УСТАНОВКА ДЛЯ ВАКУУМНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ

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 В 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 колонне происходит разделение сырья на дистиллят с температурами 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 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, данная установка потребляет значительное количество электроэнергии.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков: во-первых, исключение возможности загрязнения жидких смесей в процессе вакуумной ректификации при температуре кипения смесей 0°-90°С без использования холодной воды и перегретого пара, во-вторых, сокращение количества потребляемой электроэнергии.
Поставленные задачи решаются тем, что установка для вакуумной ректификации жидкостей, содержащая ректификационную колонну, конденсатор и систему трубопроводов, снабжена испарителем, двумя теплообменниками, компрессором, вентилем, при этом испаритель, первый теплообменник, компрессор, второй теплообменник, конденсатор, вентиль последовательно соединены друг с другом с образованием замкнутого контура трубопроводами для хладоагента, причем, конденсатор установлен в кубе ректификационной колонны, испаритель связан трубопроводом с вершиной ректификационной колонны, а первый теплообменник - с трубопроводом для ввода жидкой смеси в ректификационную колонну.
Второй теплообменник может быть дополнительно снабжен устройством его охлаждения.
На фигуре изображена схема предлагаемой установки для вакуумной ректификации жидкостей.
Предлагаемая установка состоит из ректификационной колонны 1, компрессора 2, например, холодильного, теплообменника 3, теплообменника 4, конденсатора 5, вентиля 6, испарителя 7, например дроссельного. Компрессор 2 соединен трубопроводом 8 с теплообменником 4, теплообменник 4 трубопроводом 9 с конденсатором 5, конденсатор 5 трубопроводом 10 с вентилем 6, вентиль 6 трубопроводом 11 с испарителем 7, испаритель 7- трубопроводом 12с теплообменником 3, теплообменник 3 соединен трубопроводом 13 с компрессором 2. Компрессор 5 установлен в кубе ректификационной колонны 1 в качестве кипятильника, испаритель 7 расположен на выходе паров из вершины
ректификационной колонны 1 в качестве дефлегматора, теплообменник 3 выполняет роль охладителя смеси. Трубопроводы 8, 9, 10, 11, 12, 13 образуют замкнутый контур по которому подают хладоагент. Куб ректификационной колонны 1, в котором установлен конденсатор 5, может быть выполнен выносным или встроенным в ректификационную колонну 1. Испаритель 7 может быть установлен в верхней части ректификационной колонны 1 или может выполняться выносным. Испаритель 7 связан трубопроводами 14, 15, 16 с верхней частью ректификационной колонны 1. Трубопровод 14 служит для отвода пара к испарителю 7, трубопровод 15 - для подачи в ректификационную колонну 1 флегмы, трубопровод 16 и насос 17 - для отвода части конденсата из испарителя 7, регулируемая вентилем 18. Для отвода жидкости из куба ректификационной колонны 1 установлен трубопровод 19 с насосом 20 и вентилем 21. Вершина ректификационной колонны 1 снабжена трубопроводом 22 с вентилем 23 для удаления воздуха из ректификационной колонны 1. Теплообменник 3 соединен трубопроводом (на чертеже не обозначен) с источником смеси, идущей на разделение и трубопроводом 24 с зоной подачи смеси в ректификационную колонну. Теплообменник 4 может быть снабжен охлаждающим его устройством 25, например, вентилятором или водяным холодильником, обеспечивающим подачу в теплообменник 4 воздуха из окружающей атмосферы.
