УСТАНОВКА ДЛЯ ВАКУУМНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ ЖИДКИХ СМЕСЕЙ

Полезная модель относится к конструкциям вакуумных ректификационных установок и может быть использована, например, в производстве чистого этилового спирта и других отраслях промышленности, в которых производится ректификация жидких однородных смесей с температурой кипения дистиллятов в пределах 0°-90°С.
Известна установка, состоящая из кипятильного устройства с патрубком и краном для ввода паровой фазы, соединенные с кипятильным устройством по ходу паровой фазы холодильное устройство, сборник дистиллята с охлаждающей рубашкой и пробный холодильник с запорным краном. Установка описана в патенте РФ №2099125 «Способ дистилляции», кл. B 01 D 3/00, опубликованном 20.12.1997 г.
Исходное сырье загружают в кипятильное устройство и заполняют паровой фазой газовые пространства кипятильного устройства, холодильного устройства и сборника дистиллята до выхода дистиллята или паровой фазы из пробного холодильника и перекрывают краны. Подают хладоагент в холодильное устройство и охлаждающую рубашку сборника дистиллята, конденсируя в газовых пространствах холодильного устройства и сборника дистиллята паровую фазу и создавая тем самым в
закрытой системе вакуум. Доводят содержимое кипятильного устройства до кипения, конденсируют и охлаждают выделяющуюся паровую фазу продукта в охлаждаемом водой холодильнике и собирают получаемый дистиллят в сборнике дистиллята, дополнительно конденсируя дистиллятом, находящуюся в сборнике паровую фазу.
Недостатком данной установки является ограниченная глубина создаваемого вакуума, зависящая от температуры конденсации паровой фазы, которая в свою очередь определяется температурой воды, используемой для отвода тепла в охлаждающем устройстве.
Наиболее близкой по достигаемому эффекту к предлагаемой установке для вакуумной ректификации жидких смесей является установка, описанная в а.с. СССР №528099 «Установка для вакуумной ректификации жидких смесей», кл. В 01 D 3/32, опубликованном 15.09.1976 г. Установка содержит ректификационную колонну, конденсатор, вакуум-насос, систему трубопроводов, холодильник, сепаратор, насос.
Сырье из сборника насосом подается в ректификационную колонну. В кипения компонентов в пределах 50°-90°С и остаток. Пары дистиллята из верха колонны поступают в вакуум-насос, где сжимаются до давления 1,15 ата, перегреваются до температуры 135°-140°С и поступают в конденсатор. В конденсаторе пары конденсируются, дистиллят стекает в холодильник, где охлаждается до температуры 20°-30°С и стекает в сепаратор. В сепараторе от дистиллята отделяется вода. Обезвоженный дистиллят большей частью спускается в сборник готового продукта.
Недостатком таких конструкций является неизбежное загрязнение паров дистиллята, отсасываемых из колонны вакуумным насосом, работающем на масле. Это совершенно недопустимо, например, при производстве чистого этилового спирта. Кроме того, установка потребляет значительное количество электроэнергии.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно, исключение возможности загрязнения жидких
смесей в процессе вакуумной ректификации при температуре кипения смесей 0°-90°С без использования холодной воды и перегретого пара. Кроме того, задачей установки является обеспечение экономии электроэнергии.
Поставленная задача решается тем, что установка для вакуумной ректификации жидких смесей, содержащая ректификационную колонну, конденсатор и систему трубопроводов, снабжена испарителем, компрессором, теплообменником, вентилем, при этом испаритель, компрессор, теплообменник, конденсатор и вентиль последовательно соединены друг с другом с образованием замкнутого контура трубопроводами для хладоагента, а конденсатор установлен в кубе ректификационной колонны, причем испаритель связан трубопроводами с вершиной ректификационной колонны, а теплообменник - с трубопроводом для ввода жидкой смеси в ректификационную колонну.
На фигуре показана схема предлагаемой установки для вакуумной ректификации жидких смесей.
Предлагаемая установка состоит из ректификационной колонны 1, компрессора 2, например, холодильного, теплообменника 3, конденсатора 4, вентиля 5, например, дроссельного, испарителя 6. Компрессор 2 соединен трубопроводом 7 с теплообменником 3, теплообменник 3 соединен с конденсатором 4 трубопроводом 8, конденсатор 4 соединен трубопроводом 9 с вентилем 5, вентиль 5 соединен трубопроводом 10 с испарителем 6, испаритель 6 соединен трубопроводом 11 с компрессором 2. Конденсатор 4 установлен в кубе ректификационной колонны 1 в качестве кипятильника, испаритель 6 установлен на выходе паров из колонны 1 в качестве дефлегматора. Трубопроводы 7, 8, 9, 10, 11 служат для подачи по ним хладоагента. Конденсатор 4 может быть установлен как в выносном так и во встроенном кубе, а испаритель 6 может быть установлен в верхней части ректификационной колонны 1 или может выполняться выносным. Испаритель 6 связан трубопроводами 12, 13, 14 с
верхней частью ректификационной колонны 1, по трубопроводу 12 происходит отвод паров в испаритель 6, по трубопроводу 13 в ректификационную колонну подается флегма, а по трубопроводу 14 с вентилем 15 осуществляется отвод части жидкости из испарителя 6. Для отвода жидкости из куба ректификационной колонны 1 установлен трубопровод 16 с насосом 17 и вентилем 18 . Верхняя часть ректификационной колонны 1 снабжена трубопроводом 19 с вентилем 20 для удаления воздуха из колонны 1. Теплообменник 3 соединен трубопроводом 21 с ректификационной колонной 1, по трубопроводу 21 осуществляют подвод жидкой смеси на ректификацию.
