ОТГОННЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2007 года по МПК B01D1/24 F26B17/28 

Изобретение предназначено для обезвоживания высоковязких нефтепродуктов и других сред с температурой плавления более 50°С и может быть использовано в нефтехимии, нефтепереработке, транспорте, нефтетранспорте, энергетике, в пищевой и других отраслях промышленности. Обводненные нефте- и жиропродукты образуются при аварийных разливах, при подготовке железнодорожных цистерн и судовых танков к смене груза, в процессах отмывки и сепарации, а также при подготовке емкостного оборудования к ремонту и к внутреннему осмотру.

Традиционно обезвоживание нефте- и жиропродуктов осуществляют в отгонных кубах (емкость с подогревом) или колоннах, чтобы снизить унос органических веществ с отгоняемыми водяными парами. Для этой цели во внутреннем пространстве колонны размещают тарелки (колпачковые, ситчатые, щелевые), либо загрузку (кольца Рашига, шары, хордовую и другие насадки), что позволяет развить поверхность контакта пара, поднимающегося вверх, со стекающим вниз конденсатом и увеличить число ступеней фазового контакта (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии - М.: Химия. - 1973 г. 750 с.). В случаях, когда осушаемые органические продукты образуют с водой нераздельно кипящие смеси (азеотропы), требуется не один отгонный аппарат, а целая станция, в состав которой входят две-три отгонные колонны, дефлегматоры, конденсаторы, кипятильники, жидкостные сепараторы, насосное и емкостное оборудование (патент РФ №2042372. Установка для осушки топлива и масел. БИ №24, 1995 г.).

Для обезвоживания высоковязких органических продуктов применение отгонных кубов неэффективно. Так после 36 часов обработки мазута М 100 при температуре 150-200°С содержание воды в нем остается ˜5%. Обработка их в отгонных колоннах при температуре кипения (более 300°С) требует неоправданно высоких энергозатрат и оказывается часто невозможной из-за процессов осмоления и деструкции, протекающих при столь высоких температурах в термолабильных продуктах (например, СЖК). Проводя отгонку под вакуумом, удается снизить температуру обработки, однако из-за высокой вязкости испарить воду из большой массы обрабатываемой жидкости не удается. Достаточно полно удается отогнать воду только из тонких слоев высоковязкого продукта, поэтому усилия современных разработчиков направлены на создание пленочных отгонных аппаратов.

Известна «установка для осушения пастообразного термолабильного материала» (пат. Украины №59783, кл. F26B 17/00, опубл. 15.09.03). В ее составе имеется отгонный аппарат, в корпусе которого, снабженном устройствами для входа и выхода обрабатываемого продукта и патрубками для входа и выхода газа (пара), имеется горизонтальный перфорированный ленточный транспортер, на котором осуществляется обработка влажного исходного материала.

К недостаткам установки следует отнести

1) использование в качестве устройства для ввода обрабатываемого продукта барабанного вакуумного фильтра, оказывающего очень большое сопротивления вязкому продукту и неоправданно усложняющего отгонный комплекс;

2). использование громоздкого перфорированного ленточного транспортера, непригодного для перемещения внутри отгонной камеры таких продуктов, как мазут и битум с одновременным использованием перфораций;

3) отсутствие устройства, выравнивающего толщину слоя обрабатываемого продукта на транспортере, что значительно снижает полноту отгонки.

Известен «роторный пленочный аппарат» (пат. Украины №69779, кл. В01D 3/30, опубл. 15.09.04) с перекрестной схемой движения системы газ-жидкость. Он содержит корпус с патрубками входа и выхода жидкости и газа, вал с закрепленным на нем ротором и двумя торцевыми крышками, между которыми располагается контактное устройство в виде ленточной спирали с Z-образными сгибами по ее полному периметру. В середине каждого сгиба имеется, как минимум, одно отверстие для прохода газа. При поступлении жидкости в аппарат она распределяется в виде пленки на спирали под действием центробежной силы, а в местах сгиба диспергируется на капли. При прохождении газового потока через контактное устройство возникает межфазовая турбулизация, интенсифицирующая процесс массообмена.

