Колонна экстрактивной ректификации Советский патент 1981 года по МПК B01D3/32 

(54) КОЛОННА ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ .

1

f

Изобретение относится к разделению углеводородных смесей методом экстрактивной ректификации, используемой в химической, нефтехимической и смеж1П 1Х отраслях промышленности, особенно в производстве синтетического каучука.

Известно, .что разделение сложных смесей с близкими температурами кипения методомэкстрактивной ректификации связано с введением в колонну значительного количества селективного растворителя и требует значительного увеличения размеров самой колонны для обеспечеьшя производительности по жидкости и установке дополнительных колонн для регенерации растворителя. Кроме того, как правило ввод растворителя в поток флегмы сопровождается значительным пенообразованием, что также создает трудности реализации процесса. Однако выбор схемы разделения методом экстрактивной ректификации диктуется в общем экономическими соображениями. Явление пенообразования в зоне ввода растворителя в колонну экстрактивной ректификации в 3-5 раз уменьшает пропускHyio способность сливных устройств колонны и приводат к значительному снижению производительности всей колонны.

Наибольшее пенообразованне набшодается в зоне смешения углеводородной флегмы и экстрактивного растворителя в условиях массообмена при контакте паровой и жидкой фаз, при этом объем парожидкостной щульсии на тарелке и сливных устройствах увеличивается в 3-5 раз.

Известна колонна экстрактивной ректификации, в которой растворитель вводится в сливные карманы колонны 1.

