ДЕФЛЕГМАТОР БРАЖНОЙ КОЛОННЫ
DISTILLATION COLUMN REFLUX CONDENSER

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам для проведения процессов ректификации в бражной колонне и может быть использовано в укрепляющих ректификационных колоннах в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Известен дефлегматор брагоперегонной колонны [1], выполненный из одного или более кожухотрубчатых теплообменников, состоящих из корпуса с технологическими штуцерами и патрубками, внутри которого размещены в горизонтальных перегородках трубы, образующие трубное пространство для прохода бражки и межтрубное пространство для прохода паров водно-спиртовой смеси.
Однако описанный дефлегматор имеет большую металлоемкость, габариты и высокое сопротивление. Высокая металлоемкость и габариты обусловлены низкими значениями коэффициентов теплоотдачи со стороны движения жидкости. Большое сопротивление вызвано местными сопротивлениями, обусловленными сжатием и расширением пара при прохождении через штуцера дефлегматора.
Наиболее близким по технической сущности является пленочный тепломассообменный аппарат [2], состоящий из корпуса с камерой для вывода жидкости, снабженной штуцерами, контактных труб, выполненных из гофрированных листов с наклонными рифлениями круглого профиля радиусом, равным радиусу контактных труб, снабженных профилированными буртиками, размещенными с наружной стороны вогнутых наклонных рифлений на всю длину листов, газовыми патрубками и винтовыми спиралями. На газовых патрубках установлены заглушки, в зазоры, образованные газовыми патрубками и контактными трубами, вставлены патрубки для подвода рабочей жидкости и теплоносителя, сообщенные со штуцерами для подвода рабочей жидкости и теплоносителя, а в нижних торцах контактных труб герметично размещены патрубки для отвода теплоносителя, соединенные с отводящим штуцером, причем патрубки для подвода рабочей жидкости и теплоносителя размещены последовательными рядами по осям контактных труб, перпендикулярным поверхности листов, а на буртиках установлены пластины прерыватели.
Использование данного пленочного тепломассообменного аппарата в качестве дефлегматора в бражной колонне позволило бы резко снизить его металлоемкость, габариты и сопротивление. Однако в рассматриваемом аппарате (при организации пленочного течения рабочей жидкости (бражки) по одному ряду контактных устройств и организации движения конденсирующего пара по другому соседнему ряду контактных устройств) происходит смешение конденсата сконденсировавшегося пара с рабочей жидкостью при их стекании с торцов контактных труб, что не допустимо, так как резко снижается производительность бражной колонны по конденсату (получаемому продукту).
Изобретение решает задачу увеличения производительности колонны за счет устранения смешения рабочей жидкости с конденсатом (флегмой) и интенсификации процесса теплообмена.
Технический результат заключается в увеличении производительности колонны.
c
Указанный технический результат достигается тем, что в дефлегматоре бражной колонны, состоящем из корпуса со штуцерами, контактных труб, выполненных из гофрированных листов с наклонным рифлением круглого профиля радиусом, равным радиусу контактных труб, снабженных винтовыми спиралями и профилированными буртиками, размещенными с наружной стороны вогнутых наклонных рифлений на всю длину листов, а также газовыми патрубками с заглушками в качестве распределителя жидкости и патрубками для отвода теплоносителя, размещенными последовательными рядами по осям контактных труб, перпендикулярным поверхности листов; согласно изобретению корпус снабжен верхней и нижней камерами для сбора конденсата, полости которых соединены с полостью желобов, проходящих в нижней части под торцами контактных труб между патрубками для отвода теплоносителя, а в верхней части желоба установлены над газовыми патрубками, причем торцы листов, образующие полость контактных труб для прохода пара, размещены над верхней камерой для сбора конденсата; отношение ширины желоба h к диаметру контактной трубы d равно h/d=1,1-1,3; отношение диаметра контактной трубы, по которой проходит пар к диаметру винтовой спирали, установленной коаксиально к ее поверхности, равно d/d=1,1-1,3.
c
В корпусе аппарата установлена камера для сбора конденсата и желобов, размещенных в нижней части, под торцами контактных труб между патрубками, а в верхней части над газовыми патрубками, а также в размещении верхних торцов у листов, образующих полость контактных труб для прохода пара, над камерой для сбора конденсата и установкой винтовой спирали в контактных трубах, в которых конденсируется пар, в соотношении, равном d/d=1,1-1,3.
При таком конструктивном оформлении дефлегматора полученный из парогазовой смеси конденсат (флегма), стекающий по поверхности контактных труб или транспортируемый паром вверх по их поверхности, отводится в желоба, а затем стекает в камеры для сбора конденсата, что предотвращает смешивание рабочей жидкости с конденсатом и обеспечивает тем самым высокую производительность бражной колонны, а обтекание паром витков винтовой спирали обеспечивает вихри, способствующие интенсификации конденсации парогазовой смеси (за счет перемешивания пара), а следовательно, и производительности.
