RU147537U1 - Установка для разделения смеси жидкостей - Google Patents

Abstract

Установка для разделения методом перегонки смесей жидкостей, содержащих не менее трех разнолетучих компонентов, включающая теплообменник, установленный на трубопроводе входа смеси жидкостей в первую ректификационную колонну, оснащенную кипятильником в нижней части и трубопроводом отбора паров отгона в верхней части, соединенным с конденсатором, при этом конденсатор соединен трубопроводом подачи парожидкостной смеси с рефлюксной емкостью, снабженной трубопроводом подачи жидкости на орошение первой ректификационной колонны, отличающаяся тем, что рефлюксная емкость снабжена трубопроводом отвода пара, равновесного с жидкостью, в зону питания второй ректификационной колонны.

Description

Настоящая полезная модель относится к установкам разделения методом перегонки смесей жидкостей, состоящих из не менее чем трех разнолетучих компонентов А+Б+В, с применением двух ректификационных колонн, на три индивидуальных компонента, или на обогащенные ими фракции. Такие установки самостоятельные или входящие в состав более сложных ректификационных схем, применяются в случае, когда компоненты А и Б (или один из них) термически или химически нестабильны, или способны вступать в химические реакции с компонентом В, или по другим причинам, обуславливающими компоновку схем ректификации (Голованов М.Л. и др. Ж. «Химическая промышленность», №8, 2007 г.)

По существующему уровню техники известно, что ректификация является весьма энергоемким процессом разделения жидкофазных смесей (Тимошенко А.В. и др. «Методы энергосбережения при ректификации смесей органических веществ» Ж. Ползуновский вестник, №3, 2010 г.)

Аналогом данной полезной модели, решающей задачу экономии энергии, основывающегося на применении Закона Рауля (о равновестности составов кипящей жидкости с парами над ней), является оснащение ректификационной колонны, оборудованную контактными устройствами барботажного типа и средствами для транспортировки части паров (например, вентиляторами) с одного контактного устройства в паровое пространство или в слой жидкости нижерасположенного контактного устройства. Таким образом, вместо орошения колонны жидкофазной флегмой осуществляется ее «паровое» флегмирование (Патент РФ №2077910).

Недостатком вышеуказанного аналога является сложность конструктивного исполнения и, соответственно, затруднения при эксплуатации, т.к. эффект экономии тепловой энергии существенно проявляется при рециркуляции паров для каждой пары смежных барботажных устройств.

Известны установки разделения продуктов гидроформилирования пропилена с получением изомерных масляных альдегидов - полупродуктов для дальнейшего превращения их в бутиловые спирты или другие целевые продукты, что принято в качестве прототипа. (А.В. Рыбаков, А.Л Елькин и др. «Технология оксосинтеза и родственных процессов с участием окиси углерода». Изд. ЗАО «Сибур-Химпром», Пермь, 2004 г).

Установка по прототипу состоит из двух ректификационных колонн, оснащенных теплообменниками, конденсаторами-холодильниками, термосифонными кипятильниками, рефлюксными емкостями и насосами, причем все перечисленные аппараты связаны технологическими трубопроводами, что составляет два, последовательно расположенных, аналогичных блока.

На установку поступает исходная смесь, состоящая из трех разнолетучих компонентов: нормального масляного альдегида (А), изо-масляного альдегида (Б) и высококипящих побочных продуктов (В), содержащих микропримесь - масло-растворимые соли кобальта. Исходная смесь через теплообменник, поступает в зону питания первой колонны. Компоненты смеси А и Б при воздействии высоких температур и каталитического воздействия солей кобальта подвержены превращению в высококипящие побочные продукты Поэтому в первой колонне их отделяют от компонента В, который выводится из куба, колонны, а сумма компонентов А и Б (отгон) через конденсатор-холодильник поступают в рефлюксную емкость. Часть конденсата, соответствующая флегмовому числу, рефлюксным насосом подается на орошение первой колонны. Другая часть, соответствующая балансовому количеству компонентов А и Б, питательным насосом через теплообменник, поступает в зону питания второй колонны.

Во второй колонне разделяются компоненты А (дистиллят) и Б (кубовый продукт). Тепло, необходимое для процесса ректификации в обеих колоннах, подводится к теплообменникам и кипятильникам ректификационных колонн от коденсирующегося водяного пара, а конденсация паров, покидающих колонны и охлаждение конденсата осуществлется «оборотной» (через градирни) водой или посредством аппаратов воздушного охлаждения

Главным недостатком установки по прототипу, является то, что компонент А подвергается двукратному испарению: в первый раз в составе отгона из первой колонны, а во второй раз - при его выделении в составе отгона второй колонны, что приводит к существенным энергетическим потерям

С целью расширения арсенала способов снижения энергозатрат применительно к конкретным условиям действующих или проектируемых установок ректификации, работающих по технологическим схемам, аналогичных описанным в прототипе, предложена настоящая полезная модель установки, которая представленная на рис.1.

