ДЕФЛЕГМАТОР РЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2001 года по МПК B01D3/00 B01D3/32 

Изобретение относится к элементам ректификационных установок, а именно к дефлегматорам, реализующим принцип частичной конденсации.

Известен дефлегматор, представляющий собой кожухотрубный теплообменник с вертикальным расположением труб, сообщающихся с верхней частью ректификационной колонны и снабженный каналами подвода и отвода охлаждающей воды в межтрубное пространство и пароотборной трубкой, представляющей собой канал для отбора пара на конденсатор (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М. : Химия, 1973, с. 497). Такой дефлегматор имеет фиксированную площадь поверхности, на которой происходит конденсация флегмы. Регулирование флегмового числа в ректификационных установках, снабженных дефлегматорами такого типа, производится изменением расхода охлаждающей воды, что требует приборов для контроля за расходом и температурой воды, а также аппаратуры для точного регулирования расхода, причем функциональная зависимость между контрольными и регулировочными параметрами является сложной и существенно нелинейной, что затрудняет процесс управления ректификацией. Некоторые другие типы дефлегматоров, используемых в современных ректификационных установках, описаны в литературе: Крель Э. Руководство по лабораторной ректификации. М.: Издательство Иностранной литературы, 1960, с. 414 и Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Госхимиздат, 1962, с. 686.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом изобретения является дефлегматор с изменяющейся охлаждаемой поверхностью, описанный в источнике: Крель Э. Руководство по лабораторной перегонке. М.: Химия, 1980, с. 372, рис. 296 (прототип). Указанное устройство представляет собой разновидность двухтрубчатого теплообменника (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973, с. 331). Устройство состоит из внутренней и наружной труб теплообменника, трубок подвода и отвода охлаждающей воды и пароотборной трубки низкокипящего компонента (далее по тексту НК). В этой конструкции частичная конденсация осуществляется на наружной поверхности внутренней трубы, а площадь охлаждаемой поверхности регулируется поршнем, помещенным внутри внутренней трубы, который ограничивает пространство для циркуляции охлаждающей воды. Отвод охлаждающей воды осуществляется через канал в штоке поршня. Данное устройство характеризуется неэффективным использованием конструкционных поверхностей, сложностью и ненадежностью конструкции, т.к. поверхность наружной трубы должна быть теплоизолированной во избежание образования "дикой флегмы", а отвод охлаждающей воды через канал в штоке подразумевает соответствующий диаметр штока и наличие подвижных, являющихся менее надежными по сравнению с неподвижными, соединений в каналах для циркуляции охлаждающей воды (например, в цапфенной конструкции отвода воды от штока), т.к. шток выполнен в виде винта и должен вращаться для обеспечения перемещения поршня. Кроме того, указанное устройство обеспечивает только функцию дефлегматора, функция конденсатора возложена на другое отдельное устройство, что увеличивает материалоемкость, габариты и стоимость головной части и всей ректификационной установки в целом. В прототипе не предусмотрено насыщение НК заданными примесями с целью получения дистиллята с необходимыми свойствами (применительно к спиртовой промышленности - ароматическими веществами с целью получения ароматного спирта). Перечисленные особенности прототипа являются его недостатками.

Изобретение позволяет:
а) Повысить герметичность и надежность устройства.

б) Уменьшить материалоемкость, габариты и стоимость ректификационной установки.

в) Обеспечить возможность введения заданных примесей в конечный продукт-дистиллят.

Технические результаты, получаемые от использования изобретения, заключаются в следующем.

а) Из конструкции исключаются подвижные, являющиеся менее надежными и более сложными по сравнению с неподвижными, соединения в каналах контура для циркуляции охлаждающей воды.

б) Более эффективно используются конструкционные поверхности теплообменника.

в) Обеспечивается прохождение паров НК, отбираемых на конденсатор, через картридж (съемный контейнер), заполненный рыхлым дисперсным веществом, содержащим заданные летучие примеси и насыщение паров этими примесями.