Недостатки описанного роторного пленочного аппарата: движение высоковязкой жидкости самотеком по ленточной спирали и диспергирование ее на капли возможно только при очень высокой температуре, что неприемлемо для термолабильных жидкостей. Высоковязкую жидкость не удается центробежными силами распределить на ленте ровным слоем, а после обезвоживания выгрузить ее сразу из аппарата.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является «роторный пленочный выпарной аппарат» (пат. РФ №2186605, кл. B01D 1/22, опубл. 10.08.02), который содержит цилиндрический корпус с обогреваемой рубашкой, узел подачи исходной жидкости и штуцера для отвода вторичного пара и концентрата, ротор с закрепленными по всей его длине лопатками и соединенный с приводом. Закрепленные на роторе лопатки установлены с равномерным зазором относительно поверхности нагрева. Ротор соединен с высокооборотным приводом. А узел подачи исходной жидкости выполнен в виде кольцевой полости с равномерно расположенными по периметру и наклоненными под углом к оси вращения по направлению вращения каналами.

Существенными признаками этого аппарата являются:

- обогреваемый корпус с патрубками для входа и выхода обрабатываемого продукта и патрубком для выхода вторичного пара;

- наличие внутри корпуса ротора, вращаемого приводом;

- наличие питающего устройства (узел подачи исходной жидкости в виде кольцевой полости с равномерно расположенными по периметру и наклоненными под углом к оси вращения по направлению вращения каналами);

- наличие регулятора толщины пленки (закрепленные на роторе лопатки установлены с равномерным зазором относительно поверхности нагрева);

- внутренняя поверхность цилиндрического корпуса, на которой проходит обработку исходный продукт, неподвижна.

К недостаткам прототипа следует отнести:

1) неэффективность питающего устройства при обработке высоковязких жидкостей (мазут, битум);

2) поверхность, на которой проходит обработку исходный продукт, неподвижна, перемещение продукта в процессе обработки должно осуществляться самотеком, что неприемлемо при обработке высоковязких жидкостей (мазут, битум).

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание устройства, позволяющего обезвоживать высоковязкие продукты, лишенного указанных недостатков.

Технический результат достигается за счет того, что в конструкцию аппарата, содержащего обогреваемый корпус с патрубками для входа и выхода обрабатываемого продукта и патрубком для выхода вторичного пара, и находящийся в нем ротор, вращаемым приводом, внесены изменения, а именно:

- по крайней мере, один ротор, вращаемый приводом, установлен горизонтально;

- в нижней части корпуса размещены бункеры: по одному бункеру под каждым ротором для обрабатываемого продукта и один бункер для обезвоженного продукта;

- для перемещения продукта внутри отгонной камеры на валу ротора, закреплены диски так, чтобы их нижние кромки смачивались обрабатываемым продуктом;

- с обеих сторон дисков установлены скребки, которые, соединяясь за пределами дисков, образуют перегородку, разделяющую смежные бункеры;

- с обеих сторон с заданным щелевым зазором от плоскости каждого диска установлено хотя бы по одному неподвижному рычагу, наклоненному в сторону, противоположную направлению вращения.

Предлагаемое техническое решение поясняется прилагаемым эскизом (см. чертеж 1). Заявляемый отгонный пленочный аппарат состоит из обогреваемого корпуса 1 с патрубками для подвода обводненного продукта 2, отвода обезвоженного продукта 3 и отвода пара 4 и 5, по крайней мере, одного, а в рассматриваемом случае - трех роторов, валы которых 7 соединены с приводом (на рисунке не показан), бункеров 8, находящихся под каждым из роторов, и дополнительного бункера 13 для накопления обезвоженного продукта, подвижных дисков 6, закрепленных на валах 7 так, что их нижние кромки смачиваются обрабатываемым продуктом, находящимся в бункерах 8, неподвижных скребков 9, соединяющихся за пределами дисков 6 с образованием перегородок, разделяющих смежные бункеры, неподвижных рычагов питателя 10, установленных с обеих сторон дисков 6 с наклоном, противоположным направлению вращения дисков, неподвижных рычагов дозатора 11, установленных с обеих сторон дисков 6 и отстоящих от плоскости дисков с заданным щелевым зазором, и патрубков 12 для отбора продукта из промежуточных бункеров. С ролью и питателя и дозатора может справиться и один рычаг (вместо двух), если он будет иметь нужный наклон и отстоять от плоскости диска с заданным щелевым зазором.

