen, da også dette arrangement innebærer tilbakeføring av en vanlig mengde tilbakeløp til kolonnen for fornyet fordampning av dette.

Presentasjon av oppfinnelsen

Med den foreliggende oppfinnelse tas det sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte og en anordning for destillasjon, som kan drives med et minimalt energiforbruk. I tillegg gjør oppfinnelsen det mulig å redusere anordningens totale dimensjoner som følge av valg av optimale tverrsnittsarealer av de forskjellige kolonneseksjoner, slik at det opprettes optimale væske- og dampstrømmer i disse.

Nærmere bestemt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for destillasjon av en blanding av substanser, slik det fremgår av krav 1, og en anordning for utførelse av fremgangsmåten, slik det fremgår av krav 6.

Den her foreslåtte fremgangsmåte for destillasjon av en substansblanding omfatter tilførsel av blandingen til en destillasjonskolonne forsynt med kontaktinnretninger for væske og damp som skal innvirke på hverandre. Damper av flyktige substanser tas ut fra kolonnens topp, mens de høytkokende substanser kokes i en koker og den resulterende damp føres til kolonnens bunn. Samtidig blir en del av den damp som tas ut fra én av kontaktinnretningene, ført tilbake til damp- eller væskestrømmen på minst én av kontaktinnretningene lokalisert på oppstrømssiden i hoveddampstrømmens strømningsretning og/eller tilbakeført til væskestrømmen under dennes nivå, på den samme kontaktinnretning, på det sted som befinner seg på oppstrømssiden av punktet for uttak av nevnte andel av dampen i hoveddampstrømmens strømningsretning. Tilbakeføring av en andel av dampstrømmen til kolonnen foretas uten fullstendig dampkondensering, dvs. uten fullstendig faseomdannelse til væske.

Forholdet mellom mengden V<1>av dampen som tilbake-føres til den "n^e" kontakt innretning og den totale mengde Vnav dampen på den "n'te" kontaktinnretning, er i det vesentlige fra 0,40 til 0,95. Dette mengdeforhold oppnås eksperimentelt og avhenger av en differanse mellom væsketemperaturen på den "n'te" kontaktinnretning og damptemperaturen som er i likevekt med væsken på den "n'te" kontaktinnretning.

Dampen som stiger opp fra kontaktinnretningen, eller i det minste den del av denne som tilbakeføres til kontaktinnretningene som befinner seg oppstrømssiden i dampens strøm-ningsretning, underkastes partiell kondensasjon, mens kondensatet kan tilbakeføres til kontaktinnretningene i dampens strømningsretning.

I enkelte tilfeller kokes utgangsblåndingen i en koker, før den innføres i destillasjonskolonnen, hvoretter dampstrømmen og væskestrømmen innføres hver for seg i denne.

En del av væsken som strømmer fra kontaktinnretningen, kan tilbakeføres til kontaktinnretningene som befinner seg på oppstrømssiden i forhold til væskestrømmens strømnings-retning .

I henhold til oppfinnelsen blir problemet med å opprette et nødvendig antall motstrøms væske- og dampstrømmer løst uavhengig for hver kontaktinnretning, uavhengig av problemet med å tilveiebringe en intens masseoverføring på de øvrige kontaktinnretninger. For å løse det ovenstående problem og sørge for den ønskede fraksjonering av substanser gjennom gjentatte kontakter mellom de sameksisterende faser gjøres det i henhold til den foreliggende oppfinnelse bruk av resirkuleringer, dvs. tilbakeføringer av væske- og dampstrømmer uten noen vesentlige faseromdannelse av deres komponentsubstanser, ledsaget av en redusert bruk av tilbakeløp (refluks), hvorved problemet med å oppnå et minst mulig energiforbruk løses.

Temperaturen ved hvilken dampen er i likevekt med væsken på kontakttrinnet, finnes ut fra de tabellariske data for likevektstilstanden (se f.eks. læreboken "Liquid-vapor equilibrium" av V.B. Kogan, V.M. Fridman og V.V. Kafarov, Nauka PH, 1966 (på russisk).

Temperaturen av dampen på kontaktinnretningen måles ved bruk av konvensjonelle teknikker benyttet ved drift av kolonner.

Når det benyttes blandinger med et bredt spektrum av kokepunkter, eller i tilfeller hvor temperaturen av dampen som tilbakeføres til kontaktinnretningen er vesentlig lavere enn væskens kokepunkt, blir væsken etteroppvarmet til dens kokepunkt .

Resirkulering av strømmer på kontaktinnretningene uten endring av disse strømmers aggregattilstand innebærer intet energiforbruk av betydning. Energien kan anses som mekanisk arbeide benyttet for å overføre de respektive damp-eller væskestrømmer.