Сущность предложенной полезной модели, приведена в описании технологической схемы по рисунку 1, а также в результатах сравнения расчетов теплоловых балансов установок по прототипу с установкой по данной полезной модели.

Как и по прототипу, исходная смесь проходит через теплообменник (1) и поступает на разделение в первую ректификационную колонну (2), тепло в которую подводится посредством термосифонного кипятильника (3). Пары отгона (компоненты А и Б) из ректификационной колонны (2) поступают в конденсатор-холодильник (4), где они конденсируются не полностью, а только в количестве, необходимом для орошения, колонны (2) флегмой. Полученная парожидкостная смесь поступает в рефлюксную емкость (5) в которой равновесный пар отделяется от равновесной с ним жидкости, которая посредством рефлюксного насоса (6) направляется на орошение колонны (2), из куба которой выводится компонент В Отделившиеся от жидкости пары компонентов А и Б из рефлюксной емкости (5), которая в данном случае выполняет функции сепаратора, направляются в зону питания второй ректификационной колонны (7), в которой происходит их разделение на компоненты А (дистиллят) и Б (кубовый продукт).

Расчеты тепловых балансов установки по прототипу и по предложенной полезной модели, иллюстрирующие результат изменений, приводятся ниже, применительно к процессу ректификации продуктов гидроформилирования пропилена. При этом в расчетах для изомерных масляных альдегидов принята одинаковая теплоемкость (0,5 ккал/кг на градус Цельсия) и «табличная» теплота парообразования, которая для н-масляного альдегида составляет 104,5 ккал/кг, а изо-масляного альдегида 102,4 ккал/кг.

Продукты гидроформилирования пропилена в количестве 30.000 кг/час, содержащие в своем составе 60% н-масляного альдегида (18.000 кг/час), 30% изо-масляного альдегида (900 кг/час) и 10% высококипящих побочных продуктов (3000 кг/час), нагретая в теплообменнике (1) до температуры 95°C, поступают в колонну (2). Тепло, необходимое для процесса ректификации, подводится в колонну (2) посредством термосифонного кипятильника (3). Из куба колонны (2) выводятся высококипящие побочные продукты (компонент В).

Пары отгона - суммарные масляные альдегиды (компоненты А+Б+плюс их возврат в виде флегмы) в количестве 54000 кг/час, отбираемые сверху колонны при флегмовом числе равном единице, поступают в конденсатор (4), где конденсируется только часть отгона в количестве 27.000 кг/час. Парожидкостная смесь из конденсатора поступает в емкость - сепаратор (5). Отсепарированная жидкокость из емкости (5) насосом (6) в количестве 27000 кг/час направляется на орошение колонны (2), а равновесный с жидкостью пар в количестве 27.000 кг/час, направляется непосредственно в питание колонны (7). При этом в колонну (7) с парами компонентов А+Б привносится теплота в количестве 2.802.600 ккал/час.

Колонна (7) работает с флегмовым числом 5, а количество отгона из нее (компонент А+флегма) составляет 54000 кг/час. На испарение отгона при работе колонны (7) по схеме по прототипу затрачивается 5.529.600 ккал/час.

Таким образом, за счет теплоты испарения паров, вносимых с паровым питанием колонны (7) экономится: 5.529.600-2.802.600=2.727.000 ккал/час. При этом, нагрузка по пару в исчерпывающей секции, колонны (7), оснащенной барботажными тарелками, находится в диапазоне устойчивой работы.

С исключением из схемы теплообменника на входе в колонну (7) и, соответственно, затрат тела на подогрев жидкофазных продуктов, поступающих в питание колонны (7) по прототипу, дополнительно экономится тепло в количестве 540.000 ккал/час. Суммарно, экономия тепла по колонне (7) составляет 3.267.000 ккал/час или около 60% от затрат тепла по прототипу.

Без учета экономии тепла за счет снижении энергии на конденсацию паров и исключении затрат энергии на перекачку жидкости (компоненты А+Б) в зону питания колонны (7), экономия энергозатрат по установке в целом составляет около 35%.

Достоинством предлагаемой полезной модели является то, что для ее осуществления при модернизации вышеприведенной схемы разделения трехкомпонентных смесей жидкостей на действующих производствах, не требуется существенных затрат.

Claims (1)

1. Установка для разделения методом перегонки смесей жидкостей, содержащих не менее трех разнолетучих компонентов, включающая теплообменник, установленный на трубопроводе входа смеси жидкостей в первую ректификационную колонну, оснащенную кипятильником в нижней части и трубопроводом отбора паров отгона в верхней части, соединенным с конденсатором, при этом конденсатор соединен трубопроводом подачи парожидкостной смеси с рефлюксной емкостью, снабженной трубопроводом подачи жидкости на орошение первой ректификационной колонны, отличающаяся тем, что рефлюксная емкость снабжена трубопроводом отвода пара, равновесного с жидкостью, в зону питания второй ректификационной колонны.

   

Images