Ректификационная колонна Советский патент 1984 года по МПК B01D3/32 

1 Изобретение касается ректификацио ных колонн для получения веществ высокой частоты и может быть использовано для получения особо чистой азот ной кислоты или воды. Известна ректификационная колонна содержащая вертикальный цилиндрический корпус, разделенный по высоте перфорированными тарелками на отдель ные секции, в которых размещены насадочные элементы, оросители, установленные на тарелках, змеевиковые теплообменники и распределительные патрубки lj . Такая колонна не обеспечивает высокой степени чистоты перерабатываемого продукта. Известна ректификационная колонна для вещества высокой чистоты, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, разделенный по высоте перфорированными тарелками с горизонтальными каналами на отдельные секции, в которых размещены насадка, установ ленная на колосниках опорного цилинд ра, змеевиковые теплообменники, пепе ливые устройства zj . Такая колонна, обеспечивая получе ние продукта с содержанием примесей 5-10 мас.%, не позволяет производить на ней процесс глубокой ректификации, так как при расчетной необходимости иметь большое число тарелок колонна должна состоять из большого количества царг и разъемных соединений, склонных к разгерметизации подсосу внешней среды, содержащей примеси, натекание которых в перерабатываемьш продукт загрязняет его и не позволяет добиться требуемой высокой степени чистоты и полноты разделения. Целью изобретения является получение азотной кислоты особой.чистоты с содержанием примесей 2 «10 мас.% увеличение степени разделение. Поставленная цель достигается тем, что ректификационная колонна, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, разделенный по высоте перфорированными тарелками на отдель ные секции, в котодых на колосниках опорного цилиндра размещена насадка, теплообменные элементы, переливные устройства, тарелки выполнены с горизонтальными каналами для подвода сьфья, отбора пробы, вывода продукта, снабжена коаксиально рас492 .положенными перфорированными трубами, установленными нижними концами на насадке, а верхний конец внутренней трубы закреплен в верхней тарелке секции и соединен с каналом для подвода сырья. Целесообразно теплообменньш элемент снабжать в центре распределительной трубой, разделенной на секции, в нижней части которой концентрически размещены один под другим патрубки выхода конденсата и подачи пара. Причем с целью компенсации термических напряжений опорный цилиндр нижней секции можно выполнить с верхним глухим концом, свободно входящим в отверстия верхней тарелки секции, и снабдить штуцером и муфтой с сильфоном, при этом нижний конец цилиндра образует карман со штуцером, опирающимся своим шлифом на .муфту с сильфоном. Ребра-могут быть гибкими и длиной, равной 0,01-0,10 диаметра колонны. Кроме .того, теплообменный элемент нижней секции можно снабдить в центре трубой, жестко соединенной с его входом верхним патрубком, с проходящей внутри нее отводной трубкой. На фиг. 1 изображена колонна, общий вид на фиг. 2 - тарелка, устанавливаемая между секциями; на фиг.Зтеплообменный элемент с вводом пара и выводом конденсата; на фиг. 4 теплообменный элемент с вводом и выводом хладагента; на фиг. 5 - перфорированная тарелка с ребрами; на фиг. 6 - расположение каналов на нижней тарелке, на фиг. 7 - расположение каналов на верхней тарелке; на фиг.8верхняя тарелка средней секции; на фиг. 9 - тарелка с выводом конденсата; на фиг. 10 - теплообменники с концентрическими змеевиками. Колонна выполнена из царг 1, футерованных фторопластом. Для выраввания давления по обеим сторонам футеровки в корпусах царг 1 вмонтированы по два штуцера 2. . Между царгами 1 зажимаются опорные перфорированные тарелки 3, имеющие горизонтальные каналы для ввода сьфья на средней тарелке, для вывода, дренажа, отбора проб на нижней тарелке и паровой фазы на верхней тарелке, теплообменники 4, а также переливные устройстлаЛ, пентральную перфорированную трубу Ь л.пя сепарации дросселированного сырья через отверстия 7.

Внутри каждой секции размещены пакеты перфорированных тарелок 8, стянутых стержнями и снабженных -по периферии тонкими и гибкими горизонтальными ребрами 9, диаметр которых равен 0,01-0,10 диаметра колонны. На верхней тарелке пакета 8 устанавливается в пазу опорное разъемное кольцо 10с прорезями внизу для перетока жидкости и прорезями вверху, в которые вставляются скошенные по обеим сторонам колосники 11, на которые устанавливается ограничительная труба 12, между трубой 12 и корпусом засыпается насадка 13. Для предотвращения уноса насадки над ней устанав-; ливается перфорированная ограничитель ная тарелка 14.

