СПОСОБ СОЗДАНИЯ РИСАЙКЛА В ПРОЦЕССЕ ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в процессах жидкостной экстракции, например в нефтепереработке на установках селективной очистки масляных фракций такими растворителями, как фенол, фурфурол, М- метил-2-пирролидон и другие.

Уровень техники
Поскольку изобретения по п. 1 и по п. 2 формулы являются вариантами, то их аналоги и прототип являются общими.

В качестве аналогов можно выделить следующие способы создание рисайкла (потока в промывной части экстракционной системы, движущегося в противотоке к потоку растворителя, и называемого также потоком орошения):
Первый аналог - это способ создания орошения отводом тепла [1, с. 227]. В этом способе при противоточной экстракции разделяемой смеси (сырья) избирательным растворителем экстрактный раствор промывной части экстракционной системы охлаждают, в результате чего образуется псевдорафинатная фаза, которую возвращают обратно в экстракционную систему в ее промывную часть. Этот способ из-за близких свойств потоков экстрактной фазы и псевдорафинатной фазы не позволяет интенсифицировать процесс в промывной части, то есть получить значительный поток рисайкла, создать высокую разность плотностей потока экстрактной фазы и потока рисайкла, которая является движущей силы процесса сепарации взаимодействующих фаз. В результате этого достаточно низок отбор рафината (являющегося очищенной от нежелательных компонентов исходной смесью, то есть целевым продуктом процесса), который получается после регенерации растворителя из рафинатного раствора, отводимого из экстракционной части экстракционной системы.

Второй аналог - это способ создания рисайкла введением антирастворителя [1, с. 232]. В этом способе при противоточной экстракции разделяемой смеси (сырья) избирательным растворителем антирастворитель подают в промывную часть экстракционной системы. В этом способе за счет снижения растворяющей способности растворителя выделяется поток рисайкла. В результате такого получения потока рисайкла он не позволяет интенсифицировать процесс в промывной части, то есть получить значительный поток рисайкла, создать достаточно высокую разность плотностей потока экстрактной фазы и потока рисайкла, которая является движущей силы процесса сепарации взаимодействующих фаз. В результате этого отбор рафината достаточно низок.

Например, в нефтепереработке, при очистке масляных фракций (сырья) таким селективным растворителем, как фенол, процесс осуществляется в экстракционных колоннах гравитационного типа (экстракторах), где сырье, вводимое в среднюю часть экстрактора, контактирует в противотоке с растворителем, вводимым в верхнюю часть экстрактора, а в качестве антирастворителя используется фенольная вода, подаваемая в нижнюю часть экстрактора [2, с. 207]. Основным недостатком этого способа является относительно низкий отбор рафината и плохая работа промывной части экстрактора. Кроме этого, отсутствуют резервы для повышения эффективности процесса жидкостной экстракции в промышленных аппаратах из-за малых количеств потока рисайкла в зоне ниже ввода сырья (зоне орошения или промывной зоне экстрактора), а также невысокого значения температурного градиента (разности температур между верхом и низом экстрактора).

Третий аналог - это способ создания рисайкла введением экстрактной фазы или экстракта [1, с. 235]. В этом способе при противоточной экстракции разделяемой смеси (сырья) избирательным растворителем рисайкл создается путем полного (с получением экстракта) или частичного удаления из экстрактного раствора экстрагирующего растворителя и частичным возвратом получающегося продукта в экстракционную систему в промывную часть (зону орошения). В этом способе подаваемый рециркулят взаимодействует с внутренним потоком экстрактного раствора, поступающего из зоны ввода сырья, и отбирает из него часть растворителя, за счет чего из-за образующегося недостатка растворителя часть компонентов с небольшим количеством растворителя выделяется в виде внутреннего потока рафинатного раствора - рисайкла. Этот способ позволяет лишь незначительно повысить отбор рафината, но не позволяет получить значительный поток рисайкла. Разность плотностей потока экстрактной фазы и потока рисайкла, которая является движущей силой процесса сепарации взаимодействующих фаз, также невелика. Основным недостатком этого способа является относительно низкий отбор рафината. Кроме этого, отсутствуют резервы для повышения эффективности процесса жидкостной экстракции в промышленных аппаратах из-за малых количеств рафинатного раствора (рисайкла) и низких значений движущей силы процесса сепарации фаз (разности плотностей взаимодействующих потоков) в промывной части экстрактора, а также невысокого значения температурного градиента.