Således er det totale energiforbruk ved den foreslåtte fremgangsmåte vesentlig lavere enn den varmemengde som forbrukes ved koking av den ekstra mengde tilbakeløp som benyttes ved konvensjonelle fremgangsmåter.

Dertil gjør den foreslåtte fremgangsmåte det mulig å justere ethvert resirkuleringsforhold for strømmer i et hvilket som helst tverrsnitt av kolonnen, slik at det kan tilveie-bringes et maksimalt resirkuleringsforhold i de destillasjons-regioner som oppviser de mest kompliserte betingelser, og et lavest mulig resirkuleringsforhold i de enkle destilleringsre-gioner. I henhold til de hittil kjente fremgangsmåter er resirkuleringene av tilbakeløpet og av damper konstant over hele høyden av kolonneseksjonen og bestemmes som regel av de av kolonneseksjonens kontaktinnretninger som oppviser de mest kompliserte destillasjonsbetingelser.

Partiell kondensasjon av dampen som forlater kontaktinnretningene utføres på konvensjonell måte i.h.t. praksis ved rektifisering, f.eks. ved hjelp av en kjøleenhet. I henhold til den foreliggende oppfinnelse oppnås det imidlertid en mer effektiv masseoverføring på kontaktinnretningen til hvilken den tilbakeførte damp føres, hvilket skyldes at dampen til-bakeføres anriket på den substans som skal isoleres.

Damper kan også kondenseres i spesielle kondenseringsinnretninger hvor det legges opp til en optimal grad av kondensering.

Med partiell kondensering av resirkulert damp slipper man slike spesielle kondenseringsinnretninger, fordi kondense-ringen finner sted som følge av en trykkdifferanse som inntrer umiddelbart i dampoverføringsinnretningen. I enkelte tilfeller vil - med tanke'på å forbedre masseoverf øringen for visse blandinger - en del av væsken tilbakeføres til kontaktinnretningene som befinner seg på oppstrømssiden i dens bevegelsesretning .

Ytterligere fordeler oppnås med oppfinnelsen når utgangsblandingen (tilførselsblandingen) forhåndskokes, og den resulterende damp og væske innføres hver for seg i kolonnen. I henhold til konvensjonelle metoder er driften av kolonneseksjonene nært sammenknyttet hva angår én av strømmene som tilføres disse. Således vil mengden av damper i raffineringsseksjonen avhenge éntydig av og være lik mengden av damper som forlater det siste trinn i avdriverseksjonen. Mengden av væske i avdriverseksjonen defineres kun som summen av tilførselen og væsken som forlater raffineringsseksjonens nederste trinn. Dette gjør det umulig å foreta en uavhengig regulering av driften av kolonneseksjonene, men en mulighet for en uavhengig regulering melder seg når dampene, væsken og tilførselen inn-føres hver for seg i kolonnen.

Utgangsblandingen kokes i en ytterligere koker, og den resulterende damp og væske tilføres hver for seg til kontaktinnretningene.

Med den ytterligere koker i drift vil bunnvæskekoke ren stå for det vanndampforbruk som kreves for fordampning av likevektsdampen på den øverste kontaktinnretning i avdriver-seks j onen, mens den ytterligere koker står for det vanndampforbruk som er nødvendig for avdamping av damp fra tilførse-len. I tillegg forbrukes også energi for å opprette en driv-kraft i prosessen (for å overvinne motstand i kolonnen, osv.).

Begge dampandeler er integrert i kolonnens raffineringsseksjon, hvor dampen tjener som en varmekilde for frigjø-ring av de flyktige komponenter.

Ved de kjente fremgangsmåter vil separat anvendelse av to kokere istedenfor én enkelt koker ikke gi noen fordeler

hva angår varmeenergiforbruket. Som ovenfor nevnt gjør bruk av kokerne i henhold til den foreliggende oppfinnelse det mulig å redusere bidraget til det totale energiforbruk for den del som har å gjøre med faseomdannelser i strømmene. Således blir

mengden av tunge substanser på den nederste kontaktinnretning i raffineringsseksjonen benyttet for å bestemme mengden av tilbakeløp som tilbakeføres fra kondensatoren, mens mengden av flyktige substanser på den øverste kontaktinnretning i avdriverseksjonen benyttes for å bestemme mengden av oppvarmnings-vanndamp i bunnvæskekokeren.

