РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА
RECTIFICATION PLANT

Изобретение относится к химической, нефтехимической, пищевой и др. отраслям промышленности, в частности к методам разделения бинарных и многокомпонентных смесей ректификацией.
Известна ректификационная установка [1], где смесь в колонну подается вниз укрепляющей секции колонны. Колонна имеет куб в нижней части для подвода в нее тепла и образования парового орошения колонны и дистиллятор сверху колонны для отвода тепла с образованием верхнего жидкостного орошения (флегмы) и получения дистиллята в виде жидкости. Для подвода тепла в кубе колонны обычно используют водяной пар. Для отвода тепла сверху колонны наиболее часто используют охлаждение водой.
Недостатками этой установки являются большая высота ректификационной колонны, потери тепла через стенки колонны в окружающую среду и с отходящими продуктами - дистиллятом и остатком.
Известна ректификационная установка [2]. Она состоит из колонны, куба, дистиллятора и компрессора для сжатия паров, выходящих из верха колонны. Такая установка обладает высокой эффективностью. Она позволяет использовать отходящее тепло конденсации паров дистиллята для испарения жидкости в кубе колонны (создание парового орошения) и тем самым сэкономить затраты тепла в колонне.
Недостатками такой установки является большая высота колонны и потери тепла через ее стенку в окружающую среду даже при наличии тепловой изоляции колонны, потери энергии дросселирования и потери тепла с остатком, отходящим из нижней части колонны.
Известна ректификационная установка [3]. Эта установка обладает более высокой эффективностью. Впервые такой процесс ректификации был предложен Б.Г.Берго [3]. Автор сообщает, что использование изобретения при ректификации легких углеводородных газов дает до 30% экономии энергетических затрат.
Эта ректификационная установка состоит из ректификационной колонны в виде теплообменного аппарата, трубное пространство которого образует укрепляющую секцию колонны, а межтрубное пространство образует отгонную секцию колонны с давлением в трубном пространстве больше давления в межтрубном пространстве, оборудованную компрессором для сжатия паров, уходящих из межтрубного пространства колонны до давления паров в трубном пространстве колонны и направления их из отгонной секции в концентрационную секцию колонны, оборудованную дросселем на линии жидкости, уходящей снизу концентрационной секции с подачей ее после дросселя в линию сырья с подачей сырья в парожидкостном виде наверх отгонной секции, с отбором паров с верха концентрационной секции колонны и отбором жидкого остатка с низа отгонной секции.
Недостатками этой колонны является малая поверхность контакта фаз в как в межтрубном, так и в трубном пространстве колонны, минимальная общая поверхность труб в колонне теплообмен между трубчатой и межтрубной зоной колонны, что снижает ее эффективность, потери энергии при дросселировании паров и потери тепла с остатком, отходящим из нижней части колонны.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности работы установки за счет энергосбережения.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что ректификационная установка включает ректификационную колонну в виде кожухотрубного теплообменного аппарата, трубное пространство которого образует укрепляющую секцию колонны, межтрубное пространство образует отгонную секцию колонны с давлением в трубном пространстве больше давления в межтрубном пространстве, оборудованную компрессором для сжатия паров, оборудованную дистиллятором для отбора паров с верха концентрационной секции колонны, причем межтрубное пространство ректификационной колонны заполнено насадкой, установлены детандер на одном валу с компрессором и теплообменник-подогреватель для подогрева исходной смеси.
Кроме того, ректификационная установка включает ректификационную колонну, выполненную в виде теплообменного аппарата типа «труба в трубе», а также ректификационная установка имеет пространство внутри труб ректификационной колонны, заполненное насадкой, для ее поддержки у нижних труб установлена решетка или сетка, а стенки труб имеют гофрированную форму.
Сущность изобретения заключается в том, что с целью повышения эффективности работы установки межтрубное пространство ректификационной колонны заполнено насадкой, увеличивающей поверхность контакта паровой и жидкой фаз, вместо дросселя установлен детандер на одном валу с компрессором для использования энергии расширения паров в детандере на вращение компрессора, а для использования теплоты отходящего остатка для подогрева исходной смеси установлен теплообменник-подогреватель. Ректификационная колонна может быть выполнена в виде теплообменного аппарата типа «труба в трубе», причем пространство труб ректификационной колонны может быть заполнено насадкой, а стеки труб иметь гофрированную форму.