Например, в нефтепереработке, при очистке масляных фракций (сырья) селективным растворителем, где процесс осуществляется в гравитационных экстракторах, с вводом растворителя в верхнюю часть экстрактора, а сырья - в среднюю часть экстрактора, для орошения может подаваться часть охлажденного экстракта, получаемого после регенерации растворителя из экстрактного раствора [3] . Этот способ не дает значительного прироста отбора рафината, а также мала эффективность процесса экстракции в промышленных аппаратах в зоне ниже ввода сырья (зоне орошения или промывной зоне экстрактора) из-за малых количеств потока рисайкла.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и существенным признакам к предлагаемым способам, то есть прототипом, является третий аналог.

Сущность изобретения
Сущность изобретения заключается в том, что рисайкл в промывной части многоступенчатой экстракционной системы при противоточной экстракции разделяемой смеси избирательным растворителем создается путем подачи в промывную часть экстракционной системы части рафинатного раствора, которую отбирают из экстракционной части экстракционной системы, или части рафината, полученного после регенерации растворителя из рафинатного раствора, отбираемого из экстракционной части экстракционной системы.

Основной целью настоящего изобретения является повышение отбора рафината в процессе жидкостной экстракции за счет его интенсификации.

Поставленная цель достигается тем, что в промывную часть экстракционной системы подается часть рафинатного раствора, которую отбирают из экстракционной части экстракционной системы, или часть рафината, полученного после регенерации растворителя из рафинатного раствора, отбираемого из экстракционной части экстракционной системы.

Ввод части рафинатного раствора или части рафината (рециркулята) позволяет осуществить селективное перераспределение сырьевых компонентов и растворителя, связанное с их различной взаимной растворимостью во взаимодействующих между собой потоках рафинатного и экстрактного растворов внутри экстракционной системы. В результате этого перераспределения происходит дополнительное извлечение ценных сырьевых компонентов из экстрактного раствора, поступающего в промывную часть экстракционной системы из зоны питания, и увеличение отбора рафината в пересчете на массу исходного сырья. Повышение эффективности процесса жидкостной экстракции достигается за счет увеличения движущей силы процесса сепарации встречных взаимодействующих потоков в нижней части экстрактора, роста температурного градиента и увеличения количества внутренних потоков рафинатного раствора.

Экстракционную систему можно охарактеризовать совокупностью теоретических (равновесных) ступеней экстракции. В связи с тем, что на каждой теоретической ступени происходит взаимный массообмен компонентами между взаимодействующими фазами до состояния фазового равновесия, экстрактный раствор ступени ввода сырья содержит некоторое количество ценных сырьевых компонентов, потеря которых недопустима. Воздействием на этот экстрактный раствор рафинатным раствором или рафинатом из него удается выделить в основном ценные компоненты, близкие по своей углеводородной природе к рафинатному раствору или рафинату.

Предлагаемые способы создания рисайкла в промывной части экстрактора реализуются в экстракционной системе, состоящей из экстракционной (или концентрационной) части, зоны питания (ввода сырья) и промывной (или отгонной) части. В отличие от прототипа, в заявленном способе усиленна эффективность работы отгонной части экстрактора за счет подачи в нее части рафинатного раствора или части рафината.

Увеличение массовых внутренних потоков рафинатного раствора и суммарных встречных взаимодействующих (или равновесных) потоков по ступеням приводит к более эффективному взаимодействию внутренних потоков. Это позволяет интенсифицировать процесс экстракции и позволит расширить диапазон работы по загрузке сырьем как в существующих промышленных экстракторах, в особенности работающих на пониженных загрузках по сырью, так и во вновь проектируемых аппаратах.

