Установка для изучения теплообменно-конденсационных процессов

.,с.с с ;.,сс " сСс 3,В,А,МороСР ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство ССМ 559715, кл. В 01 0 3/32, 1977;Бунин В,Б. Кандидатская диссертация. М.; МИНХ и ГП, 1972, инв.номер К 117962.Крель 3. Руководство по лабораторной перегонке. М.: Химия, 1980, стр. 208 - 214 (и рототип).(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕПЛООБМЕННО-КОНДЕНСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ(57) Использование: Изобретение относится к лабораторным экспериментальным установкам непрерывного действия для изучения работы конденсационных секций атмосферно-вакуумных колонн и может найти применение при выполнении исследоваИзобретение относится к лабораторным экспериментальным установкам непрерывного действия для изучения работы конденсационных секций атмосферно-вакуумных колонн и может найти применение при выполнении исследовательских и опытных работ в нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности,Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых значений параметров теп 1808344 А 1 тельских и опытных работ в нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности и решает задачу расширения диапазона измеряемых значений параметров теплообменно-конденсационных процессов на пакете барботажных тарелок в вакууме и повышения достоверности оперативно получаемых конечных результатов, Сущность изобретения заключается в том, что колонна имеет несколько тарелок, каждая из которых снабжена устройствами измерения температуры паров и жидкости и узлам вывода и ввода жидкости, соединенными через эапорно-регулировочные устройства соответственно с приемным и распределительным коллекторами, которые через холодильник, мерную емкость и насос соединены между собой и.образуют контур циркуляции теплоотводящей жидкости на тарелках, а на перетоках между колонной и приемным коллектором имеется по два от- й вода с зажимами для присоединения пробоотборников. 1 з,п,ф-лы, 3 ил. лообменно-конденсационных процессов и повышение достоверности и оперативности получаемых конечных результатов.На фиг. 1 показан общий вид установки для изучения теплообменно-конденсационных процессов; на фиг, 2 - пример отбора жидкой фазы с тарелки колонны; на фиг, 3 - технологические схемы работы установки.Установка состоит иэ колонны 1 с кол- пачково-барботажными тарелками 2, нагревателя 3 и куба 4 для подвода тепла,устройства конденсации паров 5, холодильников 6, 7, 8, приемников продуктов 9, 10, 11 и системы создания и поддержания вакуума (вакуумный насос 12, буферная емкость 13, вакууметр 14). Колонна снабжена на каж дой тарелке устройствами измерения температуры паров и жидкости (е - место расположения термопар) и узлами вывода 15 и ввода 16 жидкости; соединенными через запорно-регулировочные устройства 17 10 соответственно с приемным 18 и распределительным 19 коллекторами, которые через холодильник 8, мерную емкость 20 и насос 21 соединены между собой и образуют контур циркуляции теплоотводящей жидкости 15 на тарелках, а на перетоках между колонной 1 и приемным коллектором 18 имеется по два отвода с запорными устройствами 22 для присоединения пробоотборников 23 (фиг. 2). Установка включает емкость сырья 20 24 и ротаметр 25 для замера расхода сырья.В кубе 4 имеется устройство 26 для ввода инертного газа (пара), который подогревается в нагревателе 27.На устройстве конденсации паров 5 25находится узел регулирования отбора фракций и контроля орошения 28. Узел регулирования имеет сужение трубки, которое запирает регулирующая игла, вращающаяся вручную. Аналогичную конструкции име ет и запорно-регулировочное устройство 17,Коллектор 18 обьединяет отводы флегмы со всех тарелок в циркуляционный контур и позволяет придать установке универсальность по количеству технологи ческих вариантов циркуляции флегмы перечисленных ниже, т.е. отвечает указанной выше цели "расширение диапазона измеряемых значений параметров изучаемых процессов". 40Коллектор 18 позволяет отобрать пробыжидкости со всех тарелок одновременно и при этом без искажений их качества, ибо они отбираются (фиг, 2) на перетоках 29 между тарелкой 2 и коллектором 18, 45Отбор жидкой пробы на анализ осуществляют следующим образом. Флегма с тарелки двигаясь в переводнике 29 затекает в . пробоотборвик 23. При накоплении достаточного количества отбираемой жидкости, 50 закрывают кран 15; или же эапорнцми устройствами 22 отсекают пробоотборник 23 от переводника 29.На фиг. 3 показано 4 из возможных схемявляющихся основными: 55Схема 1 - эта схема позволяет изучитьполноту конденсации всего парового потока в ректификационной колонне, работающей в качестве укрепляющей, когда флегма по линии 30 (все остальные переточные линии с тарелок закрыты) через холодильник 9, мерную емкость 20, насосом 21 подается по линии 31 на верхнюю тарелку (1). Возможен возврат фпегмы одновременно на несколько тарелок (например на 1, 2 и 3).