Схема ректификационной установки представлена на Фиг.1.
Ректификационная установка состоит из теплообменника-подогревателя 1, соединенного снизу с трубным пространством ректификационной колонны 2, выполненной в виде теплообменного аппарата, трубное пространство которого образует укрепляющую секцию колонны, а межтрубное пространство образует отгонную секцию колонны с давлением в трубном пространстве больше давления в межтрубном пространстве, теплообменника 3, соединенного с сверху с межтрубным пространством ректификационной колонны 2, компрессора 4 для сжатия паров, уходящих через теплообменник 3 из межтрубного пространства колонны до давления паров в трубном пространстве колонны и направления их из отгонной секции в концентрационную секцию колонны, дистиллятора 5, соединенного с верхней частью колонны 2, детандера 6, установленного после теплообменника 3 на линии жидкости, уходящей снизу концентрационной секции колонны 2, и соединенного сверху колонны 2 с ее межтрубным пространством, и мотора М, приводящего во вращение вал компрессора 4.
Межтрубное пространство колонны 2 заполнено насадкой 7, увеличивающей поверхность контакта паровой и жидкой фаз. С этой же целью насадкой 7 может быть заполнено трубное пространство (Фиг.2) колонны 2, для ее поддержки у нижних торцов труб установлена решетка или сетка 8 (Фиг.1). Ректификационная колонна 2 может быть выполнена также в виде теплообменного аппарата типа «труба в трубе» (Фиг.3). Стенки труб колонны 2 могут быть круглыми (Фиг.2а) или иметь гофрированную форму (Фиг.2б), что значительно увеличивает общую поверхность труб в колонне и теплообмен между трубчатой и межтрубной зонами колонны.
Ректификационная установка работает следующим образом.
Исходная смесь подается через теплообменник-подогреватель 1 снизу в трубное пространство колонны 2. Сюда же подается парожидкостная смесь из верхней части межтрубного пространства колонны 2, походящая через теплообменник 3 и компрессор 4, приводимый во вращение мотором М и создающий повышенное давление и температуру в трубном пространстве колонны 2. Пары, поднимающиеся в трубном пространстве колонны 2, контактируют со стекающей вниз флегмой и обогащаются легколетучим компонентом. Они удаляются сверху колонны 2, конденсируются в дистилляторе 5 и поступают частично в виде флегмы в верхнюю часть колонны 2, а частично уходят в виде дистиллята. Парожидкостная смесь из нижней часта колонны 2 под давлением проходит теплообменник 3 и детандер 6, где дросселируется, отдавая свою энергию на вращение компрессора, и поступает в межтрубное пространство колонны 2 как орошение. Межтрубное пространство колонны 2 для увеличения поверхности контакта паровой и жидкой фаз заполнено насадкой 7. Нагрев парожидкостной смеси в межтрубном пространстве колонны 2 происходит за счет передачи теплоты из трубного пространства через стенки труб, тем самым исключается необходимость в кубе колонны и подводе в него тепла, а также потери тепла в окружающую среду. Пары из верхней часта межтрубного пространства колонны 2 проходят теплообменник 3, где нагреваются за счет паров, выходящих из трубного пространства колонны. Выходящий из нижней части межтрубного пространства колонны 2 остаток отдает свое тепло на подогрев исходной смеси в теплообменнике-подогревателе 1.
На Фиг.2 показан вариант трубчатки колонны, когда внутренняя поверхность труб ректификационной колонны также заполнена насадкой 7, для ее поддержки у нижних торцов труб установлена решетка или сетка 8, а стенки труб имеют гофрированную форму. В этом случае значительно увеличивается межфазная поверхность в трубном пространстве колонны, а также теплообмен между трубчатой и межтрубной зоной колонны.
Литература
1. Александров И.А Ректификационные и абсорбционные аппараты. -М.: Химия, 1978, с.13.
2. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М.: Химия, 1978, с.31.
3. Берго Б.Г. и др. Пат. США 3390534 от 02.07.1968 г.