Работает отгонный пленочный аппарат следующим образом. Разогретый до нужной консистенции влажный исходный продукт подается (насосом) через патрубок 2 в первый бункер 8 отгонного аппарата. Ротор, представляющий собой вал 7 с насаженными на нем дисками 6, так, что нижние кромки дисков смачиваются исходным продуктом, вращается приводом. Захватываемый нижними кромками дисков 6 исходный продукт надвигается на неподвижные рычаги питателей 10, наклоненные в сторону, противоположную направлению вращения ротора, и перемещается по поверхности дисков 6 от периферии к валу 7. Продолжая вращение, диски 6 перемещают продукт к неподвижным рычагам дозаторов 11, отстоящим от плоскости дисков с заданным щелевым зазором. Проходя через щели дозатора 11, слой обрабатываемого продукта выравнивается до заданной толщины и вместе с вращающимися дисками попадает в верхнюю часть аппарата. Продолжая движение, пленка достигает скребков 9, которыми соскребается и сталкивается в следующий бункер 8, расположенный под вторым ротором. Процесс смачивания дисков второго ротора, распределения обрабатываемого продукта по их поверхности в виде пленки заданной толщины, транспортирования и соскабливания протекают точно так же, как и на дисках первого ротора. Газ (пар) вместе с отогнанной из обрабатываемого продукта влагой выводится через патрубки 4 и 5 и направляется на разделение. Для работы отгонного аппарата достаточно одного патрубка для отвода пара 4 или 5, второй патрубок предусмотрен для сброса избыточного количества паров в нештатной ситуации. После прохождения последней секции пленка соскабливается в бункер 13 обезвоженного продукта и через патрубок 3 выводится для использования, например, в качестве топлива. Если процесс обезвоживания протекает быстрее, и обрабатываемый продукт достигает нужной кондиции раньше, чем успевает пройти все секции аппарата, то отбор его можно вести через патрубки 12 из промежуточных бункеров.

Предлагаемое техническое решение обладает рядом преимуществ по сравнению с техническими решениями, применяемыми в аналогах, а именно:

1) позволяет отгонять влагу из высоковязких термолабильных продуктов при умеренных температурах, когда эти продукты не могут двигаться самотеком;

2) позволяет проводить обработку таких продуктов в виде слоя заданной толщины, из которого испарение влаги протекает достаточно эффективно;

3) позволяет, в конечном счете, значительно сократить энергозатраты, производственные площади и объемы при отгонке летучих из термолабильных продуктов, сохраняя при этом их качество.

Заявляемая конструкция отгонного пленочного аппарата уже испытана в составе пилотной установки для обезвоживания обводненных мазутов на Киришской ППС. Результаты испытаний полностью подтвердили работоспособность и высокую эффективность заявляемого технического решения для обезвоживания обводненных мазутов.

Изобретение предназначено для обезвоживания высоковязких нефтепродуктов и других термолабильных сред и может быть использовано в нефтехимии, нефтепереработке, транспорте, энергетике, в пищевой и других отраслях промышленности. Отгонный пленочный аппарат состоит из корпуса с патрубками для входа и выхода обрабатываемого продукта и патрубками для выхода паров, одного или нескольких роторов, установленных горизонтально, и размещенных под ними бункеров. На валу ротора закреплены диски так, что их нижние кромки смачиваются обрабатываемым продуктом, между дисками установлены скребки, которые, соединяясь за пределами дисков, образуют перегородку, разделяющую смежные бункеры. Неподвижные рычаги установлены между дисками с наклоном, противоположным направлению вращения дисков, и с заданным щелевым зазором от плоскости дисков. Это позволяет проводить обработку высоковязких термолабильных продуктов в виде слоя заданной толщины при эффективном испарении влаги. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Отгонный пленочный аппарат, состоящий из обогреваемого корпуса с патрубками для входа и выхода обрабатываемого продукта и патрубком для выхода паров, по крайней мере, одного ротора, вращаемого приводом, питающего устройства и регулятора толщины пленки, отличающийся тем, что, по крайней мере, один ротор установлен горизонтально, в нижней части корпуса размещены бункеры, по одному под каждым ротором и один для обезвоженного продукта, на валу ротора закреплены диски так, что их нижние кромки смачиваются обрабатываемым продуктом, а по обеим сторонам дисков установлены скребки, которые, соединяясь за пределами дисков, образуют перегородку, разделяющую смежные бункеры.2. Отгонный пленочный аппарат по п.1, отличающийся том, что по обеим сторонам дисков смонтировано хотя бы по одному неподвижному рычагу, выполняющему функции питателя и дозатора, с наклоном, противоположным направлению вращения дисков, и с заданным щелевым зазором от плоскости дисков.