En anordning for utførelse av den foreslåtte fremgangsmåte for destillasjon av en substansblanding omfatter en destillasjonskolonne utstyrt med kontaktinnretninger og utstyrt med innretninger for uttak av en del av dampen, idet minst én av kontaktinnretningene ytterligere omfatter minst én anordning for tilførsel av den uttatte damp, hvilken anordning er plassert på nedstrømssiden av damputtakspunktet, sett i hovedstrømningsretningen for dampen. Kolonnen har også en transportanordning for denne damp.

Damputtaksanordningen og anordningen for tilførsel av damp til kontaktinnretningene kan være utformet som grenrør som er innbyrdes forbundet via en rørforbindelse inne i damptransportanordningen, hvilken anordning sørger for overføring av dampen fra en lavtrykkssone til en høytrykkssone.

Damptilførselsgrenrøret kan være anordnet enten i kontaktinnretningens dampregion eller i væskesjiktet under kontaktinnretningens væskenivå.

Både damputtaksanordningen og damptilførselsanordnin-gen kan ha form av en damprørledning, i hvilken damptransportanordningen er anordnet over den damprørledning inne i kolonnen som er beregnet for uttak av dampen fra kontaktinnretningen.

Damptilførselsgrenrørene kan være anordnet tangensielt i forhold til destillasjonskolonnens tverrsnittsperi-f eri.

Kontaktinnretningene kan være forsynt med vertikale skillevegger som har sin nedre del neddykket i væsken, slik at det opprettes individuelle væskekommuniseringskammere, mens damputtaks- og -tilførselsrørene er anordnet i ulike kammere avgrenset av disse vertikale skillevegger.

Damptransportanordningen kan være etterfulgt av en anordning for å skille dampen fra væsken som medrives av denne, hvilken anordning kommuniserer via rørforbindelse(r) med kontaktinnretningen som befinner seg på oppstrømssiden i dampens strømningsbane.

Dampene som ikke er blitt fullstendig kondensert, tilbakeføres ved hjelp av den ene eller den andre sort tran-sportinnretninger (som f.eks. vifter, gassblåsere, stempel-eller ejektoranordninger, osv.).

I visse tilfeller blir seksjoner av en kolonne eller kammere som drives ved ulike trykk, benyttet for damptran-sport. En andel av dampene tilbakeføres fra sonen med høyere trykk til sonen med lavere trykk. Spesielt blir dampene som har et høyere trykk dannet i kolonnens avdriverseksjon på bekostning av en andel av bunnvæskedampene som oppvarmes på ny i en ytterligere forvarmer ved et trykk som er høyere enn i den gjenværende andel av disse damper. En andel av bunnvæskedampene av et høyere trykk anvendes som et arbeids- eller trykkfluid for tilbakeføring av dampene fra kontaktinnretningene i kolonnens avdriverseksjon ved hjelp av ejektorer. Som arbeidsfluid i ejektorene i kolonnens raffineringsseksjons bunnseksjon benyttes en andel av dampene som oppvarmes på ny i den ytterligere forvarmer. Strømningshastigheten av arbeids-fluidet som tilføres til ejektorene, reguleres direkte proporsjonalt med et forhold eller en differanse mellom verdiene for en aktuell temperatur og en likevektstemperatur i kontaktinnretningene. Som arbeidsfluid i ejektorene for kolonnens raffineringsseksjon anvendes en andel av dampene fra den øverste kontaktinnretning i seksjonen, hvilke damper føres til ejektorene for et antall av de nederste kontaktinnretningene ved hjelp av en gassblåser.

Destillasjonskolonnen kan være utstyrt med kontaktinnretninger av typen bunner, av filmtypen eller av andre typer.

Destillasjonskolonnen kan også være utstyrt med fyllegememantler, sammenpakkede rister eller andre typer fyllegemer. Mellom mantlene er det anordnet dampledninger for at dampene skal kunne passere fra de øvre mantler til de nedre. En andel av dampene som forlater kolonnens øvre mantler og en andel av dampene fra dampledningene som løper mellom andre mantler, tilbakeføres ved hjelp av gassblåsere til mantelpunktene som befinner seg på oppstrømssiden av punktet for damputtak i dampens strømningsbane. De dampresirkulerende grenrør er anordnet på ulike nivåer av mantelhøyden, idet mantelen kan ha et varierende tverrsnitt, slik at dens øvre seksjon er bredere enn dens nedre seksjon. Forholdet mellom dampene reguleres direkte proporsjonalt med en differanse mellom temperaturen av væsken på nivået for grenrøret for tilbakeføring av damp og en likevektsverdi for denne temperatur på kontaktinnretningene.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Figurer 1(a), (b) og (c) viser skjematisk destilla-sjonskolonner M utstyrt med kontaktinnretninger K, vist i ulike utførelser i henhold til oppfinnelsen hva angår resir-kuleringen av en andel av dampstrømmene, hvor væskenivået I i kontaktinnretningene er angitt ved en stiplet linje. Fig. 1(a) viser én av utførelsene for anordning av væske- og dampstrømmer, hvor en andel av dampene som tas ut fra kontaktinnretningen, tilbakeføres til de områder av kontaktinnretningene som befinner seg på oppstrømssiden i forhold til dampens bevegelsesretning.