Указанные технические результаты достигаются тем, что дефлегматор ректификационной установки, реализующий принцип частичной конденсации, включающий двухтрубчатый теплообменник, образованный внутренней и наружной трубами, трубки подвода и отвода охлаждающей воды и пароотборную трубку, дополнительно снабжен подвижной втулкой, прилегающей к внутренней поверхности внутренней трубы теплообменника и к наружной поверхности пароотборной трубки и уплотненной по этим поверхностям, а также снабжен конденсатором с трубкой для отбора дистиллята, соединенным с рабочим пространством дефлегматора и с верхней частью ректификационной колонны через пароотборную трубку, причем пароотборная трубка располагается внутри внутренней трубы теплообменника, а конденсатор выполнен в виде кольцевой полости, образованной наружной трубой теплообменника и введенным в конструкцию дополнительным внешним кожухом. Кроме того, пароотборная трубка снабжена картриджем, заполненным рыхлым дисперсным веществом, насыщенным летучими примесями. В предложенной конструкции циркуляция охлаждающей воды происходит в пространстве, образованном внутренней и наружной трубами теплообменника, как и в обычном двухтрубчатом теплообменнике, при этом подвижные соединения в каналах циркуляции охлаждающей воды отсутствуют, а сам теплообменник работает как двухканальный, выполняющий функции дефлегматора с регулируемой охлаждаемой поверхностью и конденсатора, причем для теплообмена используется большая часть конструкционных поверхностей теплообменника. Прохождение паров НК, отбираемых на конденсатор, через картридж обеспечивает их насыщение заданными примесями.

На чертеже изображена схематическая конструкция дефлегматора в разрезе с указанием направлений материальных потоков.

Дефлегматор состоит из внутренней трубы 1 теплообменника, соединенной с верхней частью ректификационной колонны (не показана), подводящей 2 и отводящей 3 водяных трубок, сообщающихся с межтрубной полостью 4 теплообменника, наружной трубы 5 теплообменника, дополнительного внешнего кожуха 6, образующего совместно с наружной трубой 5 конденсатор 7 в виде кольцевой полости, подвижной втулки 8, снабженной на цилиндрических поверхностях лабиринтными уплотнениями 9 и соединенной с устройством для ее перемещения 10, выполненным в виде тяги, один конец которой выходит в наружное пространство, фиксатора 11 положения подвижной втулки, пароотборной трубки 12, соединенной в верхней части с пробкой 13, закрывающей сверху внутреннюю трубу 1 теплообменника и имеющей центральный канал и радиальные отверстия 14, соединяющие внутреннюю полость пароотборной трубки 12 с полостью конденсатора 7 через отверстия 15 во внутренней трубе 1. Нижняя часть пароотборной трубки 12 сообщается с рабочим пространством 16 дефлегматора, образованным внутренней поверхностью внутренней трубы 1, нижней торцевой поверхностью подвижной втулки 8 и наружной поверхностью пароотборной трубки 12, а также с верхней частью ректификационной колонны и снабжена картриджем 17, представляющим собой перфорированный контейнер, заполненный рыхлым дисперсным веществом 18, содержащим летучие примеси. В нижней части конденсатора 7 расположена трубка для отбора дистиллята 19. В нижней части внутренней трубы 1 расположен флегмовый ороситель 20, выполненный в виде шайбы, наружная кромка которой прилегает к внутренней поверхности внутренней трубы 1, а внутренняя кромка выполнена в виде зубцов, отогнутых вниз.