Схема 2 - эта схема позволяет изучить процессы конденсации паров на тарелках ВЦО вакуумной ректификационной колонны, а также изучить процессы тепло- и массообмена на этих тарелках, когда флегму отводят по линии 32 и возвращают по линии 31 (ВЦО на трех тарелках), а нижележащие тарелки работают как ректификациомнце.Схема 3 - по схеме 3 изучают кондейсационные процессы на тарелках ПЦО с тбМ ки зрения влияния их на качество бокову продукта отбираемого выше этой секций Изучают также процессы тепломасообм 4 на этих тарелках. Флегму выводят по лМЬМ ЗЗ и возвращают по ливии 34. 1,Схема 4 - это схема позволяет иэучЖЪ влияние комбинированного орошения, Э именно: верхнего циркуляционного оройения и острого, испаряющегося орошения иа качество отбираемого бокового продукта и на полноту конденсации парового потока приходящего в секцию ВЦО, когда флегму выводят по линии 32 и возвращают основную часть по линии 31 (ВЦО), а оставшуюся часть по линии 34 (острое, испаряющееся орошение).Работа предлагаемой установки приводится по каждой схеме отдельно:Схема 1, По этой схеме установка работает следующим образом;Перед началом опыта фиксируют количество сырья в емкости 24(фиг, 1), Включают электрообогревы. Исходное сырье из емкости 24 самотеком через ротаметр 25, направляется в нагреватель сырья 3, из которого сырье в парожидкостном состоянии, поступает в питательную зону колонны, В обогреваемом кубе 4 колонны образуется дополнительный паровой поток, который в смеси с парами исходного сырья и инертного газа поступает на тарелки колонны. На тарелках паровой поток конденсируется циркулирующий жидкостью (см;ниже) и весконденсированная часть этого пара конденсируется в холодильнике 6. Образо. вавшаяся флегма стекает обратно в колонну. С низа колонны из куба 4, остаток по ликии 35, охлаждаясь в холодильнике 7, отбирается в емкость 11. При наборе определенного уровня жидкости на нижней тарелке, открыв кран 15 (фиг. 2), выводят флегму по линии 30 (см,фиг, 3), через приемный коллектор и через холодильник 8 в мерную емкость 30. После накопления достаточного количества жидкости в этойемкости включают в работу насос 21, который ее подает через распределительныйколлектор по линии 31 на верхнюю тарелкуколонны, Температура жидкости, вводимойна тарелку, регулируется электрообогревом, нанесенным на распределительныйколлектор 19 (фиг. 1),При необходимости, часть циркулирующей флегмы, как боковой продукт по линии37 можно вывести в приемник 10, С верхаколонны через узел 28 по линии 36 в приемник 9 отбирают несконденсированные в колонне продукты. Несконденсировавшиесягазы откачивают вакуумным насосом 12 полинии 38, При выходе установки на стабильный режим работы фиксируют расход сырья(по ротаметру) отбираемых продуктов, количество циркулирующего орошения и инертного газа подаваемого в куб черезнагреватель 27, а также температурный режим колонны.Расход остатка верхнего и боковогопродуктов замеряют по соответствующимемкостям, на которые нанесены мерные деления; или же после окончания опыта взвешиванием. Расход циркуляционногоорошения измеряют по показаниям мернойемкости 20 или же по производительностинасоса 21.Расход инертного газа - газовым счетчиком ГСБкл. 1 (на фиг, 1 не показан).Температуры измеряют термопарами навсех жидкостных и паровых потоках как всамой колонне, таки вне ее (на фиг. 1место расположения термопар).Интенсивность электронагревов регулируют латрами, При. выходе установки настабильный режим работы, для определения изменения функционального составажидкой фазы на каждой тарелке колонны,. отбирают пробы жидкости со всех тарелокодновременно; как описано выше (фиг, 2).После окончания опыта составляют материальный и тепловой балансы колонны,Для всех отобранных продуктов и проб жидкости с каждой тарелки определяют плотность и фракционный состав, На основеэтих данных судят о закономерностях изменения состава парового и жидкого потокапо высоте колонны,Схема 2.Работу установки по схеме 2 до выходана стабильный режим осуществляют как посхеме 1, При достижении стабильного режима работы и определенного уровня жидкости на тарелке ВЦО, открыв кран 15 (фиг. 2)выводят флегму по линии 32 (см,фиг. 3), вприемный коллектор 18, Выводимая жидкость, охладившись в холодильнике 8, поступает в мерную емкость 20. По мере накопления достаточного количества жидкости в мерной емкости, включают в работунасос 21, который подает ее в распределительный коллектор 19 и из него по линии 315 через запорно-регулировочное устройство17 на верхнюю тарелку колонны. С верхаколонны через узел 28 по линии 36 выводится верхний продукт в приемник 9. При необходимости, часть циркулирующей флегмы,10 как боковой продукт по линии 37 можновывести в приемник 10. При выходе установки на стабильный режим работы, начинаютотбирать пробы жидкой фазы с тарелок.Схема 3.15 До выхода на стабильный режим, работу осуществляют аналогично схеме 1. Придостижении стабильного режима работы иопределенного уровня жидкости на тарелкевывода ПЦО, открыв кран 15 орошение вы 20 водят по линии 33 (см.