узел отпарки ректификационной колонны

Формула изобретения

Узел отпарки ректификационной колонны, содержащий основной кипятильник, присоединенный к циркуляционной линии, и дополнительный кипятильник, вывод паров из которых соединен с вводом паров в ректификационную колонну, и линию вывода кубового остатка, отличающийся тем, что линия вывода кубового остатка проходит через дополнительный кипятильник.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области тепломассообменной техники, в частности к устройству ректификационных колонн.

Известен противоточный пленочный испаритель [1], состоящий из вертикального кожухотрубчатого теплообменника, верхней камеры, снабженной штуцерами ввода жидкости и вывода паров и распределительными устройствами, и нижней камеры, снабженной штуцером вывода жидкости.

Известно устройство узла отпарки ректификационной колонны, содержащее кипятильник, присоединенный к вводу паров в ректификационную колонну, циркуляционную линию и линию вывода кубового остатка [2]. В качестве кипятильника могут быть использованы как кипятильники термосифонного типа, так и пленочные испарители, циркуляция может быть естественная или принудительная, вывод кубового остатка может осуществляться самотеком или с помощью насоса.

Такое устройство узла отпарки ректификационной колонны имеет следующие недостатки. Кубовый остаток может содержать большое количество низкокипящих компонентов (НКК). Это происходит в следующих, случаях. Когда целевым продуктом колонны является дистиллят, система регулирования не позволяет поддерживать низкое содержание НКК в кубе колонны. Многие продукты имеют высокие температуры кипения, и даже в условиях вакуумной ректификации не удается отпарить значительную часть НКК от высококипящих компонентов (ВКК). При ректификации производительность кипятильника и содержание НКК в кубовом остатке тесно взаимосвязаны. При уменьшении содержания НКК растет температура кипения жидкости и падает производительность кипятильника. Приходится идти на компромиссный вариант при выборе между высокой производительностью и низким содержанием НКК в кубовом остатке. Значительный объем жидкости в кубовой части колонны и кипятильнике приводит к большому времени пребывания жидкости в зоне высоких температур и к термическому разложению многих продуктов. Это не позволяет повышать температуру куба, например, за счет использования теплоносителя с более высокими температурами и тоже приводит к ограничению производительности кипятильника и увеличению содержания НКК в кубовом остатке. Во многих случаях кубовая жидкость содержит практически не кипящие компоненты, смолы и механические примеси. Эти компоненты снижают коэффициент теплопередачи и производительность кипятильника и приводят к его загрязнению.

Задачей изобретения является повышение производительности и снижение содержания низкокипящих компонентов в кубовом остатке.

Технический результат достигается тем, что в известном узле отпарки ректификационной колонны, содержащем кипятильник, присоединенный к вводу паров в ректификационную колонну, циркуляционную линию и линию вывода кубового остатка, согласно изобретению к линии вывода кубового остатка присоединен противоточный пленочный испаритель, верхняя камера которого соединена с вводом паров в ректификационную колонну.

Кубовый остаток из колонны попадает в противоточный пленочный испаритель, частично испаряется и выводится. Образовавшиеся пары возвращаются в колонну. В противоточном пленочном испарителе происходят тепломассообменные процессы и состав паров достаточно близок к равновесному составу поступающей жидкости, а содержание НКК в выводимом кубовом остатке ниже, чем на входе в испаритель. Пленочный испаритель не окажет большого влияния на систему регулирования, так как количество паров из испарителя много меньше, чем количество паров из кипятильника, а их состав близок к равновесному. Таким образом можно уменьшить содержание НКК в выводимом кубовом остатке или увеличить содержание НКК в кубе колонны и, соответственно, снизить температуру и увеличить производительность кипятильника. Время пребывания жидкости в пленочном испарителе очень мало и можно применить высокотемпературный теплоноситель, не опасаясь термического разложения продуктов. Количество жидкости, отводимой из куба колонны в пленочный испаритель, больше, чем требуется по материальному баллансу на количество паров, возвращаемых в колонну. При этом в колонну не возвращаются малокипящие компоненты и механические примеси и их концентрация в кубе колонны уменьшается. Это также увеличивает производительность кипятильника. Таким образом, использование предлагаемого устройства узла отпарки ректификационной колонны позволяет повысить производительность кипятильника и снизить содержание НКК в кубовом остатке.

На чертеже показана схема узла отпарки ректификационной колонны.

Кипятильник 1 присоединен к вводу паров в ректификационную колонну 2. Циркуляционная линия 3 соединяет штуцер вывода жидкости из колонны 4 и штуцер ввода жидкости в кипятильник 5. К циркуляционной линии 3 присоединена линия вывода кубового остатка 6, снабженная насосом 7. К линии вывода кубового остатка 6 присоединен противоточный пленочный испаритель 8, верхняя камера которого соединена с штуцером ввода паров 9 в ректификационную колонну 2.

Узел отпарки ректификационной колонны работает следующим образом. Жидкость из кубовой части колонны через циркуляционную линию 3 попадает в кипятильник 1 и частично испаряется. Пары и неиспарившаяся часть жидкости возвращаются в колонну через штуцер ввода паров в ректификационную колонну 2. Часть жидкости откачивается насосом 7 в линию вывода кубового остатка 6 и попадает в противоточный пленочный испаритель 8. Жидкость частично испаряется, пары возвращаются в колонну 2 из верхней камеры противоточного пленочного испарителя 8 через штуцер ввода паров 9 в ректификационную колонну 2. Кубовый остаток выводится из нижней камеры противоточного пленочного испарителя 8.

Предлагаемая конструкция узла отпарки ректификационной колонны обеспечивает снижение концентрации низкокипящих компонентов в кубовом остатке и перераспределение концентраций компонентов в кубе колонны в сторону снижения концентрации высококипящих компонентов. Это обеспечивает повышение производительности основного кипятильника ректификационной колонны, а также снижение температуры куба и уменьшение термического разложения продуктов. Количество жидкости, поступающей в противоточный пленочный испаритель, много меньше количества жидкости, циркулирующей через кипятильник. Соответственно, размер пленочного испарителя много меньше размера кипятильника и суммарная стоимость кипятильника и пленочного испарителя может оказаться меньше стоимости большего кипятильника такой же производительности. Малый размер пленочного испарителя и простота конструкции позволяют получить значительный эффект при малых затратах на реконструкцию существующих установок.

Узел отпарки ректификационной колонны может быть использован в химической и нефтехимической промышленности для повышения производительности и эффективности вакуумных ректификационных колонн, например в установках ректификации ди- и триэтаноламина.

Источники информации

1. Трошенькин Б. А. Циркуляционные и пленочные испарители и водородные реакторы.- Киев: Наук. Думка, 1985. -176 с.

2. Коган В.Б., Харисов М.А. Оборудование для разделения смесей под вакуумом. -Л.: Машиностроение, 1976. - 375 с.