Установка работает следующим образом. Перед началом работы колонна 1 и все связанные с ней полости заполняются паровой фазой разделяемой жидкости, вытесняющей воздух по трубопроводу 19. После этого вентиль 20 закрывается и колонна 1 работает вне связи с атмосферой. Подающаяся на разделение смесь предварительно подогретая в теплообменнике 3 по трубопроводу 11 поступает в колонну 1. Циркулирующий в трубопроводах 7, 8, 9, 10, 11 хладоагент сжимается компрессором 2 и по трубопроводу 7 поступает в трубное пространство теплообменника 3, где охлаждается, нагревая поступающую на ректификацию жидкость. Из теплообменника 3 по трубопроводу 8 хладоагент попадает в трубы конденсатора 4, где конденсируется за счет отвода теплоты конденсации к кипящей на наружной поверхности труб кубовой жидкости, обеспечивая тем самым необходимый паровой поток вверх по колонне 1. Жидкий хладоагент из конденсатора 4 по трубопроводу 9 поступает к дроссельному вентилю 5, где давление хладоагента понижается, а образовавшаяся парожидкостная смесь по трубопроводу 10 поступает в трубы испарителя 6. В трубах испарителя 6 хладоагент кипит при низкой температуре, отводя при этом тепло от конденсирующихся на наружной поверхности труб паров разделяемой жидкости, поступающей в межтрубное пространство по трубопроводу
из верхней части колонны. Таким образом, испаритель 6 выполняет роль дефлегматора по отношению к колонне 1. Образовавшаяся в результате конденсации паров жидкость частично отводится в колонну 1 по трубопроводу 13 в качестве флегмы, а частично по трубопроводу 14 через вентиль 15 как продукт разделения, богатый легколетучим компонентом. Продукт разделения, богатый тяжелолетучим компонентом отводится из колонны 1 по трубопроводу 16 насосом 17. Вентилями 15 и 18 регулируется отвод продуктов разделения. Из испарителя 6 пары хладоагента засасываются по трубопроводу 11.
Рассмотрим пример очистки этилового спирта от примесей метанола на предлагаемой установке. В качестве компрессора используется компрессор ФУУ25, в качестве хладоагента - фреон 21. Подающаяся на разделение смесь предварительно подогревалась в теплообменнике 3 до температуры 40°С и подавалась по трубопроводу 11 в ректификационную колонну 1. Хладоагент, сжатый компрессором 2 до давления 0,4 МПа, по трубопроводу 7 поступает в трубное пространство теплообменника 3, где, охлаждаясь, нагревает поступающую жидкость до 40°С. Из теплообменника 3 по трубопроводу 8 хладоагент попадает в трубы конденсатора 4, где конденсируется при температуре 50°С, обеспечивая требуемый поток паров спирта, кипящего при 0,0167 МПа в колонне 1. Жидкий хладоагент из конденсатора 4 по трубопроводу 9 поступает к вентилю 5, где давление хладоагента понижается до 0,255 МПа. Образовавшаяся парожидкостная смесь по трубопроводу 10 поступает в трубы испарителя 6. В трубах испарителя 6 хладоагент кипит при температуре 30°С, отводя при этом тепло от конденсирующихся паров со спирта, поступающих из верхней части колонны 1 по трубопроводу 12. Образовавшаяся в результате конденсации паров жидкость частично отводится в колонну 1 по трубопроводу 13, а частично по трубопроводу 14 как продукт разделения, богатый легколетучим компонентом.
-6
Предлагаемое установка позволяет очистить этиловый спирт от примеси метилового спирта до остаточной концентрации последнего 10 мг/литр.
-6
Предлагаемая установка позволяет по сравнению с прототипом исключить возможность загрязнения жидких смесей в процессе их ректификации и произвести очистку, например, этилового спирта от примесей метилового спирта до остаточной концентрации последнего 10 мг/литр. Кроме того, предлагаемая установка обеспечивает экономию электроэнергии по сравнению с прототипом. Так, при очистке спирта от метанола в предлагаемой установке, где в качестве компрессора используется холодильный компрессор ФУУ25 энергетические затраты на переработку 1 килограмма спирта составляют 0,0506 кВт·ч/кг, а при очистке спирта от метанола в устройстве, описанном в прототипе, с применением двухроторного вакуумного насоса при аналогичных других условиях - 0,0766 кВт·ч/кг. Таким образом, предлагаемая установка затрачивает на переработку одинакового количества спирта в полтора раза меньше электроэнергии, чем установка для вакуумной ректификации, описанная в прототипе.