Установка работает следующим образом. Перед началом работы ректификационная колонна 1 и все связанные с ней полости заполняются паровой фазой разделяемой жидкости, вытесняющей воздух по трубопроводу 22. После этого вентиль 23 закрывают и ректификационная колонна 1 работает вне связи с атмосферой. Подающаяся на разделение смесь, предварительно охлажденная в теплообменнике 3, по трубопроводу 24 поступает в ректификационную колонну 1. Циркулирующий по трубопроводам 8, 9, 10, 11, 12, 13 хладоагент сжимается компрессором 2 и по трубопроводу 8 поступает в трубное пространство теплообменника 4,
где охлаждается наружным воздухом, подаваемым охлаждаемым устройством 25, например, вентилятором. Из теплообменника 4 по трубопроводу 9 хладоагент попадает в трубы конденсатора 5, где конденсируется за счет отвода теплоты к кипящей на наружной поверхности труб кубовой жидкости, обеспечивая тем самым необходимый паровой поток вверх по ректификационной колонне 1. Жидкий хладоагент из конденсатора 5 по трубопроводу 10 поступает к дроссельному вентилю 6, где давление понижается (хладоагент дросселируется). Образовавшаяся парожидкостная смесь по трубопроводу 11 поступает в испаритель 7. В трубах испарителя 7 хладоагент кипит при низкой температуре, отводя при этом тепло от конденсирующихся на наружной поверхности труб паров разделяемой жидкости, поступающей в межтрубное пространство по трубопроводу 14 из верхней части ректификационной колонны 1. Таким образом, испаритель 7 играет роль дефлегматора по отношению к ректификационной колонне 1. Образовавшаяся в результате конденсации паров жидкость частично отводится в ректификационную колонну 1 по трубопроводу 15 в качестве флегмы, а частично по трубопроводу 16 как продукт разделения, богатый легколетучим компонентом. Последний отводится из ректификационной колонны 1 по трубопроводу 19 насосом 20. Вентили 21 и 23 регулируют отвод продуктов разделения. Пары хладоагента с примесью жидкости по трубопроводу 12 поступают в трубное пространство теплообменника 3, где хладоагент полностью испаряется, охлаждая при этом поступающую на разделение по трубопроводу жидкость из ее источника. Из теплообменника 3 пары хладоагента засасываются по трубопроводу 13 в компрессор 2.
Рассмотрим пример очистки этилового спирта от примесей метанола на предлагаемой установке. В качестве компрессора используется компрессор 2ФУБС12Р, в качестве хладоагента - фреон 22. Подающаяся на разделение смесь предварительно охлаждается в теплообменнике 3 до
-6
температуры +10°С и подавалась по трубопроводу 24 в ректификационную колонну 1. Хладоагент, сжатый компрессором 2 до давления 1,1 МПа по трубопроводу 8 поступает в трубное пространство теплообменника 4, где охлаждается и частично конденсируется за счет отвода тепла к создаваемому устройством 25 охлаждения (например, вентилятором) потоку атмосферного воздуха, омывающего наружную поверхность труб теплообменника 4. Хладагент из теплообменника 4 по трубопроводу 9 поступает в трубы конденсатора 5, где конденсируется при температуре +30°С, обеспечивая требуемый поток паров спирта, кипящего при 3,3·10 МПа (25 мм ртутного столба) в кубе ректификационной колонны 1. Жидкий хладагент из конденсатора 5 по трубопроводу 10 поступает к вентилю 6, где давление хладоагента понижается до 0,54 МПа. Образовавшаяся парожидкостная смесь по трубопроводу 11 поступает в трубы испарителя 7. В трубах испарителя 7 хладоагент кипит при температуре +2°С, отводя при этом тепло от конденсирующихся паров спирта, поступающих из верхней части ректификационной колонны 1 по трубопроводу 14. Образовавшаяся в результате конденсации паров жидкость главным образом отводится в ректификационную колонну 1 по трубопроводу 15, а ее небольшая часть с высоким содержанием метанола по трубопроводу 16 в насос 17.
-6
Предлагаемая установка позволяет по сравнению с прототипом исключить возможность загрязнения жидких смесей в процессе их ректификации и произвести очистку, например, этилового спирта от примеси метилового спирта до остаточной концентрации последнего 0,5·10 мг/литр. Кроме того, предлагаемая установка позволяет резко снизить затраты энергии в процессе вакуумной ректификации по сравнению с прототипом. Так, при очистке спирта от метанола в предлагаемой установке, где в качестве компрессора используется холодильный компрессор 2ФУБС12Р энергетические затраты на переработку 1 килограмма спирта составят 0,084 кВт·ч/ кг, а при очистке
спирта от метанола в устройстве, описанном в прототипе с применением двухроторного вакуумного насоса при аналогичных других условиях - 0,21 кВт-ч/кг. Таким образом, предлагаемая установка затрачивает на переработку одинакового количества спирта в 2,5 раза меньше электроэнергии, чем установка для вакуумной ректификации, описанная в прототипе.