Utgangsblandingen tilføres til en kolonne M som en tilførsel F. Kolonnens topp er utstyrt med en kondensator C2. Hovedstrømmen av damper V strømmer - idet den beveger seg opp gjennom kolonnen - suksessivt gjennom kontaktinnretninger K og når kondensatoren C2, hvor dampene kondenseres og tas ut fra kolonnen som et destillatprodukt D. En væske L beveger seg motstrøms nedad til bunnen av kolonnen og mottas i en kolonne-koker Cj. Dampene som dannes i kokeren, tilbakeføres til den nederste kontaktinnretning. Det resulterende bunnprodukt W tas ut fra kolonnen.

En masseoverføring mellom sameksisterende kokende væskefase og dampfase finner sted på kontaktinnretningene. Etter fullført masseoverføringsprosess tas en andel av dampen V1ut fra hver av kontaktinnretningene og føres, i motstrøm, til den foregående kontaktinnretning, idet den tilbakeføres til dampstrømmen V som befinner seg over nivået 1 av væsken på kontaktinnretningen.

Fig. 1(b) viser en utførelse av arrangementet for væske- og dampstrømmer, hvor en andel av dampene som tas ut fra kontaktinnretningen, tilbakeføres til et antall av kontaktinnretningene som befinner seg på oppstrømssiden i strømningsretningen av hoveddampstrømmen V.

Destillasjonstårnet M vist på fig. 1(b) er videre utstyrt med en koker C3som tilføres tilførselen F, som så kokes, hvoretter væskestrømmen F1 og dampstrømmen F2innføres hver for seg i kolonnen.

Uttak av en andel av dampen Vxog tilbakeføring av denne til dampstrømmen V foretas til flere kontaktinnretninger som befinner seg på oppstrømssiden i forhold til dens bevegelsesretning.

Uttak av en andel av væsken L' og dens tilbakeføring til hovedstrømmen L foretas til to kontaktinnretninger, idet en andel av væsken på kontaktinnretningene tas ut som et væske-sideuttak P. Fig. l(c) viser en utførelse av arrangementet av strømmer, hvor en andel av dampen V1som tas ut fra kontaktinnretningen K, tilføres til den samme kontaktinnretning, men til væskestrømmen L som befinner seg under nivået 1 i innretningen. Fig. 2(a) viser skjematisk en anordning for utførelse av fremgangsmåten for destillasjon i henhold til oppfinnelsen, og viser strømningsretningene for dampstrømmen V (heltrukken linje) og for væskestrømmen L (stiplet linje) i kolonnen, samt strømningsretningen for dampen som tas ut fra og tilføres til kontaktinnretningene.

Anordningen omfatter en destillasjonskolonne 1 utstyrt med kontaktinnretninger av platetypen 2, 2', 2". Anordningen for damputtak og for tilførsel av denne til kontaktinnretningene er vist som grenrør 4, henholdsvis 5. En rørforbindelse 3 sørger for kommunisering av damputtaksrørene 4 med damptilførselsrørene 5. En separator 7 for utskillelse av dampen fra væsken er plassert bak viften 6 og kommuniserer med kontaktinnretningen 2' via en rørforbindelse 8.

Øverst er kolonnen 1 utstyrt med en tilbakeløpskon-densator 9, og i bunnen er den utstyrt med en koker 10. Kontaktinnretningene er utstyrt med skillevegger 11, hvis nedre del befinner seg under væskenivået vist ved en stiplet linje. Skilleveggene avgrenser væskekommuniserende kammere Kxog Kj. Damputtaksrørene 4 og damptilførselsrørene 5 er anbragt i ulike kammere i den samme kontaktinnretning. Fig. 2(b) viser et skjematisk utsnitt av kolonnen med kontaktinnretningene 2 og 2'. Damputtaks- og tilførselsanord-ningen vises som en damprørledning 12 med dens innløpsparti 13 formet som en konus og anbragt i dampområdet i kontaktinnretningen 2<1>, og med utløpspartiet av rørledningen 12 anbragt i dampområdet for kontaktinnretningen 2 på oppstrømssiden i forhold til strømningsretningen av hoveddampstrømmen V. Damptransportinnretningen 6 er anbragt over innløpspartiet 13 av damprørledningen 12 og er utstyrt med en avbøyningsplate 14 som skiller strømmen av uttatt damp fra hoveddampstrømmen. Fig. 2(c) viser skjematisk et fragment av kolonnen med kontaktinnretningene 2 og 2'. Damputtaks- og damptilfør-selsanordningen vises som grenrør 4 og 5 som kommuniserer med hverandre gjennom rørledningen 3, som rommer damptransportinnretningen 6. Damptilførselsgrenrøret 5 er utformet som et rør av dysetypen for å oppnå en bedre masseoverføringsprosess.