фиг. 3),через приемный коллектор и через холодильник 8 вмерную емкость 20.После накопления достаточного количестве жидкости в этой емкости включают в работу насос 21, который25 подает ее через распределительный коллектор 19 по линии 34 в колонну, В данномслучае под ПЦО подключено 2 тарелки, Сверхней ректификационной тарелки выводятбоковои продукт (на фиг. 3 по линии 32),30 Для исследования влияния количества тарелок, включенных под ПЦО на качество бокового продукта, изменяют число этих тарелок(2, 3, 4 и т.д,). При выходе установки настабильный режим работы измеряют расход35 сырья (по ротаметру), отбираемых продуктов, количество циркулирующего орошенияи инертного газа, а также температурныйрежим колонны, как это изложено в описа-.нии схемы 1. Со всех тарелок колонны отби 40. рают пробы жидкости на анализ. Поокончании опыта составляют материальныйи тепловой балансы колонны. Для отобран. ных проб жидкости с тарелок и боковогопродукта определяют фракционный состав45 и плотность,На основе этих данных судят о закономерностях измерения состава парового ижидкого потоков по высоте колонны, Изменяя количество и температуру циркулирую 50 щего орошения выявляют влияние их накачество бокового продукта.Схема 4.По данной схеме установку выводят настабильный режим работы как и по схеме 1,55 При стабильном режиме работы и накоплении определенного уровня жидкости на тарелке вывода ВЦО, открыв кран 15, выводят.орошение по линии 32 и возвращают основную часть по линии 31, а оставшуюся частьпо линии 34 (см. фиг,3). Часть циркулирующей флегмы, как боковой продукт по линии 37 выводятв приемник 10. Замеряют расход сырья (по ротаметру 25), продуктов и циркулирующего орошений, а также измеряют температуру. Отбирают с тарелок пробы жидкой фазы на анализ, Изменяя количество и температуру циркулирующего орошения определяют влияние их на качество бокового продукта и полноту конденсации парового потока в секцииВЦО,По окончании опыта составляют материальный и тепловой балансы, определяют. .фракционный состав и плотность всех отобранных продуктов и проб с тарелок. На основе этих данных судят о закономерностях изменения состава парового и жидкого потоков по высоте колонны.Сопоставительный анализ показывает, что заявляемая конструкция установки для изучения теплообменно-конденсационных процессов в сравнении с прототипом и другими известными устройствами отличается тем, что каждая тарелка колонны снабжена устройствами для измерения температуры паров и жидкости и выводными патрубками для отвода циркулирующей жидкости флегмы с каждой тарелки, соединенными через запорные узлы с общим вертикальным приемным коллектором и имеющим узлы для отбора проб, приемный коллектор через холодильник, мерную емкость и насос, соединен с напорным коллектором, который с помощью вводных патрубков с регулирующими устройствами соединен с каждой тарелкой колонны, образуя контур циркуляции теплоотводящей флегмы на тарелках по различным схемам теплоотвода.Результаты использования установки подтверждают, что все изменения, внесенные в конструкцию ее, позволяют в лабораторных условиях расширить диапазон измеряемых значений параметров теплообменно-конденсационных процессов на пакете барботажных тарелок в вакууме и повысить достоверность оперативно пол учаемых конечных результатов при прове- .дении исследовательских работ и анализе нефтепродуктов.Формула изобретения.1. Установка для изучения теплообмен но-конденсационных процессов в вакууме,включающая колонну с тарелками, снабженными устройствами для измерения температуры паров и жидкости и патрубками для вывода и ввода жидкой флегмы с каждой 15 тарелки с узлами отбора проб, нагревательсырья, куб, устройство для конденсации паровсверху колонны, холодильники, прием-.ники продуктов и систему создания и поддержания вакуума, о т л и ч а ю щ а я с я 20 тем, что, с целью расширения диапазоназначений измеряемых параметров теплообменно-конденсационных процессов и повышения достоверности и оперативности получаемых конечных результатов, колонна 25. снабжена вертикальными приемным и напорным коллекторами, при этом каждая тарелка колонны соединена через выводные патрубки с приемным коллектором, который через холодильник, мерную емкость и насос 30 соединен с напорным коллектором,.который через выводные патрубки соединен с каждой тарелкой колонны, образуя контур циркуляции теплоотводящей флегмы на тарелках.35 2.Установкапоп.1,отличаюЩаясятем, что узлы отбора проб выполнены в виде съемных сосудов с двумя патрубками, один из которых входит внутрь, не доходя до дна сосуда, и оба соединены снизу посред ством устройств с каждым выводным патруб ком.1808344 Юл. 5Составитель А. МановянТехред М. Моргентал,Редактор рректор С. Пекарь Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 аказ 1232 Тираж Подписное ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5