Совокупность отличительных признаков, описанных выше, обеспечивает новые технические свойства предлагаемого способа: повышение отбора рафината за счет организации более высокой эффективности работы экстракционной системы; увеличение массовых внутренних потоков рафинатного раствора и суммарных встречных взаимодействующих потоков по ступеням экстракционной системы; повышение разности плотностей потоков экстрактного раствора и рафинатного раствора в промывной части экстракционной системы, что повышает движущую силу процесса сепарации взаимодействующих фаз.

Перечень фигур чертежей и иных материалов
В приложении приведены следующие фигуры:
1) фиг. 1 - экстракционная система в виде колонного экстрактора;
2) фиг. 2 - экстракционная система в виде системы смесителей-отстойников;
3) фиг. 3 - экстракционная система в виде двух полных колонных экстракторов;
4) фиг. 4 - экстракционная система в виде экстрактора с растворителем легче сырья;
5) фиг. 5 - экстракционная система с вводом антирастворителя в промывную часть экстрактора;
6) фиг. 6 - экстракционная система с вводом экстракта в промывную часть экстрактора;
7) фиг. 7 - экстракционная система с вводом рафинатного раствора в промывную часть экстрактора;
8) фиг. 8 - экстракционная система с вводом рафината в промывную часть экстрактора.

Реализация экстракционной системы может быть различна. Это могут быть, например, экстракционная колонна гравитационного типа (экстрактор), группа экстракторов, система смесителей-отстойников, центробежные экстракторы и другие.

На фиг. 1-8 приведены возможные, но не ограничивающие область применения изобретений варианты экстракционной системы с вводом одного рециркулята. Возможен также ввод нескольких рециркулятов в экстракционную систему.

В качестве примера на фиг. 1 представлен экстрактор, характеризуемый пятью теоретическими ступенями, являющийся экстракционной системой, где растворитель тяжелее сырья и подается в верхнюю часть экстрактора, сырье в среднюю часть экстрактора, образуя таким образом экстракционную часть. В промывную часть экстрактора, в данном случае нижнюю, подается рециркулят. Эта колонна является полной, то есть состоящей из экстракционной (или концентрационной) части и промывной (или отгонной) части.

Та же самая экстракционная система по фиг. 1 может быть представлена системой смесителей-отстойников (фиг. 2), где каждый смеситель-отстойник с первого (1) по пятый (5) является одной теоретической ступенью, а схема движения и взаимодействия потоков рафинатных растворов (R) и экстрактных растворов (Е) описывает их взаимодействие по аналогии с пятиступенчатым экстрактором.

На фиг. 3 представлена экстракционная система, состоящая из двух подсистем в виде двух полных экстракторов. Здесь в обоих экстракторах в отгонные части подается рециркулят. В первом экстракторе разделяемая смесь (сырье) экстрагируется потоком, обладающим свойствами селективного растворителя, а именно промежуточным экстрактным раствором второго экстрактора. Во втором экстракторе растворитель взаимодействует с разделяемой смесью, которой является поток рафинатного раствора из первого экстрактора [4]. Рециркулятом по предлагаемым способам в любой экстрактор может быть как часть рафинатного раствора первого экстрактора, так и часть рафинатного раствора или рафината второго экстрактора.

На фиг. 4 представлен вариант, когда разделение сырья происходит в экстракторе растворителем легче сырья. В этом случае растворитель подается в нижнюю часть экстрактора.

На фиг. 5 - 8 представлены схемы, по которым в качестве примера производился расчет процесса экстракции масляной фракции фенолом. Фиг. 5 показывает способ создания рисайкла в промывной части экстракционной системы подачей антирастворителя, фиг. 6 - подачей экстракта, фиг. 7 - подачей рафинатного раствора, фиг. 8 - подачей рафината.

В табл. 1 - 6 представлены часть результатов расчетов, которые подтверждают достижение поставленной задачи.