Grenrørene 4 og 5 befinner seg i den samme kontakt innretning, idet damptilførselsrøret 5 er anordnet under kontaktinnretningens væskenivå.

Fig. 2(a) viser tilførsel av utgangsblandingen av substanser F til avdriverseksjonens øverste trinn. Væske-strømmen L beveger seg langs kolonnen 1, mens dampstrømmen V beveger seg motstrøms opp gjennom kolonnen 1. En masseoverføringsprosess finner sted på kontaktinnretningene 2, 2' og 2", mellom fasene av kokende væske og damp som befinner seg samtidig på disse. Den stiplede linje angir nivået av væskesjiktet på kontaktinnretningen.

Væsken som forlater den nederste av bunnene i avdriverseksjonen, mottas i kokeren 10. Dampene som dannes i kokeren, tilbakeføres til den nederste av bunnene i avdriverseksjonen. Etter hvert som dampene suksessivt passerer gjennom bunnene, når de frem til tilbakeløpskondensatoren 9, hvor de kondenseres, hvoretter de tas ut fra kolonnen som destillatproduktet D, mens bunnproduktet W tas ut fra kolonnens koker 10.

På denne måte ordnes strømmene av de nødvendige minstemengder av damp og væske, som ikke er relatert til faseomdannelser, og som er nødvendige for å frigjøre det flyktige materiale fra raffineringsseksjonen og å frigjøre de tunge substanser fra avdriverseksjonen.

Utover de nødvendige minstestrømmer av damp og væske er det også sørget for ytterligere tilbakeføringer av damp og væske i kontaktinnretningene.

Ved hjelp av rørledning 4, under anvendelse av viften 6 anbragt inne i rørledningen 3, tas en andel av dampen ut fra kontaktinnretningen 2", hvoretter denne andel av dampen trans-porteres gjennom rørledningen 3 og tilføres via rørledning 5 til kontaktinnretningen 2' på oppstrømssiden i forhold til bevegelsesretningen av hoveddampstrømmen V, nemlig på ned-strømssiden av kontaktinnretningen 2".

I separatoren 7 blir den væske som er blitt medrevet med dampen, skilt fra denne og overført gjennom rørledningen 8 til kontaktinnretningen anordnet på oppstrømssiden i damp-strømmens V bevegelsesretning.

Fig. 2(b) viser at en andel av dampstrømmen overføres fra dampområdet i kontaktinnretningen 2' ved hjelp av viften 6 og føres til damprørledning 12, gjennom dennes.konusformede innløpsparti 13. Avbøyningsplaten 14 tjener som en hjelpean-ordning for å skille ut den uttatte dampstrøm fra hovedstrøm-men. Den uttatte dampstrøm tilføres gjennom utløpspartiet 15 av damprørledningen 12 og inn i kontaktinnretningens 2 damp-område. Fig. 2(c) viser at en del av dampstrømmen tas ut gjennom grenrør 4 og tilføres til den samme kontaktinnretning under væskenivået, gjennom grenrøret 5 av dysetypen. Fig. 3(a) viser at en del av dampstrømmen V tilbake-føres, ved hjelp av ejektorene 6' og gassblåseren 6", til kontaktinnretningene K på oppstrømssiden i dampens strømnings-retning. Som arbeidsfluid i ejektorene benyttes de damper som genereres i de ytterligere forvarmere C og C<1>, som drives under forhøyet trykk.

Som arbeidsfluid i ejektorene i det øvre parti av kolonnens raffineringsseksjon benyttes en andel av dampene fra den øverste kontaktinnretning, hvilke tilføres til ejektorene ved hjelp av gassblåseren 6". Dampene tilbakeføres til noen av kontaktinnretningene ved hjelp av viftene 6.

Fig. 3(b) er et skjematisk utsnitt av anordningen, hvor dampene ved hjelp av gassblåseren 6" sirkuleres mellom seksjonene av den fylte kolonne M, med innføring på forskjellige steder av en seksjon i dennes høyderetning.

