Ректификационная установка

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В 01 1) 3/1 ТЕН занный ключен п дефле гма тором, т к всасывающей ли ии тепло предваой смеси од олонтитут целью иницу набжена й части ледовавой. хноло. СССР70.ные суи, М.,приходом .си выхоа втоагней линия п.1, о тли чаю дефлегматор устай части ректи 4 жГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Рижский ордена Трудовогого Знамени политехнический инс(54) (57) 1. РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА, включающая насадочную ректификационную колонну, к перегонному кубуи укрепляющей части которой подключены соответственно через нагнетающую линию теплового насоса основнойконденсатор и через всасывающую линию.конденсатор готового продукта, свяюЯОи Д.2 ЩЩ А вого насоса, устройство длярительного подогрева исходисоединенное динией подачи иссмеси с исчерпывающей частьюны, и оросительную систему,ч а ю щ а я с я тем, что, ссокращения энергозатрат на епроизводимого продукта, онаустановленными в исчерпывающректификационной колонны потельно по ходу движения парфазы двумя теплообменникамиэтом первый из них соединенлинией подачи исходной смесидом с оросительной системой,рой соответственно с входомтающей и выходом с всасывающми теплового насоса2. Установка пощ а я с я тем, чтоновлен в укрепляющекационной колонны.Изобретение относится к конструк,циям устройств для ректификации и может быть использовано для фракциониро. вания и разделения жидких смесей.Известна схема непрерывно действую 5 щей ректификационной установки, включающая ректификационкую колонну, к исчерпывающей части которой подключены кипятильник и холодильник остат-. ка, а к укрепляющей - дефлегматор, 1 О делитель флегмы, холодильник - конденсатор, а также подогреватель ис-ходной смеси 11.,11 днако в известной установке требуется значительный расход 15 охлаждающей жидкости на дефлегматор, что снижает ее экономичность. Кроме того, экономичность установки снижается из-за отсутствия рекуперации энергии. 20Известно устройство для ректификации, в корпусе которого вертикально расположены трубные пучки, последовательно соединенные между собой и делящие корпус на ступени 25 трубных пучков. С нижней частью корпуса соединен выносной, выпарной аппарат. На паровом трубопроводе последовательно установлены конденсатор и гидрозатвор 2.ЗООднако использование охлаждающей жидкости в теплообменнике и конденсаторе приводит к дополнительным потерям теплоты в системе, что снижает эффективность всего процесса,35Наиболее близким к предлагаемому является ректификационная установка с трансформатором тепла, включающая насадочную ректификациокную колонну, к перегонному кубу и укрепляющей части которой подключены соответственно через нагнетающую линию теплового насоса основной кондексатор и через всасывающую линию конденсатор готового продукта, связанный с дефлегматором, также подключенным к всасывающей линйи теплового насоса, устройство для предварительного подогрева исходной смеси, соединенное линией подачи исходной смеси с исчерпы, 5 О вающей частью колонны, и ороситель". ную систему 131.Однако в известной установкеиспрльзуется дефлегматор и основной подогреватель исходной смеси, являю щиеся развитыми металлоемкими поверхностями теплообмена, требующими значительных энергозатрат на охлаждающую жидкость на дефлегматор и пара на основном подогревателе исходкой смеси.Цель изобретения - сокращение энергозатрат на единицу производимого продукта.Поставленная цель достигается тем, что ректификационкая установка, включающая насадочную ректификационную колонну к перегонному кубу и ук-. репляющеи части которой подключены соответственно через нагнетающую линию теплового насоса основной конденсатор и через всасывающую линиюконденсатор готового продукта, связанный с дефлегматором, также подключенным к всасывающей линии тепловеого насоса, устройство для предварительного подогрева исходной смеси,соединенное линией подачи исходнойсмеси с исчерпывающей частью колонны, и оросительную систему, снабжена установленными в исчергывающейчасти ректификационной колонны последовательно по ходу движения паро-.вой фазы двумя теплообменкиками,при этом первый из них соединен входом с линией подачи исходной смесии выходом с оросительной системой,а второй соответственно с входомс нагнетающей и выходом с всасывающей ликиями теплового насоса,При этом дефлегматор установлен в укрепляющей части ректификаци-.