В табл. 1 приведен массовый состав модельной смеси, в табл. 2 - массовый отбор рафината r по отношению к сырью и разность плотностей на четвертой (Δρ₄) и пятой (Δρ₅) ступенях для основных примеров представленных четырех серий расчетов, табл. 3 - массовый отбор рафината r по отношению к сырью для второй, третьей и четвертой серий расчетов при подаче рециркулята при температуре 50^oC, табл. 4 - массовый отбор рафината r по отношению к сырью для второй, третьей и четвертой серий расчетов при подаче рециркулята массой 60 кг в зависимости от его температуры, табл. 5 - массовые составы потоков рафинатных растворов на четвертой (R₄) и пятой (R₅) ступенях для аналогов и предлагаемых способов для основных примеров четырех серий расчетов, табл. 6 - распределение температур (T_i) рафинатных (R_i) и экстрактных (E_i) потоков, суммарных потоков (R_i+E_i) по ступеням для аналогов и предлагаемого способа для основных примеров четырех серий расчетов.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Для проверки предлагаемого способа на примере селективной очистки масляных фракций фенолом проведены исследования на ЭВМ (электронной вычислительной машине) с помощью модели адиабатической противоточной многоступенчатой жидкостной экстракции. Одним из основных элементов расчета на ЭВМ противоточной адиабатической многоступенчатой жидкостной экстракции является расчет коэффициентов активности, для расчета которых использовался метод группового вклада. Для этого на основании группового и химического анализа сырья оно было представлено в виде модельной смеси, состоящей из 12 компонентов, характеризующих следующие группы углеводородов: парафины, изопарафины, нафтены, однокольчатая и многокольчатая ароматика. В качестве антирастворителя использовалась фенольная вода, а растворителем был сухой фенол, то есть к системе добавляется 13-й компонент - вода и 14-й компонент - фенол. Таким образом расчет фазового равновесия между взаимодействующими потоками на каждой теоретической ступени проводился для 14 компонентов.

Что касается процесса фенольной очистки масляных фракций, то в промышленности широкое распространение получил способ создания рисайкла путем ввода в промывную часть экстрактора фенольной воды, являющейся антирастворителем. Предлагаемые способы дают возможность, в частности на установках фенольной очистки масляных фракций, отказаться от использования фенольной воды. В этом процессе можно также в качестве растворителя использовать сухой фенол, а не обводненный фенол. Основные преимущества здесь следующие: избавление от водного контура на установке и таким образом решение экологической проблемы, связанной с уносом фенола с установки вместе с водой; удаление целого аппарата - колонного абсорбера для поглощения фенола из водного потока; меньшие энергетические затраты - не надо выделять воду из азеотропных смесей.

Из лабораторных исследований известно, что эффективность промышленных экстракторов селективной очистки различных нефтяных масляных фракций эквивалентна трем - пяти теоретическим ступеням. В связи с этим при очистке в качестве примера IV масляной фракции фенолом в качестве прототипа была выбрана схема с пятью теоретическими ступенями, то есть с более жесткими условиями, когда речь идет об увеличении выхода рафината.

В качестве примера взят экстрактор с пятью теоретическими ступенями, где растворитель подается на первую ступень, сырье - на третью ступень, а антирастворитель или рециркулят - на пятую ступень (фиг. 5-8).

Проведено несколько серий расчетов: по второму аналогу (первая серия) с подачей антирастворителя - фенольной воды, прототипу (вторая серия) с подачей экстракта и предлагаемым способам с подачей рафинатного раствора (третья серия) или рафината (четвертая серия).

При расчетах на каждой теоретической ступени достигалось фазовое равновесие взаимодействующих потоков (рафинатного и экстрактного растворов, поступающих с соседних ступеней).

Температуры сырья, растворителя, рециркулята, их расходы, отбор и состав рафината и экстракта зависят от особенностей конкретного технологического процесса и требований, предъявляемых к качеству и отбору рафината. В приведенных примерах для очистки IV масляной фракции количество сырья, растворителя (фенол), их температуры ввода, а также число теоретических ступеней в экстракторе были одинаковы для всех серий расчетов. Соотношение указанных потоков, их составы и температуры приняты в соответствии с технологическим режимом промышленных установок селективной очистки IV масляной фракции фенолом, за исключением использования сухого, а не обводненного фенола.

