SU1121018A1 - Ректификационна установка - Google Patents

Abstract

1. РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА , включающа  насадочную ректификационную колонну, к перегонному кубу IT укрепл ющей части которой подключены соответственно через нагнетающую линию теплового насоса основной конденсатор и через всасывающую линию .конденсатор готового продукта, св занный с дефлегматором, тадсже подключенным к всасывающей линии теплового насоса, устройство дл  предварительного подогрева исходной смеси, соединенное линией нодйчи исходной смеси с исчерпывающей частью колонны , и оросительную систему, от л ичающа с  тем, что, с целью сокращени  энергозатрат на единицу производимого продукта, она снабжена установленными в исчерпьгоающей части ректификационной колонны последовательно по ходу движени  паровой фазы двум  теплообменниками при этом первый из них соединен входом .с линией подачи исходной смеси и выходом с оросительной системой, а вто& ) рой соответственно с входов нагнетающей и выходом с всасывающей лини гми теплового насоса. 2. Установка по п.1, о т л и ч а ю- Л т, а   с   тем, что дефлегматор установлен в укрепл ющей части ректификационной колонны.

Description

i1 изобретение относитс  к конструк ,ци м устройств дли ректификации и мо жет быть использовано дл  фракционир вани  и разделени  жидких смесей. Известна схема непрерывно действу щей ректификационной установки, вклю чающа  ректификационную колонну, к исчерпывающей части которой подключе ны кип тильник и холодильник остатка , а к укрегш к цей - дефлегматор, делитель флегмы, холодильник - конденсатор , а также подогреватель исхрдной смеси l . -.Однако в известной установ ке требуетс  значительный расход охлаждающей жидкости на дефлегматор что снижает ее экономичность. Кроме того, экономичность установки снижаетс  из-за отсутстви  рекуперации энергии. Известно устройство дл  ректификации , в корпусе которого вертикально расположены трубные пучки, последовательно соединенные между собой и дел щие корпус на ступени трубных пучков. С нижней частью корпуса соединен выносной, выпарной аппарат. На паровом трубопроводе последовательно установлены конденсатор и гидрозатвор 2j . Однако использование охлаждающей жидкости в теплообменнике и конденсаторе приводит к дополнительным потер м теплоты в системе, что снижа ет эффективность всего процесса. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  ректификационна  установка с трансформатором тепла, включающа  насадочную ректификационнзто колонну, к перегонному кубу и укрепл ющей части которой подключены соответствен но через нагнетающую линию теплового насоса основной конденсатор и через всасывающую линию конденсатор готового продукта, св занный с дефлегма тором, также подключенным к всасывающей линии теплового насоса, устройство дл  предварительного подогре ва исходной смеси, соединенное линией подачи исходной смеси с исчерпывающей частью колонны, к оросительную систему SJ . Однако в известной установке испрльзуетс  дефлегматор и основной подогреватель исходной смеси,  вл ющиес  развитыми металлоемкими поверхност ми теплообмена9 требующими значительных энергозатрат на охлаждающую жидкость на дефлегматор и пара на основном подогревателе исходной смеси. Цель изобретени  - сокращение энергозатрат на единицу производимого продукта. Поставленна  цель достигаетс  тем, что ректификационна  установка, включающа  насадочную ректификационную колонну, к перегонному кубу и укрепл ющей части которой подключены соответственно через нагнетающую линию теплового насоса основной конденсатор и через всасывающую линию конденсатор готового продукта, св занный с дефлегматором, также подключенным к всасывающей линии тепло ого насоса, устройство дл  предвари- , тельного подогрева исходной смеси, соединенное линией подачи исходной смеси с исчерпывающей частью колонны , и оросительную систему, снабжена установленны1.1И в исчерпывающей части ректификационной колонны последовательно по ходу движени  парог вой фазы двум  теплообменниками, при этом первый из них соединен входом с линией подачи исходной смеси и выходом с оросительной системой, а второй соответственно с входом с нагнетающей и выходом с всасывающей лини ми теплового насоса. При этом дефлегматор установлен в укрепл ющей части ректификаци-. онной колонны. На фиг.1 изображена схема ректификацинной установки, на фиг.2 схема , иллюстрирук ца  принцип действи  элементов пассивной насадки} на фиг.З - схема, шшюстрирующа  принцип действи  элементов активной насадки. Ректификационна  установка включает насадочную ректификационную колонну 15 к перегонному кубу 2 и укрепл ющей части 3 которой подключен через нагнетающую линию 4 основной конденсатор 5 теплового насоса с компрессором 6. Дефлегматор 7 подключен к всасывающей линии Ь теплового насоса и установлен в укрепл ющей части 3 ректификационной колонны 1 параллельно конденсатору готового продукта 9,, также подключенного к всасывающей линии 8. Дефлегмйтор 7 и конденсатор готового продукта 9  вл ютс  параллельно включенными испарител ми теплового насоса. Ректификационна  установка включает также устройство 10 дл  предва рительного подогрева исходного про .