окной колонны.На фиг. 1 изображена схема ректиФикацинной установки; на фиг.2схема, иллюстрирующая принципдействия элементов пассивной насадки; на Фиг.3 - схема, иллюстрирующая принцип действия элементов активной насадки.Ректификационная установка включает насадОчную ректификацисннуюколонну 1, к перегонному кубу 2и укрепляющей части 3 которой подключен через нагнетающую линию 4основной конденсатор 5 тепловогонасоса с компрессором 6. Дефлегматор 7 подключен к всасывающей линии Ьтеплового насоса и установлен вукрепляющей части 3 ректификационной колонны 1 параллельно конденсатору готового продукта 9, также нодключеккого к всасывающей линии Э. Лефлегматор 7 и кокценсатор готового продукта 9 являются параллельно включенными испарителями теплового насоса.Ректификационная установка включает также устройство 10 для предварительного подогрева исходного продукта, соединенное линией 11 подачи исходной смеси с исчерпывающей частью 12 колонны 1, в которой по ходу движения паровой фазы последовательно установлены два теплообменника 13 и 14 и выполняющую роль активной насадки, участвующей в тепло- обмене. Теплообменник 13 соединен с линией 11 подачи исходной смеси и оросительной системой 15.Теплообменник 13 является основным подогревателем исходной смеси. Теплообменник 14 соединен с нагнетаю щей линией 4 и всасывающей линией 8 теплового насоса и является дополнительным конденсатором теплового насоса, включенным параллельно основному конденсатору 5. О 20 Регулирующие вентили 16 расположены в испарительной и конденсаторнойчастях теплового насоса.В перегонном кубе 2 установлендополнительный нагреватель 17, питающийся от постороннего тепловогоЗОисточника.Для дросселирования жидкой фазытеплоносителя служит дроссель 18,разделяющий конденсаторную и испарительную части теплового насоса.Исходная смесь, подогретая в уст- З 5ройстве 10 для предварительного подогрева исходного продукта за счеттеплоты остатка, покидающего перегонный куб 2, поступает в исчерпывающую часть 12 колонны 1, в которой установлены теплообменники 13 и14. В теплообменнике 13 происходитосновной подогрев исходной смеси, ав теплообменнике 14 - конденсацияпара, идущего через регулирующийвентиль 16 от компрессора 6 теплового насоса,Исходная смесь, двигаясь в теплообменнике 13 противоточно паровойфазе, поступающей в исчерпывающуючасть 12 колонны 1 из перегонногокуба 2, подвергается дополнительномуподогреву, а затем с помощью оросительной системы 15 равномерно распределяется на активные насадки 55теплообменников 13 и 14 исчерпывающей части 12 колонны 1. При этомсмесь первоначально поступает на активную насадку, являющуюся на" ружной поверхностью теплообменника 14 одновременно выполняющего роль дополнительного конденсатора теплового насоса.На наружной поверхности исходная смесь доводится до состояния насыщения и кипит в стекающей пленке, образуя паровую фазу с преимущественным содержанием легкокипящего компонента.Затем кипящая пленка попадает на теплообменник 13, где ее кипение прекращается за счет интенсивного отвода теплоты к нагреваемой исходной смеси, движущейся в теплообменнике 13.Тепломассообмен в теплообменнике 13 ведет к преимущественной кон-, денсации из паровой фазы высококипящей составляющей, что приводит к соответствующему обогащению паровой смеси легкокипящей составляющей, Стекающая пленка попадает в перегонный куб 2, где она кипит по поверхности нагрева, служащей основным конденсатором 5 теплового насоса.Таким образом паровая фаза, выходящая из исчерпывающей части 12колонны 1, образованная в результате процессов кипения в перегонном кубе 2, а также в результате тепломассообмена в теплообменниках 13 и 14, содержащая в своем составе преимущественно легкокипящую составляющую, поступает в укрепляющую часть 3 колонны 1, в которой установлен дефлегматор 7. В укрепляющей части 3 колонны 1 за счет отвода теплоты в дефлегматор 7 происходит частичная конденсация паровой фазы и сепарация жидкой фазы, стекающей в виде пленки, образованной наружной поверхностью дефлегяатора 7. В процессе конденсации в жидкув фазу переходит высококипящий компонент и на выходе из укрепляющей части 3 колонны 1 получается практически чистая легкокипящая .составляющая с незначительным содержанием высококипящих примесей. Эта паровая фаза поступает в конденсатор готового продукта 9. Конденсация происхо дит на поверхности теппообмена, явля ющейся одновременно испарителем теплового насоса к компрессору 6 через регулирующий вентиль 16.