В нижней и верхней секциях колонны ра1сположены тейлообменные элементы в виде змеевиков 15 из кварцевого стекла,, опирающихся на опорную трубу 16, ,которая установлена на сферической пяте нижней тарелки 3 секции. Для снятия напряжения и предотвращения разлома кварцевых змеевиков опор: ная труба 16 змеевиков глухим концом свободно ограничена сквозными отверстиями 17 в верхней тарелке 3 секции. Штуцер 18 опорной трубы в нижней секции вьшодится через тарелку 3 и укрепляется щлифовым соединением на муфте 19 с сильфоном 20, который .своей отбортовкой 21 прижат к отбортовке 22 тарелки, а нижний конец муфты оттянут накидной гайкой 23, упирающейся через разъемное кольцо 24 на оливу 25. Крепление опорной трубы верхний секции колонны (конденсатора) аналогично описанному. Ввод пара в змеевики 15 испарителя осуществляется снизу через паровой патрубок 26, штуцер 18, верхний конец которого, выступая внутри опорной трубы 16 образует карман 27, в который стекает конденсат, оседающий на стенках опорной трубы, не соприкасаясь с паром, а из кармана по трубе 28 выво дится через гидрозатвор по патрубку 29. Конденсат, образующийся в эмеевнке 15, выводится по трубе 30 через гидрозатвор и по патрубку 29. Ввод

хладагента в змеевики конденсатора осуществляется через патрубок 31 в низ опорной трубы 16, а из нее по змеевику 15 выводится вверх через патрубок 32. Вывод конденсата осущесвляется через патрубок 33.

Колонна работает следующим образом.

Жидкая азотная кислота, содержащая растворенные газы, поступает через горизонтальные каналы средней тарелки 3, центральную перфорированную 6 и ограничительную 12 трубы в 13, на которой окончательно сепарируются растворенные газы от жидкости. Пары и газы ректифицируютс и промываются на тарелках 3 и 8 или сепарируются на насадке 13, конденсируются на поверхности змеевика 15 и центральной опорной трубы 16 верхней секции колонны (конденсатора), и через канал 33 конденсат сливается на дальнейшую переработку и частичный возврат в колонну в виде флегмы или орошающей насадку жидкости. Несконденсировавшиеся газы и пары выходят через штуцер 34 на дальнейшую дробну конденсацию либо дросселируются в поглотительную обезвреживающую систему

Жидкая фаза стекает по тарелкам колонны в нижнюю секцию колонны, в змеевики которой подается пар, где окончательно освобождается от растворенных газов, либо завершается процесс промывки или ректификации высококипящегр компонента.

Предлагаемая колонна позволяет повысить чистоту получаемого продукта с до мас.%. При работе колонны в режиме ректификации увеличивается степень разделения по сравнению с известной колонной, где осуществляется только очистка паров кислоты. Предлагаемая колонна позволяет получить.поеле ректификации исходной 40-60%-ной кислоты дистиллят, содержащий кислоты до 1% и менее и воды до 99% и более, а в кубе до 30,5% воды и 69,5% кислоты. Кроме того, известная колонна работает под вакуумом, а предлагаемая может работать также под давлением, что расширяет диапазон ее примере-. ния.

- i7

26

29

Фт.1

Фиг.2

J2

J/

Фиг.4

1. РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, разделенный по высоте перфорированными тарелками на отдельные секции, в которых на колосниках опорного цилиндра размещена насадка, теплообменные элементы, переливные устройства, тарелки выполнены с гор-, ризонтальными каналами для подвода сырья, отбора пробы, вывода продукта, отличающаяся тем, что, с целью получения азотной кислоты с содержанием примесей 2-10 % и увеличения степени разделения, колонна снабжена коаксиально расположенными перфорированными трубами, установленными нижними концами на насадке, а верхний конец внутренней трубы закреплен в верхней тарелке секции и соединен с каналом для подвода сырья. 2.Колонна по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что теплообменный элемент снабжен в центре распределительной трубой, разделенной на секции, в нижней части которой концентрически размещены один под другим патрубки выхода конденсата и подачи пара. 3.Колонна по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью компенсации термических напряжений, опорный цилиндр нижней секции выполнен с верхним глухим концом, свободно 9 входящим в отверстия верхней тарелки секции, и снабжен штуцером и муфтой с сильфоном, при этом нкяЛкй конец цилиндра образует карман со штуцером, опирающимся своим щлифом на муфту § с сильфоном. 4.Колонна по п. 1, отличаю я с я тем, что ребра выполнены гибкими и длинойi равной 0,010,10 диаметра колонны. 5.Колонна по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что теплообменный ND элемент нижней секции снабжен в центре трубой, жестко соединенной ;о с его входом верхним патрубком, с проходящей внутри нее отводной трубкой.

Фг/г 7