Исходные данные (параметры процесса):
- масса вводимого сырья 200 кг
- масса вводимого фенола 340 кг
- температура ввода сырья 67^oC
- температура ввода фенола 73^oC
- массовое соотношение фенол: сырье 1,7:1,0
В примерах приведены результаты расчетов на ЭВМ по каждой серии расчетов после выхода пятиступенчатой системы на стационарный режим, что подтверждалось материальным балансом процесса, постоянством качества и выхода рафината и экстракта, а также постоянства количества и состава внутренних жидкостных потоков и температурного профиля по ступеням.

Основными параметрами, оказывающими определяющее воздействие для достижения поставленной цели - повышения отбора рафината по предлагаемым способам, являются количества подаваемых в экстрактор рафинатного раствора или рафината.

Дополнительное влияние, но не определяющее, оказывает и температурный градиент в экстракторе (разность температур по ступеням экстрактора), рост которого удается обеспечить, снижая температуру и увеличивая подачу рециркулятов.

Для количественной оценки влияния каждого из этих определяющих параметров на увеличение отбора рафината было проведено большое число расчетов на ЭВМ с изменением значений указанных параметров в широких пределах для заданной системы. Количество подаваемого рециркулята варьировалось от 30 до 90 кг при температуре от 60^oC до 40^oC.

При реализации предлагаемых способов в экстракционных системах, в частности в экстракторах, потребуется осуществить оптимальный выбор количества вводимого рециркулята и его температуры с учетом распределения внешнего потока рециркулята по сечению аппарата и реальной гидродинамической структуры взаимодействующих встречных потоков в насадочных и других конструкций экстракторов. Необходимо отметить, в свою очередь, что выбор количества возвращаемого рециркулята в экстрактор и температура его подачи будет зависеть также и от конкретных параметров технологического режима очистки, физической природы и свойств как очищаемого сырья, так и растворителя.

Серия 1. Первая серия расчетов на ЭВМ была направлена на исследование второго аналога. Расчет для заданной системы производился по схеме, приведенной на фиг. 5 (приложение). Были получены следующие результаты, характеризующие способ селективной очистки IV масляной фракции, осуществляемый путем противоточного контактирования сырья (F), подаваемого в среднюю часть экстрактора (1), с растворителем (S), подаваемым в верхнюю часть экстрактора, в присутствии антирастворителя (С) с последующей регенерацией растворителя в блоках регенерации (2 и 3) и получением рафината r и экстракта е. Регенерированный растворитель (S_r и S_e) возвращается в экстрактор. Антирастворитель (фенольная вода с массовым содержанием фенола в 9%) подавался в соответствии с технологическим режимом установок фенольной очистки масляных фракций в количестве 6 кг и при температуре 30^oC.

Серия 2. Вторая серия расчетов на ЭВМ была направлена на исследование прототипа. Расчет для заданной системы производился по схеме, приведенной на фиг. 6 (приложение). Были получены следующие результаты, характеризующие способ селективной очистки IV масляной фракции, осуществляемый путем противоточного контактирования сырья F, вводимого в среднюю часть экстрактора (1), с растворителем S, вводимым в верхнюю часть экстрактора, и подачей охлаждаемого в теплообменнике (4) (в случае необходимости) экстракта в нижнюю часть экстрактора и с последующей регенерацией растворителя в блоках регенерации (2 и 3) из образующихся рафинатного раствора R_i, отводимого с верха экстрактора, и экстрактного раствора E₅, отводимого с низа экстрактора, с получением рафината r и экстракта е. Регенерированный растворитель (S_r и S_e) возвращается в экстрактор.

В этой серии масса подаваемого экстракта на четвертую тарелку при температуре 50^oC составляла 30, 60 и 90 кг. При подаче экстракта в количестве 60 кг расчеты проводились при температуре 40, 50 и 60^oC. Основным примером (пример 2) данной серии для сравнения принят вариант при подаче экстракта массой 60 кг при температуре 50^oC.