Тепловой насос в ректификационной установке работает следующим образом.Пары теплоносителя, образующиеся в испарителях дефлегматоре 7 и конденсаторе готового продукта 9, подклю 5 ченных параллельно), поступают в компрессор 6 теплового насоса, где сжимаются за счет работы, затрачиваемой на привод.Сжатые пары поступают в конденсатор теплового насоса, образуемый двумя параллельно соединенными поверхностями теплообмена, одна из которых- основной конденсатор 5 теплового насоса, расположенный в перегонном 15 кубе 2, другая - дополнительный конденсатор теплового насоса (теплообменник 14).Жидкая фаза теплоносителя, образовавшаяся в основном и дополнительном конденсаторах 5 и 14 теплового насоса после дросселирования дроссель 18) вновь поступает в дефлегматор 7 и конденсатор 9.Наличие регулирующих вентилей 16 в испарительной и конденсаторной частях теплового насоса позволяет менять сопротивление во всасывающей 8 и нагнетающей 4 линиях теплового насоса, перераспределять пото- ЗО ки теплоносителя в параллельно соединенные линии дефлегматора 7 и конденсатора 9, и основного и,дополнительного конденсаторов 5 и 14, и тем самым менять распределение тепловых потоков в исарительной и конденсаторной частях теплового насоса. При этом, воздействуя на процессы тепломассообмена, изменяют состав 4 О .получаемого продукта.Таким образом, в данной установке использование теплообменников, установленных в исчерпывающей части колонны последовательно по ходу дви жекия паровой Фазы и выполняющих роль активной насадки, участвующей в теплообмене, позволяет интенсифицировать процесс тепломассообмена. Для доказательства рассмотрим два одина О ковых элемента насадки с площадью б Г , один из которых является элементом пассивной насадки, служащей только для создания развитой поверхности контакта взаимодействующих 55 фаз, а другой - элементом активной насадки, участвующей в теплообмене (Фиг.2 и 3). Примем, что в рассматриваемых вариантах паровая Фаза имеет одинаковые температуру 1 п и состав, который характеризуетсч одним и тем же порциальным давлением ,1 конденсирующейся составляющей. Флегма, стекающая по насадке, в обоих случаях поступает на элементы насадки с одной .и той же температурой 1 о и имеет одинаковый состав, Тогда в результате тепломассообмена на элементе пассивной насадки температура флегмы на выходе с элемента составляет величину 1 . Средняя температурастекающей пленки равнасрУдельные потоки теплоты с 1 т и массы а м могут быть выражены:= о ср)Я,с.а С и 1 срЛргде К и (3 - коэффициенты тепломассоотдачи,парциальное давлениепаровой Фазы конденсирующейся составляющей при температуре сБ случае активной насадки в результате отвода части теплоты в элемент активной насадки температура флегмы на выходе с элемента равка:с,Средняя температура пленки1 оф 1о 4ср;сри, соответственно, изменяются удельные потоки теплоты и массы:1 т" фи ср 1 Ст.:1- Ь, .,Проведенные исследования процессов тепломассообмена в аппаратах с активной насацкой показали, что коэффициент тепломассообмена увеличивается в активной каса тке в 2-3 раза в сравнении с пассивной -насадкой.Следовательно, при использовании активной насадки за счет интенсификации тепло- и массообмена сокращается высота насадки, соответственно уменьщаются габаритные размеры ректификациокной колонны, что приводитк пропорциональному уменьшению в 2-3 раза удельных тепловых потерь в окружающую среду на единицу производимой продукции,Кроме того, сокращение энергозатрат в ректификационной установке связано с отсутствием расхода охлаждающей воды на дефлегматор и расходом пара на основной подогреватель исходной смеси.При этом появляется возможность уменьшить материалоемкость ректификационной установки и тем самым сниФзить капитальные вложения за счетсокращения ее габаритных размеров,поскольку насадки в исчерпывающейи укрепляющей частях колонны выпол нены соответственно в виде теплообменных поверхностей основного подогревателя исходной смеси и дефлегматора.Годовой экономический эффектот внедрения данной установки составляет 36652 руб на одну ректификационную установку с производительностью 1000 кг спирта в час.112108 М Составитель В.ТарасоТехред Т,Маточка Тираж 6 ВНИИПИ Государственн по делам изобретений 113035, Москва,Ж, акаэ 7844 3 Подпис го комитета СССРоткрытииаушская наб., д. 4 лиал ППП "Патент", г. Ужгоро Проектная дактор Н.Воловик орректор И.Куска