Дефлегматор работает следующим образом. Часть укрепленного пара НК из верхней части ректификационной колонны поступает в рабочее пространство дефлегматора 16, конденсируется на внутренней поверхности внутренней трубы 1 и стекает в виде флегмы обратно в ректификационную колонну. Другая часть через пароотборную трубку 12, радиальные отверстия 14 в пробке 13 и отверстия 15 во внутренней трубе 1 поступает в конденсатор 7, конденсируется на наружной поверхности наружной трубы 5 теплообменника, охлаждается на этой поверхности и выводится через трубку 19 в емкость для сбора дистиллята (не показана). Положение подвижной втулки 8 определяет площадь поверхности, на которой происходит конденсация флегмы. Так, при подъеме подвижной втулки 8 вверх эта площадь увеличивается и наоборот. Этим же определяется количество флегмы, поступающей на орошение ректификационной колонны, и, следовательно, флегмовое число, т.е. соотношение количества НК, возвращаемого в колонну в виде флегмы и отбираемого через пароотборную трубку на конденсатор и выводимого из установки в виде дистиллята. Перемещение подвижной втулки 8 осуществляется с помощью устройства для перемещения подвижной втулки, выполненного в виде тяги 10. Флегмовое число может регулироваться вручную, в этом случае положение подвижной втулки 8 фиксируется фиксатором положения 11. Автоматическая регулировка осуществляется с помощью сервомеханизма (не показан), рабочим органом которого является тяга 10, при этом сервомеханизм связан с системой автоматического регулирования, реализующей тот или иной принцип управления процессом. При необходимости получить дистиллят с заданными свойствами, а именно насытить его определенными летучими примесями, картридж 17 заполняется рыхлым дисперсным веществом 18, содержащим эти примеси. В этом случае часть пара НК, отбираемая через пароотборную трубку 12 на конденсатор 7, проходит через слой этого вещества, в результате чего происходит насыщение этого пара примесями и дистиллят приобретает заданные свойства. Флегмовый ороситель 20 применяется в том случае, если колонна является насадочной. В насадочной колонне необходимо равномерное орошение насадки, а ее движение по стенкам колонны недопустимо. Образованная на стенках рабочего пространства 16 флегма попадает на флегмовый ороситель 20 и равномерно скапывает с зубцов оросителя на насадку в верхней части ректификационной колонны.

Изобретение может быть применено в практике лабораторной перегонки, нефтяной, химической, спиртовой, пищевой промышленности и др. Изобретение позволяет реализовать в компактном виде головную часть ректификационной установки, уменьшить ее материалоемкость и стоимость, а также обеспечить возможность насыщения дистиллята заданными примесями. Дефлегматор ректификационной установки, реализующий принцип частичной конденсации, включающий двухтрубчатый теплообменник с трубками подвода и отвода охлаждающей воды и пароотборную трубку, дополнительно снабжен подвижной втулкой, прилегающей к внутренней поверхности внутренней трубы теплообменника и к наружной поверхности пароотборной трубки и уплотненной по этим поверхностям. Дефлегматор также снабжен конденсатором с трубкой для отбора дистиллята, выполненным в виде кольцевой полости, образованной наружной трубой теплообменника и введенным в конструкцию дополнительным внешним кожухом, соединенным с рабочим пространством дефлегматора и с верхней частью ректификационной колонны через пароотборную трубку, причем пароотборная трубка располагается внутри внутренней трубы теплообменника и снабжена картриджем, заполненным рыхлым дисперсным веществом, насыщенным летучими примесями. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Дефлегматор ректификационной установки, реализующий принцип частичной конденсации, включающий двухтрубчатый теплообменник, образованный внутренней и наружной трубами, трубки подвода и отвода охлаждающей воды и пароотборную трубку, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен подвижной втулкой, прилегающей боковой наружной поверхностью к внутренней поверхности внутренней трубы теплообменника, а внутренней поверхностью - к наружной поверхности пароотборной трубки и уплотненной по этим поверхностям, а также снабжен конденсатором с трубкой для отбора дистиллята, соединенным с рабочим пространством дефлегматора и с верхней частью ректификационной колонны через пароотборную трубку, причем пароотборная трубка располагается внутри внутренней трубы теплообменника. 2. Дефлегматор ректификационной установки по п.1, отличающийся тем, что конденсатор выполнен в виде кольцевой полости, образованной введенным в конструкцию дополнительным внешним кожухом и наружной трубой теплообменника. 3. Дефлегматор ректификационной установки по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством для перемещения подвижной втулки. 4. Дефлегматор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством для фиксации подвижной втулки. 5. Дефлегматор по п.1, отличающийся тем, что подвижная втулка уплотнена по поверхности, прилегающим к внутренней поверхности внутренней трубы теплообменника и к наружной поверхности пароотборной трубки, с помощью лабиринтных уплотнений. 6. Дефлегматор по п.1, отличающийся тем, что пароотборная трубка снабжена картриджем, заполненным рыхлым дисперсным веществом. 7. Дефлегматор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен флегмовым оросителем.