Недостатком такой колонны является то, что при смешении растворителя с флегмой в сливных карманах происходит интеноганое пенообразование, например в колонне экстрактивной ректификации с диметнлформалйщом для выделения изопрена из изоамилен-изопреновых фракций происходит интенсивное испрение углеводородной флегмы вследствие вьщеления теплоты растворения н пенообразование вследствие наличия в растворителе диенов, кислотосодержаших примесей, образующихся димероп, гримеров, полимеров, явля ющихся сильными поперхностно-активными примесями, в результате плотность парожидкостной эмульсии в сливных устройствах значительно уменыиается, допустимая скорость движе щя жидкости в сливных устройствах , уменьшается в 3-5 раз, происходлт прогрессирующее захлебыва1ше тарелок колонны в зоне 1шже ввода растворителя как следствие нарушения нормального .гидродинамического режима слива жидкости в сливных устройстйах, в результате чего значительно (в 3-5 раз) снижается произврдительность колоцны, так как лимитирующим по производительности является сечение с/гавных устройств колонны ниже ввода растворителя. Известна колонна экстрактивной ректифика или, содержащая корпус с дополнительными по высоте тарелками, контактная часть которых снабжена наровыми патрубками с колпачками. Одна из тарелок выполнена с устройством для подачи растворителя, в которой растворитель вводится в сливные карманы ее, а сечения как сливных устройств, так и расстояния между тарелками ниже ввода растворителя вьшолнены большими по сравнению с вышележащими тарелками и постепенно уменьшаются до нормализованных величин по направлению сверху В1шз. Преимуществом такой колонны является то, что в зоне интенсивного пенообразования ниже уровня раст ворителя в колонну, где плотность стекающей жидкости значительно уменьшается и пропуск ная способность сливных устройств уменьшается в 3-5 раз, увеличиваются соответственно расстояния между тарелками и сечения сливных устройств, а в остальных нижёрасположенных сечениях колонны, где ненообразова ние прекращается, расстояния между тарелками и сечения сливных устройств принимаются обычными (нормализованными) 2. Однако несмотря на значительные преимущества такой колонны экстрактивной ректифи кации она имеет существенные недостатки заключающиеся в том, что при вводе растворителя в сливные карманы для смешения с углеводородной флегмой одновременно с обил ным пенообразованием происходит интенсивное испарение легколетучих компонентов углеводородной флегмы, и образующиеся пары не могут отделиться от жидкости вследствие того, что скорость движения жидкости сверху вниз в сливных устройствах, как правило, гораздо больше скорости подъема пузырьков пара снизу вверх в жидкости, не говоря уже о стабильной парожидкостной эмульсии, в результате чего в сливных устройствах ниже ввода растворителя значительно уменьшается плотность жидкости (образуется стабильная парожидкосгная эмульсия вследствие действия поиерхиостно-активных веществ), значительно уменьшается скорость жидкости в сливных устройствах ниже ввода растворителя, что в итоге приводит к уменьшению производительности всей колонны экстрактивной ректификации. Кроме того, в колонне с переменными (уменьшающимися сверху вниз ниже ввода растворителя) расстояниями между тарелками затпудняется изменение при необходимости места ввода растворителя в колонну ,и использование для экстрактивной ректификации обычных колонн с одинаковыми нормализованными расстояниями между тарелками. Нормализованн1 1е тарелки отличаются постоянными, принятыми по нормалям, свободным сечением паровых патрубков порядка 10-12% и сечением сливных карманов из расчета скорости парожидкостной эмульсии в них 0,1-0,2 м/с, и расстояниями между тарелками. Расстояния между тарелками также нормализованы, причем нормализованный ряд расстояний между составляет: 400, 450, 500, 550, бОО, 700, 800, 900 мм. Как известно, производительность сливного устройства определяется выражением Q F,-W, FC - сечение сливного устройства, м We - скорость парожидкостной эмульсии в сливном устройстве, м/с. Скорость W( однозначно определяется высотой парожидкостной эмульсии в сливном устройстве (кармане) Поэтому пропускная способность сливного устройства тарелки пропорциональна сечению сливного устройства F в первой степени и расстоянию между тарелками h.( в степени 0,5. Например, если увеличить сечение сливного устройства в 4 раза и расстояние между тарелками в 2 раза как в известном устройстве , то пропуская способность сливного устройства по парожидкостной эмульсии увеличится в 4 X 2 - 8 раз. В другом случае, в условиях предлагаемого технического решения, если сечение сливного устройства мы увеличим в 6 раз, а расстояние между тарелками увеличим в 3 раза, то, пропускная способность сливного устройства увеличится в 6 х - 10, 38 раз. Цель изобретения - увеличение производительности колонны экстрактивной ректификации путем исключения возможности испарения жидкости (флегмы) с пенообразованием непосредственно в сливных устройствах при CMeiiieiiHH растворителя с жидкостью (флегмой) . Поставленная цель достигается тем, что в колонне экстрактивной ректификации, содержа|цС11 корпус с расположенными по высоте та1)елками, контактная часть которых снабжена паровыми патрубками с колпачками, одна из тарелок выполнена с устройством для подачи растворителя, сливные устройства, при этом сечения сливных устройств тарелки с устройством для подачи растворителя и расстояние между ней и нижележащей тарелкой выполнены большими по сравнению с вышележащими тарелками, устройство для ввода растворителя расположено над контактной частью тарелки и она снабжена установленной под ней глухой тарелкой. Сечения сливных устройств тарелки, на которую подается растворитель, и глухой тарелки выполнены в 5-6 раз больше сечения сливных устройств вышележащих тарелок, а расстояние между тарелкой, на которую подается растворитель, и глухой вьшолнено в от ношении 3:1 по сравнению с расстоянием меж ду вышележащими тарелками. Паровые патрубки глухой тарелки вьшолнены с высотой, превышающей высоту уровня жидкости на тарелке. Таким образом, в предлагаемом техническо решении растворитель вводится непосредственно на контактную тарелку, где происходит контакт пара с лшдкостью, в результате смешения растворителя с жидкостью (флегмой) за счет теплоты смешения происходит обильное пенообразование, и в сливное устройство тарелки сливается пена с очень низкой плотностью, объем пены знаштельно уменьшается, поэтому сечение сливных устройств этой тарел ки увеличено в 5-6 раз и расстояние до нижней тарелки также увеличено в 3 раза дл обеспечения гидрозатвора, так как известно. Wo высота гидрозатвора равна плотности жид кости (пены) в сливном устройстве, умножен ной на расстояние между тарелками. Принято утроенное расстояние конструктивно выгодно, так как однотипные сливные устройства тарелок колонны имеют нечетные тарелки и перенос ввода растворителя упрощается и заключается только в демонтаже двух тарелок. Глухая (успокоительная) тарелка предназначена для завершения перемешивания растворителя с флегмой и самоиспарения, поэтому на такой тарелке не происходит ко такта жидкости с паром, для чего паровые патрубки выполнены более высокими, поэт му колпачки расположены гораздо выще уровня жидкости на глухой тарелке, в результате чего пар, не контактируя с жидкостью, поднимается под вышерасположенную тарелку, на которую подается растворитель, а жидкость совершает обычный путь на тарелке, при этом завершается испарение флег мы за счет теплоты смешения. 44 На чертеже представлена схемагичгю колонна экстрактивной ректификации, иллюстрирующая ввод растворителя в колонну. В колонне 1 расположены тарелки 2 с нормализованными расстояниями между тарелками и сечениями сливных устройств 3 и глухая тарелка 4, на которой не происходит контакта между жидкостью и поднимающими- ся по колонне снизу вверх паром. Сечения сливных устройств 5 тарелки ввода растворителя и глухой тарелки 3 увеличе1п 1 в 5-6 раз по сравнению с вышерасположенными нормализованными тарелками дпя обеспечения слива жидкости с низкой плотностью вследствие действия поверхностно-активных веществ и испарения флегмы за счет теплоты смешения. Ввод растворителя выполнен в ввде коллектора 6, расположенного над тарелкой и месте слива флегмы из сливных устройств, а par-стояние между тарелкой ввода растворителя 2 и нижележащей глухой тарелкой 3 увеличено в 3 раза по сравнению с нормализованными расстояниями между тарелками 2. Колонна работает следующим образом. Пар в колонну экстрактивной ректификации 1 движется снизу вверх, а жидкость (флегма) движется сверху вниз. Растворитель вводится на тарелку 2 по коллекторам 6 в месте слива жидкости из сливных устройств. На тарелке 2 происходит смещение растворителя с жидкостью (флегмой) с пенообразованием вследствие действия поверхностно-активных примесей в растворителе и дополнительное испарение флегмы за счет теплоты смешения растворителя с жидкостью, взаимодействие поднимающихся паров и жидкой смеси и массообмен между ними. Таким образом, интенсивное пенообразование происходит на тарелке, на которую подается растворитель, а для обеспечения слива большого объема имдкости (парожидкостной эмульсии) с малой плотностью с этой тарелки сечение сливных устройств увеличено в 5-6 раз по сравнению с вышележащими нормализованными тарелками, и расстояние до нижней глухой тарелки также увеличено в 3 раза. Расстояние между глухой тарелкой 4 и нижележащей обычной тарелкой 2 вьшолняется обычным, как и между вышележащими нормализованными та- . релками, так как с глухой тарелки 4 будет стекать ответленная жидкость без пены. Утроенное расстояние между тарелкой 2, на которую подается растворитель, и нижележащей глухой тарелкой 4 позволяет использовать для экстрактивной ректификации ооычные с нормализованными тарелками ректификационные колонны, удалив при этом на уровне ниже ввода растворителя в колонну две нормализованные тарелки и установив одну глухую тарелку, при этом будет совпадать чередование периферийных и центральных сливов двух- и многопоточных тарелок или диаметральное расположение однопоточных тарелок.

