УСТАНОВКА РАЗДЕЛЕНИЯ СЛОЖНЫХ ЖИДКОФАЗНЫХ СМЕСЕЙ

Настоящая полезная модель относится к установкам разделения методом перегонки сложных жидкофазных смесей, состоящих из органического вещества или из совокупности разнолетучих органических веществ - компонент А и, практически нелетучих, веществ (кислоты, основания, соли, полимеры и пр. - компонент Б, которые растворены в смеси или представлены в ней в виде комплексных соединений, коллоидов, взвесей и т.п., присутствие которых осложняет процесс перегонки. В исходной сложной жидкофазной смеси также может присутствовать вода - компонент В.
В состав установок разделения сложных жидкофазных смесей входит не менее двух перегонных аппаратов.
В первый из них - отпарную колонну (полый цилиндрический аппарат) в зону ее питания через питательный трубопровод поступает смесь компонентов А+Б+(В). Тепло, необходимое для отпарки компонента А, обеспечивается острым» водяным паром - ОП, подаваемым в куб этой колонны. Из ее куба через выпускной трубопровод выводится компонент Б, конденсат водяного пара и балансовое количество воды, если она присутствует в составе исходной смеси, поступающей в питание отпарной колонны. Сверху отпарной колонны в паровой фазе через «шлемовую» трубу отбираетсяся смесь компонента А с балансовым количеством воды - компонент В, которая направляется в зону питания второго перегонного аппарата - ректификационную колонну с типовой оснасткой (контактные устройства, конденсатор-холодильник, рефлюксная емкость, насосы: флегмовый и продуктовый). Тепло в эту колонну подводится посредством термосифонного кипятильника с использованием в качестве теплоносителя «глухого» водяного пара - ГП, а из ее куба через выпускной трубопровод выводится, отделенная от питания ректификационной колонны, избыточная вода.
Из существующего уровня техники известно, что в технологических схемах с передачей тепла в перегонные аппараты посредством «острого» водяного пара (ОП), при его конденсации образуется сточная вода или увеличивается ее объем в случае присутствия воды в исходной разделяемой смеси, что является существенным недостатком технологии процессов перегонки, в которых применяется «острый» водяной пар.
В принятой в качестве аналога технологической схеме процесса синтеза кротонового альдегида, на установке его выделения из сложной продуктовой смеси, содержащей целевой продукт с сопутствующими примесями, воду и ацетат натрия, имеются перегонные аппараты, в которые тепло передается от «острого» водяного пара. Его применение, в полтора раза увеличивает количество сточной воды по отношению к ее содержанию в сложной продуктовой смеси, поступающей на установку. /1. Хворов А.П. «Способ выделения кротонового альдегида». Патент РФ №2063958/.
Технический результат при реализации настоящей полезной модели позволяет уменьшить объемы сточной воды, выводимой с установок разделения сложных жидкофазных смесей, применяющих «острый» водяной пар, одновременно, уменьшая энергозатраты на осуществление процесса разделения.
В качестве прототипа настоящей полезной модели, принята установка разделения сложной жидкофазной смеси - гидролизата втор-бутилсульфата, получаемого в процессе сернокислотного синтеза втор-бутанола /2. Справочник Нефтехимика, под. ред С.К. Огородникова, Л-д, «Химия», 1978, т.2, стр.223/.
Ниже, приводится описание принципиальной технологической схемы установки по прототипу с материальным балансом по основным, содержащимся в ней, компонентам.
В отпарную колонну, которая представляет собой полый или оснащенный ниже зоны питания переливными «полками» аппарат, вводится исходная сложная жидкофазная смесь в количестве 1670 кг/час, содержащая 400 кг/час втор-бутанола (компонент А), 530 кг/час серной кислоты (компонент Б) и 740 кг/час воды (компонент В). В куб отпарной колонны через барботер вводится «острый» водяной пар (компонент ОП) в количестве 1530 кг/час. Из куба отпарной колонны выводится 2080 кг/час водного раствора серной кислоты с концентрацией кислоты 25,5% масс, (компоненты Б+В), который далее направляется на установку упарки, где кислота упаривается до концентрации 75-85% масс. для последующего ее использования на установке синтеза втор-бутилсульфата.