дукта, соединенное линией 11 подачи исходной смеси с- исчерпывающей частью 12 колонны 1, в которой по ходу движени  паровой фазы последовательно установлены два теплообменкика 13 и 14 и выполн ющую роль активной насадки, участвующей в тепло обмене. Теплообменник 13 соединен с линией 11 подачи исходной смеси и оросительной системой 15. Теплообменник 13  вл етс  основным подогревателем исходной смеси. Теплообменник 14 соединен с нагнета щей линией 4 и всасывающей линией 8 теплового насоса и  вл етс  -дополнительным конденсатором теплового насоса, включенным параллельно основному конденсатору 5. Регулирующие вентили 16 располож ны в испарительной и конденсаторной част х теплового насоса. В перегонном кубе 2 установлен дополнительный нагреватель 17, питающийс  от постороннего теплового источника. Дл  дросселировани  жидкой фазы теплоносител  служит дроссель 18, раздел ющий конденсаторную и испарительную части теплового насоса. Исходна  смесь, подогрета  в уст ройстве 10 дл  предварительного под трева исходного продукта за счет теплоты остатка, покидающего перегонный куб 2, поступает в исчерпывающую часть 12 колонны 1, в которой установлены теплообменники 13 и 14. В теплообменнике 13 происходит основной подогрев исходной смеси, в теплообменнике 14 - конденсаци  пара, идущего через регулирукиций вентиль 16 от компрессора 6 , тепло вого- насоса. Исходна  смесь, двига сь в тепл обменнике 13 противоточно паровой фазе, поступающей в исчерпывающую часть 12 колонны 1 из перегонного куба 2, подвергаетс  дополнительном подогреву, а затем с помощью оросительной системы 15 равномерно ра предел етс  на активные насадки теплообменников 13 и 14 исчерпывающей части 12 колонны 1. При зтом смесь первоначально поступает на активную насадку,  вл ющуюс  наружной поверхностью теплообменника 14 одновременно вьшолн ющего роль дополнительного конденсатора теплового насоса. На наружной поверхности исходна  смесь доводитс  до состо ни  насьпдени  и кипит в стекающей пленке, образу  паровую фазу с преимущественным содержанием легкокип щего компонента. Затем кип ща  пленка попадает на теплообменник 13, где ее кипение прекращаетс  за счет интенсивного отвода -еплоты к нагреваемой исходной смеси, движущейс  в теплообменнике 13. Тепломассообмен в теплообменнике 13 ведет к преимущественной кон- , денсации из паровой фазы высококип щей составл ющей, что приводит к соответствующему обогащению паровой смеси легкокип щей составл ющей. Стекающа  пленка попадает в перегонный куб 2, где она кипит по поверхности , нагрева, служащей основным конденсатором 5 теплового насоса. Таким образом парова  фаза, выход ща  из исчерпывающей части 12 колонны 1, образованна  в результате процессов кипени  в перегонном кубе 2, а также в результате тепломассообмена в теплообменниках 13 и 14, содержаща  в своем составе преимущественно легкокип щую составл ющую, поступает в укрепл ющую часть 3 колонны 1, в которой установлен дефлегматор 7. В укрепл ющей части 3 колонны 1 за счет отвода теплоты в дефлегматор 7 происходит частична  конденсаци  паровой фазы и сепараци  жидкой фазы, стекакицей в виде пленки, образованной наружной поверхностью дефлегматора 7. В процессе конденсации в жидкую фазу переходит высококип щий компонент и на выходе из укрепл ющей части 3 колонны 1 получаетс  практически чиста  легкокип ща  составл юща  с незначительным содержанием высококип щих примесей. Эта парова  фаза поступает в конденсатор готового продукта 9. Конденсаци  происходит на поверхности теплообмена,  вл ющейс  одновременно испарителем теплового насоса к компрессору 6 через регулирукиций вентиль 16. Тепловсуй насос в ректификационной установке работает следующим образом Пары теплоносител , образующиес  в испарител х (дефлегматоре 7 и конденсаторе готового продукта 9, подкл ченньк параллельно), поступают в ком прессор 6 теплового насоса, где сжимаютс  за счет работы, затрачиваемой на привод. Сжатые пары поступают в конденсатор теплового насоса, образуемый дву м  параллельно соединенными поверхност ми теплообмена, одна из которых основной конденсатор 5 теплового насоса, расположенный в перегонном кубе 2, друга  - дополнительный конденсатор , теплового насоса (теплообменник 14). Жидка  фаза теплоносител , образовавша с  в основном и дополнительном конденсаторах 5 и 14 теплового насоса после дросселировани  (дроссель 18) вновь поступает в Дефлегматор 7 и конденсатор 9. Наличие регулирующих вентилей 16 в испарительной и конденсаторной част х теплового наСоса позвол ет мен ть сопротивление во всасывающей 8 и нагнет.ющей 4 лини х теплового насоса, перераспредел ть потоки теплоносител  в параллельно соеди ненные линии дефлегматора 7 и конденсатора 9, и основного и дополнительного конденсаторов 5 и 14, и тем самым мен ть распределение тепловых потоков в испарительной и кон денсаторной част х теплового насоса При Этом, воздейству  на процессы тепломассообмена, измен ют состав получаемого продукта. Таким образом, в данной установке использование теплообменников, установленных в исчерпывающей части колонны последовательно по ходу движени  паровой фазы и выполн ющих рол активной насадки, участвующей в теплообмене , позвол ет интенсифицировать процесс тепломассообмена. Дл  доказательства рассмотрим два одинаковых элемента насадки с площадью dF , один из которых  вл етс  элементом пассивной насадки, служащей только дл  создани  развитой поверхности контакта взаимодействующих фаз, а другой - элементом активной насадки, участвующей в теплообмене (фиг.2 и 3)о Примем, что в рассматриваемых вариантах парова  фаза имеет одинаковые температуру tp и состав, который характеризуетс  одним и тем же порциальным давлением р конденсирующейс  составл ющей. Флегма, стекающа  по насадке, в обоих случа х поступает на элементы насадки с одной и той же температурой io и имеет одинаковый состав. Тогда в результате тепломассообмена на элементе пассивной насадки температура флегмы на выходе с элемента составл ет величину i . Средн   температура стекающей пленки равна 1 V 2 Удельные потоки теплоты ( и массы О д могут быть выражены; ); V- tn-Ptcp L oi. и I - коэффициенты тепломассоотдачи , Itcp) парциальное давление паровой фазы конденсирующейс  составл ющей при температуре t В случае активной насадки в результате отвода части теплоты в элемент активной насадки температура флегмы на выходе с элемента равна; ilH, . . Средн   температура пленки f и, соответственно, измен ютс  удельные потоки теплоты и массы: HT(n-t,p)q, VM fitPn-P{i.p)q. Проведенные исследовани  процесов тепломассообмена в аппаратах с ктивной насадкой показали, что коэфициент тепломассообмена увеличивает  в активной нас дке в 2-3 раза в равнении с пассивной -насадкой. Следовательно, при использовании ктивной насадки за счет интенсифиации тепло- и массообмена сокращатс  высота насадки, соответственно меньшаютс  габаритные размеры рекификационной колонны, что приводит