Предлагаемая колонна экстрактивной ректификации испытана в процессе выделения изопрена из изоамилен-изопреновых фракций методом экстрактивной ректификации с димег тилформамидом на Тольяггинском ПО Синтезкаучук. Экономический эффект от использования предлагаемой колонны, обеспечивается за счет увеличения ее производительности в 2-2,5 раза или снижения ее металлоемкости в 1,5-1,7 раза, а также за счет повышения чистоты разделяемых продуктов и снижения расходных норм и за счёт уменьшения потерь целевых продуктов.

Например, расходньш коэффициент по изопрену на изопрен сократился с 2;2 т/т до 2,15 т/т, что по отрасли на 1979 год составило

(2,2-2,15) 68 600000 - 2040 тыс. руб. где 2,2 - расходный коэффициент до использования предлагаемой экстрактивной колонны, т/т;

2,15 - расходный коэффициент после использования предлагаемой экстрактивной колонны, т/т; 68 - стоимость изопрена руб/т; 600000- годовой вьшуск изопрена из изопентана по отрасли, т/г.

Формула изобретеиия

1: Колонна экстрактивной ректификации, содержащая корпус с расположенными по высоте тарелками j контактная часть которых

снабжена паровыми патрубками с колпачками, одна из тарелок выполнена с устройством для подачи растворителя, сливные устройства, при этом сечения сливных устройств тарелки

с устройством для подачи растворителя и расстояние между ней и нижележащей тарелкой выполнены большими по сравнению с вышележащими тарелками, отличающаяся тем, что, с целью увеличения

производительности путем исключения возможности испарения жидкости с пенообразованием непосредственно в сливных устройствах при смешении растворителя с жидкостью, устройство для ввода растворителя расположено над контактной частью тарелки и она

снабжена установленной под ней глухой тарелкой.

глухой вьшолнено в отношении 3:1 по сравнению с расстоянием между вышележащими тарелками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Техническая документация колонны, поставленная фирмой Мицубиси Тольяттинскому ПО Сйнтезкаучук.