Серии 3 и 4. Эти серии расчетов на ЭВМ была направлена на исследование экстрактора по предлагаемым способам, в которых часть охлаждаемого в теплообменнике (4) (в случае необходимости) рафинатного раствора (серия 3) или рафината (серия 4) подают в промывную часть экстрактора.

Расчет для предлагаемых способов орошения в качестве примера, не ограничивающего область применения способа, производился по принципиальным схемам, приведенным на фиг. 7 и 8 (приложение). В этих схемах сырье F подается на третью, считая сверху, теоретическую ступень контактирования (в принципе, можно предусмотреть несколько вводов сырья на различные ступени), противотоком ему в верхнюю часть экстрактора (на первую теоретическую ступень) подается растворитель S и для создания рисайкла на нижнюю (пятую) теоретическую ступень подается рециркулят (рафинатный раствор или рафинат). В первом варианте изобретения часть рафинатного раствора R_рец.. от потока рафинатного раствора R₁ подают на пятую ступень экстрактора, то есть в промывную часть. Во втором варианте изобретения после того, как рафинатный раствор R₁ поступает в блок регенерации (2) и из него выделяется растворитель S_r с получением рафината, часть которого (рафинат r_рец.) подают на пятую ступень экстрактора. С низа экстрактора выводится экстрактный раствор E₅, после выделения из которого фенола S_e в блоке регенерации (3) получают экстракт, представляющий собой, в основном, нежелательные компоненты, извлеченные растворителем из сырья. Регенерированный растворитель (S_r и S_e) возвращается в экстрактор (1). Рафинат r представляет собой очищенное от нежелательных компонентов сырье. Основными примерами (пример 3 и пример 4) для сравнения в данной серии приняты варианты при подаче соответственно рафинатного раствора или рафината массой 60 кг при температуре 50^oC.

В таблицах 1-6 (приложение) представлена часть результатов проведенных расчетов, демонстрирующих возможность достижения поставленной цели и преимуществ предлагаемого способа по сравнению с аналогом и прототипом. Представленные сведения о результатах исследования аналогов и предлагаемого способа позволяют сделать следующие основные обобщения.

Проведенные исследования подтверждают принципиальную возможность повышения отбора рафината по предлагаемым способам. В частности, в исследуемой системе показано влияние количества вводимых рафинатного раствора, рафината и их температур.

В табл. 2 приведены результаты по массовому отбору рафината по отношению к сырью для аналогов и предлагаемым способам (для основных примеров приведенных серий расчетов). Предлагаемые способы, как видно, позволяют повысить отбор рафината по сравнению с прототипом при равных массовых потоках рециркулятов. В табл. 3 и 4 представлены результаты по выходу рафината для второй, третьей и четвертой серий расчетов соответственно, где показано влияние количеств и температуры рециркулятов. Сравнивая значения отборов рафинатов в этих сериях расчетов можно заметить, что предлагаемые способы позволяют добиться значительного повышения отбора рафината по сравнению с другими известными способами. Так, например, при сравнении сопоставимых вариантов: прототип (пример 2) - отбор рафината составляет 63,0%, отборы рафината по предлагаемым способам (пример 3 и пример 4) равны 66,9% и 67,9% соответственно, то есть на 3,9% и 4,9% больше от прототипа. В табл. 3 показано влияние массы рециркулируемого экстракта, рафинатного раствора или рафината на отбор рафината при фиксированной температуре. При этих параметрах максимальный массовый отбор рафината в заданном диапазоне расходов составляет для прототипа 63,8%, для серии 3 - 68,5% и для серии 4 - 69,8% (при массе подаваемого рециркулята 90 кг).

Охлаждение рециркулята оказывает влияние не только на температурный градиент экстрактора, но и на выход рафината (табл. 4).

Нижнее (наименьшее) значение температуры рециркулята неоднозначно и определяется условиями, при которых обеспечивается достаточная текучесть потоков, которая в свою очередь зависит от природы сырья, растворителя и теплофизических свойств охлаждаемых потоков, в частности, таких, как вязкость, плотность, температура застывания, теплоемкость и другие.