Ytterligere tilbakeføringer sikrer en høy intensitet av masseoverføringen av substanser mellom fasene som befinner seg samtidig på bunnene, som følge av en slik kontaktfaktor som sørger for den nødvendige grad av anriking på flyktige komponenter av dampene som forlater bunnene, og utarming av disse damper på tunge komponenter, og motsatte prosesser hva angår væsken som forlater bunnene.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen

Eksempel 1

En blanding av vann og alkohol inneholdende 10 vekt% alkohol fraksjoneres i et destillasjonsapparat. Apparatet er utstyrt med en kolonne, en kondensator og en koker. Kolonnen innbefatter 70 konvekse bunner som tjener til å avstedkomme masseoverføringen mellom den kokende væske og dampen som bobler gjennom denne. Kolonnen drives ved atmosfæretrykk. Alkoholdampene som forlater den øverste bunn, tilføres til kondensatoren. Det resulterende kondensat deles i to strømmer. Den ene av disse tas ut som en flottørstyrt fraksjon av destillatproduktet inneholdende alkohol og lette additiver. Den gjenværende del av kondensatet tilbakeføres til den øverste bunn som et tilbakeløp. Destillatproduktet, inneholdende mer enn 94% alkohol, tas ut fra den 68. bunn (tellet nedenfra) som en væskefraksjon.

Før den tilføres kolonnen, blir utgangsblandingen tilført til den ytterligere koker, og den resulterende damp føres til den 20. bunn, mens den gjenværende væske tilføres til den 18. bunn. Væsken som forlater den første bunn, innføres i kokeren, den resulterende damp tilbakeføres til kolonnens første bunn, og den gjenværende væske inneholdende vann og mindre enn 0,02% alkohol, tas ut som et bunnprodukt. Kolonnen er utstyrt med innretninger for uttak av damp og tilførsel av den uttatte andel av dampen til kontaktinnretningene, hvilke innretninger er utformet som grenrør innbyrdes forbundet med rørledninger med innmonterte vifter. Damptilfør-selsgrenrørene er, som vist på fig. 2(a), anordnet under uttaksgrenrørene. En andel av dampen som forlater bunnene 60-68 føres av viften til dampområdet tilhørende bunnene 59-67. Forholdet mellom den tilbakeførte andel av dampen V<1>og den totale dampmengde Vnpå kontaktinnretningene 60-68 er fra 0,0 til 0,95. Ved tilbakeføring av dampen fra bunnene 1-59 til de underliggende bunner er forholdet V'/Vnfra 0,8 til 0,85.

En andel av væsken fra bunnene 12, 14, 18 tas ut ved pumping og overføres til henholdsvis bunn 13, 15 og 19, idet fuselfraksjonen tas ut fra bunner 12 og 14 som et sideuttak.

I denne utførelse av fremgangsmåten inneholder destillatproduktet mer enn 96% alkohol, mens bunnproduktet inneholder vann og mindre enn 0,02% alkohol.

Ved denne fremgangsmåte innspares mer enn 25% av oppvarmningsvanndampen sammenlignet med den konvensjonelle fremgangsmåte .

Eksempel 2

En blanding av vann og alkohol inneholdende 8 vekt% alkohol tilføres, som beskrevet i eksempel 1, til en destillasjonskolonne utstyrt med 70 ventilbunner.

En andel av dampene som forlater den 69. bunn og en andel av dampene som stiger opp fra den 70. bunn (idet forholdet V /Vnfor disse bunner er 0,9-0,95) tilbakeføres med vifte til væsken via grenrørene anordnet tangensielt til destillasjonskolonnens periferi. En andel av dampene som forlater den 68. bunn med et forhold V'/Vnpå 0,8-0,85 føres med en gassblåser som arbeidsfluid til ejektorene anordnet på bunnene 67-42, hvor de blandes med dampene som forlater disse bunner, som vist på fig. 3(a). Deretter tilbakeføres disse damper fra ejektorene til bunnenes damprom. På tilsvarende måte tilbake-føres dampene fra ejektorene til bunnene 42-19, idet disse ejektorer som arbeidsfluid gjør bruk av dampene som forlater den 42. bunn. I ejektorene tilhørende bunner 1-18 blandes en andel av dampene som forlater bunnene, med dampene fra en andel av bunnproduktet, hvilken andel damper kokes ved et trykk på 1,6 atm i den ytterligere koker.

Destillatproduktet inneholder mer enn 94% alkohol, mens bunnproduktet inneholder mindre enn 0,01% alkohol. Mer enn 20% av oppvarmningsvanndampen spares, sammenlignet med den konvensjonelle fremgangsmåte.