Наличие в корпусе дефлегматора верхней и нижней камер для сбора конденсата, соединение их полости с полостью желобов, проходящих в нижней части под торцами контактных труб между патрубками для отвода теплоносителя, а в верхней части над газовыми патрубками, а также размещение листов, образующих полость контактных труб для прохода пара, над верхней камерой для сбора конденсата, обеспечивает отвод конденсата из аппарата, без смешения его с рабочей жидкостью. Конденсат (флегма) либо стекает в желоба, установленные под торцами контактных труб, либо паром транспортируется по поверхности пластин вверх, а затем отбрасывается отбойником в желоба, установленные в верхней части над газовыми патрубками.
Выполнение отношения ширины желоба h к диаметру контактной трубы d, равного h/d=1,1-1,3, позволяет конденсату стекать в полость желоба и тем самым обеспечивается устранение смешения конденсата с бражкой.
При отношении h/d>1,3 увеличиваются габариты и металлоемкость дефлегматора, а при отношении h/d<1,1 не обеспечивается качественный отвод конденсата из аппарата.
c
Выполнение отношения диаметра контактной трубы, в полости которой проходит пар, к диаметру винтовой спирали, установленной коаксиально к ее поверхности, в соотношении, равном d/d=1,1-1,3, обеспечивает создание вихрей пара над межфазной поверхностью и приводит к интенсификации теплообмена при конденсации, что ведет к увеличению производительности аппарата.
c
c
При выполнении отношения d/d<1,1 или d/d>1,3 величина коэффициента теплоотдачи снижается и интенсификации процесса конденсации пара не происходит.
На фиг.1 представлен общий вид дефлегматора бражной колонны.
На фиг.2 представлен разрез дефлегматора по сечению А-А.
На фиг.3 представлен разрез дефлегматора по сечению Б-Б.
На фиг.4 представлен разрез дефлегматора по сечению В-В.
Дефлегматор бражной колонны состоит из корпуса 1, крышки 2, штуцеров для ввода рабочей жидкости (бражки) 3, отвода конденсата 4 и пара 5, контактных труб 6 для стекания бражки в виде пленки и контактных труб 7 для конденсации на их поверхности пара, выполненных из гофрированных листов 8 с наклонным рифлением круглого профиля радиусом, равным радиусу контактных труб, снабженных винтовыми спиралями 9 и 10 и профилированными буртиками 11, размещенными с наружной стороны вогнутых наклонных рифлений на всю длину листов, а также газовыми патрубками 12 с заглушками 13 в качестве распределителя жидкости и патрубками 14 для отвода теплоносителя, размещенными последовательными рядами по осям контактных труб, перпендикулярным поверхности листов. Корпус 1 снабжен камерами - верхней 15 и нижней 16 для сбора конденсата, которые соединены с желобами 17, проходящими в нижней части под торцами контактных труб между патрубками для отвода теплоносителя, а в верхней части установлены над газовыми патрубками. Верхние торцы 18 листов 8, образующие полость контактных труб для прохода пара, размещены над верхней камерой 15 для сбора конденсата и снабжены отбойными устройствами 19. Отношение ширины h желоба 17 к диаметру d контактной трубы выполняется равным h/d=1,1-1,3.
c
c
Отношение диаметра d контактной трубы, по которой проходит пар, к диаметру d винтовой спирали 10, установленной коаксиально к ее поверхности, выполнено равным d/d=1,1-1,3. Корпус дефлегматора 1 соединен фланцевым соединением с бражной колонной 20.
Дефлегматор бражной колонны работает следующим образом.
Бражка через штуцер 3 поступает во внутреннюю полость корпуса 1 дефлегматора, распределяется на заглушках 13 газовых патрубков 12, а затем в виде пленки жидкости стекает по поверхности контактных труб 6, интенсивно перемешиваясь при обтекании витков винтовой спирали 9, нагреваясь при этом теплом, поступающим через поверхность листов 8, вследствие конденсации пара, поднимающегося в дефлегматор из бражной колонны 20. Пар, перемещаясь по контактным трубам 7, обтекает витки винтовой спирали 10, интенсивно перемешивается и конденсируется на поверхности листов 8. Образованный конденсат при низкой скорости пара стекает в желоба 17, а оттуда поступает в полость нижних камер 16. При высокой скорости пара конденсат транспортируется вверх по поверхности пластин 8, срывается с торцов 18 и поступает в отбойные устройства 19 и сбрасывается в желоба 17, а затем в полость камер 15. Вывод конденсата из дефлегматора осуществляется через штуцера 4, а бражки через патрубки 14 в бражную колонну 20.
Использование заявляемого дефлегматора бражной колонны позволяет увеличить ее производительность, а следовательно, снизить себестоимость выпускаемого продукта.
Источники информации
1. Ю.П.Богданов, В.Н.Зотов, С.П.Колосков и др. Справочник по производству спирта. Оборудование, средства механизации. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. 480 с. - рисунок 102 на стр.190.
2. Патент РФ №2332246. Пленочный тепломассообменный аппарат [Текст]. / Воинов Н.А., Тароватый Д.В., Воинов А.Н. - Бюл. изобр. 24, 2008.