Увеличение количества подаваемого рафинатного раствора или рафината в промывную зону способствует увеличению отбора рафината, однако, повышенный отбор рафината может повлечь ухудшение его качественных характеристик. При реализации предлагаемого способа на промышленных установках потребуется осуществить оптимальный выбор количества рециркулята и его температуры, основанный на технико-экономическом анализе. Однако необходимо особо подчеркнуть, что качество рафината, удовлетворяющее техническим требованиям, в частности, предъявляемым к базовым основам масел, является определяющим критерием при окончательном выборе указанных факторов. Необходимо отметить также, что количество подаваемого рафинатного раствора или рафината в промывную часть экстракционной системы будет зависеть от конкретных параметров технологического режима процесса экстракции, физической природы и свойств очищаемого сырья, а также предельной (допустимой) суммарной нагрузки потоков по сечению экстрактора, в особенности, для существующего оборудования.

В табл. 6 показано распределение температур (Т_i), рафинатных (R_i) и экстрактных (E_i) потоков, суммарных потоков (R_i + E_i) по ступеням для аналогов и предлагаемого способа (для основных примеров серий). Предлагаемые способы позволяют добиться более равномерного снижения температур по ступеням экстрактора и увеличить градиент температур по экстрактору (так, если для прототипа разность температур между первой и пятой ступенями составляет 5,3^oC, то для предлагаемого способа в примерах 3 и 4- 5,5^oC и 5,6^oC соответственно) (табл. 6).

Рост градиента температур по экстрактору и равномерное снижение температур по ступеням способствует более эффективной очистке в процессе экстракции (улучшение селективности процесса, увеличение отбора ценных сырьевых компонентов и другое). Снижение температуры на четвертой и пятой ступенях (зоне, расположенной ниже места ввода сырья) является дополнительным источником создания рисайкла в нижней части экстрактора, что существенно улучшает работу этой зоны.

Анализ данных (табл. 6) показывает, что отмечается увеличение потоков рафинатного раствора и рост суммарных потоков на каждой ступени. Суммарная нагрузка экстрактора по встречным взаимодействующим потокам рафинатного и экстрактного растворов значительно возрастает с увеличением количества рециркулируемого рафинатного раствора или рафината. За счет этого в предлагаемых способах достигается интенсификация процесса экстракции во всей системе. Возросшая суммарная нагрузка внутренних потоков по ступеням позволит эффективно осуществлять процесс экстракции на существующем промышленном оборудовании, особенно на том, которое работает на низких производительностях.

Анализ увеличения внутренних потоков рафинатного раствора на пятой и четвертой ступенях, представленных в табл. 6, показывает, что рециркулят извлекает из внутренних потоков экстрактных растворов дополнительное количество ценных компонентов. Для прототипа (пример 2) внутренние потоки рафинатных растворов (рисайкл) составляют 29,2 кг и 7,8 кг для пятой и четвертой ступеней соответственно. А при вводе рафинатного раствора в том же количестве 60 кг (пример 3) поток рафинатного раствора на пятой ступени составляет 79,6 кг, а на четвертой - 88,5 кг, то есть сначала этот поток на пятой ступени доизвлекает 19,6 кг, а на четвертой уже 28,5 кг. Также при рециркуляции рафината (пример 4) на пятой ступени доизвлечение составляет 33,1 кг, а на четвертой - 44,3 кг. В предлагаемых способах поток рециркулята интенсифицирует процесс экстракции в промывной части экстрактора.

В предлагаемых способах коренным образом меняется механизм создания рисайкла. При подаче антирастворителя (аналог) снижается растворяющая способность растворителя, содержащегося в экстрактном растворе, и в результате этого происходит выделение рисайкла. При подаче экстракта (прототип), ввиду его хорошей растворимости в растворителе, содержащемся в больших количествах в экстрактном растворе, происходит выделение из экстрактного раствора потока рисайкла. При подаче же рафинатного раствора или рафината они извлекают из экстрактного раствора дополнительное количество компонентов и образуют поток внутреннего рафинатного раствора.