Сверху отпарной колонны выводится паровой отгон, содержащий 400 кг/час втор-бутанола и 720 кг/час паров воды (компоненты А+В) с примесями, включая «туман» серной кислоты. Паровой отгон из отпарной колонны по «шлемовой» трубе поступает в питание ректификационной колонны, которая оснащена необходимым, типовым, оборудованием. Тепло в ректификационную колонну подводится посредством термосифонного кипятильника, с использованием в качестве теплоносителя «глухого» водяного пара (ГП). В верх колонны совместно с орошением подается водный раствор щелочи, обеспечивая в колонне слабощелочную среду (PH=7,5 плюс - минус 0,5).
Из ректификационной колонны отбирается дистиллят (компоненты А+В) с составом, близком к составу азеотропной смеси втор-бутанола и воды, а именно: 400 кг/час втор-бутанола (с примесями, главным образом, ди-втор-бутилового эфира) и 130 кг/час воды, направляемый на установку выделения втор-бутанола.
Из куба ректификационной колонны на очистные сооружения выводится 590 кг/час воды (компонент В) Тепло в колонну подводится «глухим» паром (ГП) посредством термосифонного кипятильника.
Сущность предлагаемой полезной модели, реализация которой решает задачу улучшения технико-экономических показателей процесса разделения сложных жидкофазных смесей и отличающая ее от установки по прототипу, приведена на рисунке 1. Это решение заключается в том, что пары отгона из отпарной колонны 1 (А+В) через введенный в состав установки конденсатор 2, регулирующий тепловой баланс ректификационной колонны 3, поступает в ее питание в виде паро-жидкостной системы, В общий тепловой баланс колонны 3 также входит тепло, подводимое в ее посредством кипятильника 4, воспринимающего тепло от «глухого» водяного пара (ГП).
Из парового пространства над водой, кипящей в кубе ректификационной колонны 3, в количестве 540 кг/час отбирается водяной пар, который поступает на прием также введенной в состав установки, машины сжатия паров 5, предпочтительно - газодувки. С ее нагнетания водяной пар (ОП) направляется в куб отпарной колонны 1 с параметрами (температура и давление нагнетания), обеспечивающими требования технологии процесса и имеющим повышенный энергетический потенциал за счет реализации принципа «теплового насоса» /3. Я.Д. Зельвинский «Пути энергосбережения при разделении смесей ректификацией». Ж. Химическая промышленность №5, 2001 г./
Преимущество предлагаемой полезной модели установки разделения сложных жидкофазных смесей иллюстрируется сравнением показателей ее работы с показателями работы установки по прототипу.
Из сравнения получены следующие результаты.
1) Уменьшается количество сточных вод (с 590 кг/час до 50 кг/час), соответственно, уменьшаются расходы на ее очистку.
2) Уменьшается расход свежего «острого» пара (от 1530 до 990 кг/час),
3) Увеличивается концентрация серной кислоты, поступающей на установку ее упарки (от 25,5% масс. до 34,8% масс.), этим снижая затраты энергии на упарку с доведением концентрации серной кислоты до 75-85% масс.
4) Со сжатым водяным паром в отпарную колонну привносится дополнительное тепло (эффект «теплового насоса»).
Вторым вариантом реализации данной полезной модели является применение ректификационной колонны в роли отпарной. В этом варианте отпарная ректификационной колонна, также использующая в качестве теплоносителя «остры» водяной пар, оснащается контактными устройствами и парциальным конденденсатором, регулирующим орошение колонны. Несконденсированные пары компонентов А+В, покидающие парциальный конденсатор, следуют в питание ректификационной колонны 3 по маршруту первого варианта.