Eksempel 3

En kondensert gassblanding tilføres til et destillasjonsapparat bestående av en kolonne utstyrt med konkave bunner for masseoverføring mellom den kokende blanding og damp. Blandingen utgjøres av de følgende substanser: 5% metan, 35% etan, 15% propylen, 20% propan, 10% i-butan og 15% n-butan. Et trykk på 27 atm opprettholdes i kolonnens topp. Apparatet er utstyrt med en kondensator som mottar dampene som har forlatt den oppstrøms (i strømningsretningen) kontaktinnretning (kon-kav bunn). Det resulterende kondensat deles i to strømmer, av hvilke den ene tas ut som et destillatprodukt og den andre tilføres til den øverste bunn som tilbakeløp.

Væsken som forlater den siste bunn (i strømningsret- ningen) føres til kokeren, hvor en andel av væsken fordampes. De genererte damper tilbakeføres til apparatets siste bunn og den gjenværende væske tas ut som et bunnprodukt.

Mellom alle bunnene er det innsatt blåseranordninger som muliggjør tilbakeføring av en andel av dampen som forlater bunnene, til bunnene anordnet på oppstrømssiden i hoveddamp-strømmens strømningsretning. Forholdet V'/Vnfor bunnene 1-5 og 20-25 (idet det telles nedenfra) er 0,9-0,95, mens forholdet for bunnene 5-20 er 0,8-0,85.

Destillatproduktet innéholder metan og etan og mindre enn 5% andre tyngre substanser, mens bunnproduktet (produktet fra kokeren) inneholder mindre enn 5% metan og utgjøres av de øvrige, tyngre (med hensyn til kokepunkt) substanser i utgangsblandingen.

Det totale forbruk av energimedier (dvs. vanndamp for oppvarmning og kjølemedium) reduseres emd 30% sammenlignet med konvensjonell rektifisering.

Eksempel 4

En forvæsket gassblanding fraksjoneres som i eksempel 3 i en destillasjonskolonne utstyrt med 30 ventilbunner. En andel av dampene tilbakeføres fra bunnene 16-30 ved hjelp av blåseranordninger anordnet på hver av bunnene. En andel av dampene som forlater bunnene 1-15 tilbakeføres ved hjelp av ejektorer, som vist på fig. 3(a). Som arbeidsfluid i ejektorene gjøres det bruk av en andel av bunnproduktdampene. Et trykk på inntil 25 atm opprettholdes i kokeren. De resulterende destillat- og bunnprodukter svarer fullt ut til produk-tene oppnådd i eksempel 3. Det totale forbruk av energimedier reduseres med 30% sammenlignet med konvensjonell rektifisering.

Eksempel 5

Vann forurenset med gasser fra kjemiske prosesser og inneholdende inntil 0,05% ammoniakk, hydrogensulfid og andre skadelige gasser tilføres til destillasjonskolonnen, som er utstyrt med totalt 40 ventilbunner. Kolonnen er bygget opp av mantler, idet hver av disse omfatter 8 bunner, og har ejektor- anordningen (fig. 3(b)) anordnet mellom mantlene. En andel av dampene som forlater hver bunn i mantelen, med unntak av den øverste bunn, tilbakeføres ved hjelp av ejektoren til den samme bunn. En andel av dampene fra mantlenes øverste bunner tilbakeføres til disse ved hjelp av gassblåsere, mens den resterende andel av dampene fra de øverste bunner tilføres til de nederste bunners ejektorer som arbeidsfluid. Et renset vann inneholdende mindre enn 10 ppm skadelige gasser fås i kolonnens koker. I kolonnens topp fås en fraksjon inneholdende de skadelige gasser, som føres til ytterligere behandling. Forbruket av vanndamp for oppvarmning som tilføres kokeren, reduseres med mer enn 25% sammenlignet med den konvensjonelle fremgangsmåte.

Industriell anvendelighet

Det vil således ses av den foreliggende beskrivelse og av utførelseseksemplene at fremgangsmåten ved destillasjon og anordningen for utførelse av denne gjør det mulig å oppnå sluttproduktene med et redusert energiforbruk på minst 20%, samt gjør det mulig å redusere de totale dimensjoner av destillasjonskolonnen som følge av en mindre diameter av de enkelte seksjoner i kolonnens sentrale parti som følge av en uavhengig regulering av tilbakeføringene til individuelle kontaktinnretninger.

Ytterligere tilbakeføringer gir høy intensitet av masseoverføringen av substansene mellom fasene som befinner seg samtidig på kontaktinnretningene, hvilket skyldes en slik kontaktfaktor som sikrer en nødvendig grad av anriking av dampene som forlater kontaktinnretningene på flyktige komponenter og utarming av dampene med hensyn til de tunge komponenter, mens de motsatte prosesser gjelder for væsken som forlater kontaktinnretningene.