к пропорциональному уменьшению в 2-3 раза удельных тепловых потерь в окружающую среду на единицу производимой продукций.

Кроме того, сокращение энергозатрат в ректификационной установке св зано с отсутствием расхода охлаждающей воды на дефпегматор и расходом пара на основной подогреватель исходной смеси.

При этом по вл етс  возможность уменьшить материалоемкость ректификационной установки и тем самым снизить капитальные вложени  за счет сокращени  ее габаритных размеров, поскольку насадки в исчерпывающей и укрепл ющей ч,ст х колонны выполнены соответственно в виде теплообменных поверхностей основного подогревател  исходной смеси и дефлегматора .

Годовой экономический эффект от внедрени  данной установки составл ет 36652 руб на одну ректификационную установку с производительностью 1000 кг спирта в час.

to

to

Claims (2)

1. РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА, включающая насадочную ректификационную колонну, к перегонному кубу и укрепляющей части которой подключены соответственно через нагнетающую линию теплового насоса основной конденсатор и через всасывающую линию конденсатор готового продукта, свя занный с дефлегматором, также подключенным к всасывающей линии теплового насоса, устройство для предварительного подогрева исходной смеси, соединенное линией подачи исходной смеси с исчерпывающей частью колонны, и оросительную систему, от л ичающаяся тем, что, с целью сокращения энергозатрат на единицу производимого продукта, она снабжена установленными в исчерпывающей части ректификационной колонны последовательно по ходу движения паровой фазы двумя теплообменниками* при этом первый из них соединен входом .с линией подачи исходной смеси и -выхо- § дом с оросительной системой, а второй соответственно с входом нагнетающей и выходом с всасывающей линиями теплового насоса.

2. Установка по п.1, о т л и чающая с я тем, что дефлегматор установлен в укрепляющей части ректификационной колонны.

5ЮГ^ШП f 11210