В табл. 1 представлен массовый состав сырья. В табл. 5 показаны результаты расчетов фенольной очистки сырья - массовые составы потоков рафинатных растворов на четвертой (R₄) и пятой (R₅) ступенях для основных примеров серий расчетов. Значительное снижение содержания фенола в растворах, изменение их составов - значительное увеличения содержания желательных компонентов (с 1 по 8) подтверждает значительное улучшение качественного состава рисайкла.

Важной характеристикой экстракционных процессов, в которых происходит сепарация фаз, например, за счет гравитационных сил, является разность плотностей взаимодействующих между собой внутренних потоков рафинатного и экстрактного растворов по ступеням. Из исследований промышленных экстракторов, работающих по известным способам, известно, что в связи с малой разностью плотностей в их промывной части наблюдается унос вместе с потоком экстрактного раствора потока рисайкла (рафинатного раствора), находящегося в дисперсной фазе, что явно снижает выход ценных сырьевых компонентов в рафинате.

В предлагаемых способах наблюдается значительное увеличение разности плотностей рафинатного и экстрактного раствора в промывной части (четвертая и пятая ступени) экстрактора (табл. 2) по сравнению с известными способами. Разность этих плотностей, как известно, является движущей силой процесса сепарации и определяет интенсивность тепломассообмена взаимодействующих фаз на существующем промышленном экстракционном оборудовании.

Реализация предлагаемых способов на промышленных установках достаточно проста и не требует значительных затрат.

Таким образом, как показывают результаты проведенных исследований, использование предлагаемых способов создания рисайкла позволяет существенно повысить отбор рафината и интенсифицировать процесс экстракции за счет улучшенной работы промывной части экстракционной системы.

Список использованных источников
1. Альдерс А. Жидкостная экстракция. - М., Л.: Изд-во иностранной литературы, 1961. - 260 с.

2. Черножуков Н. И. Технология нефти. Ч. 3. Очистка нефтепродуктов и производство специальных продуктов. - 3-е изд., доп. и исправ. -М., Л.: Гостоптехиздат, 1952.

3. Гольдберг Д.О., Крейн С.Э. Смазочные масла из нефтей восточных месторождений. - М.: Химия, 1972. - С. 89.

4. Решение о выдаче патента РФ по заявке N 95119443/25 (034012) на изобретение "Способ жидкостной экстракции", МПК⁶ B 01 D 11/04, А.А.Кондратьев, Г.К.Зиганшин.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в процессах жидкостной экстракции, например в нефтепереработке на установках селективной очистки масляных фракций различными растворителями, такими как фенол, фурфурол и N-метил-2-пирролидон. Рисайкл в промывочной части многоступенчатой экстракционной системы при противоточной экстракции разделяемой смеси избирательным растворителем создается путем подачи в промывную часть экстракционной системы части рафинатного раствора, которую отбирают из экстракционной части экстракционной системы, или части рафината, полученного после регенерации растворителя из рафинатного раствора, отбираемого из экстракционной части экстракционной системы. Способ создания рисайкла в процессе жидкостной экстракции позволяет повысить отбор рафината и движущую силу процесса сепарации взаимодействующих фаз в промывной части экстракционной системы. 2 с.п. ф-лы, 8 ил., 6 табл.

1. Способ создания рисайкла в промывной части многоступенчатой экстракционной системы при противоточной экстракции разделяемой смеси избирательным растворителем путем подачи рециркулята в промывную часть экстракционной системы, отличающийся тем, что в качестве рециркулята подают часть рафинатного раствора, которую отбирают из экстракционной части экстракционной системы. 2. Способ создания рисайкла в промывной части многоступенчатой экстракционной системы при противоточной экстракции разделяемой смеси избирательным растворителем путем подачи рециркулята в промывную часть экстракционной системы, отличающийся тем, что в качестве рециркулята подают часть рафината, полученного после регенерации растворителя из рафинатного раствора, отбираемого из экстракционной части экстракционной системы.