For hver kontaktinnretning, uavhengig av de øvrige, er det opprettet damptilbakeløp rettet i motsatt retning av

hoveddampstrømmens strømningsretning, hvilket forlenger damp-væske-kontakttiden, intensifierer masseoverføringsprosessen og reduserer til et minimum gjentatt fordampning og resirkulering av tilbakeløp til destillasjonskolonnen.

Ved anvendelse i praksis av den foreslåtte fremgangsmåte reduseres i stor grad energiforbruket, mens uavhengig drift av hver enkelt kontaktinnretning gjør det mulig å redusere kolonnens totale dimensjoner.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for destillasjon av en blanding(F)av substanser, omfattende de trinn å innføre blandingen i en destillasjonskolonne(M)utstyrt med kontaktinnretninger(K)for samvirke mellom væske og damp, ta ut dampene fra toppen av kolonnen, koke bunnproduktet og tilbakeføre den resulterende damp til kolonnens bunn, ta ut en andel av dampene som forlater kontaktinnretningene og deretter tilbakeføre dem til kolonnen, KARAKTERISERT VED at én andel (V!) av dampen som tas ut fra én av kontaktinnretningene, tilbakeføres til damp (V) - eller væskestrømmen(L)til minst én av kontaktinnretningene på oppstrømssiden i nevnte strøms strømningsretning og/eller en andel av dampen (Vj tilbakeføres til strømmen av væske (L), under dens nivå(l), til den samme kontaktinnretning, på et sted på oppstrømssiden av dens uttakspunkt i dampstrømmens strømningsretning, idet dampen resirkuleres uten å være blitt fullstendig kondensert.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at dampen(V) som kommer fra kontaktinnretningen(K), eller i det minste den andel (Vj av denne som tilbakeføres til kontaktinnretningen på oppstrømssiden i dampens strømningsretning, underkastes partiell kondensering.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at kondensatet tilbakeføres til kontaktinnretningene(K)på opp-strømssiden i dampstrømmens strømningsretning.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den del av væsken som kommer fra kontaktinnretningen, tilbakeføres til kontaktinnretningene(K)på oppstrømssiden i dens strømningsretning.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at utgangsblandingen(F)forhåndskokes i kokeren, hvoretter damp-strømmen og væskestrømmen innføres hver for seg i destillasjonskolonnen (M) .

6. Anordning for utførelse av fremgangsmåten for destillasjon av en blanding av substanser ifølge krav 1, omfattende en destillasjonskolonne(1) utstyrt med kontaktinnretninger (2,2',2"), inklusive en uttaksinnretning(4)for uttak av en andel av dampen, KARAKTERISERT VED at minst én av kontaktinnretningene dessuten er utstyrt med minst én innretning (5) for tilførsel av den uttatte damp, hvilken damptilførselsinnretning (5) er anordnet på nedstrømssiden av damputtakspunktet, sett i hovedstrømningsretningen for dampen, og at destillasjonskolonnen er utstyrt med en anordning (6) for transport av dampen som skal tilføres.

7. Anordning ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at damputtaks (4)- og -tilførselsinnretningene (5) er utformet som grenrør som er innbyrdes forbundet ved hjelp av damptransportinnretningene(6), hvorved dampen bringes til å strømme fra en sone med lavere trykk til sonen med høyere trykk.

8. Anordning ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at både damputtaksinnretningen (4) og innretningen (5) for tilførsel av dampen til kontaktinnretningen er utformet som en damprørledning, og at damptransportinnretningen (6) er innlemmet i destillasjonskolonnen.

9. Anordning ifølge krav 6 og 7, KARAKTERISERT VED at damptilførselsgrenrørene (5) er anordnet tangensielt til periferien av destillasjonskolonnens tverrsnitt.

10. Anordning ifølge krav 6 eller 7, KARAKTERISERT VED at kontaktinnretningene (2,2', 2") er utstyrt med vertikale skillevegger (11) hvis nedre parti er neddykket i væsken, slik at det dannes individuelle kammere (K^ KJ som kommuniserer via væsken, og at damputtaks- og -tilførselsrørledningene i én og samme kontaktinnretning er anordnet i forskjellige kammere avgrenset av de vertikale skillevegger.

11. Anordning ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at tran- sportinnretningen (6) er etterfulgt av en innretning for å skille dampen fra den dannede væske, hvilken sistnevnte innretning er forbundet via en rørledning med minst én kontaktinnretning foran hoveddampstrømmens bane.