Спосіб організації потоків в тепломасообмінному апараті

Корисна модель відноситься до тепломасообмінних процесів поділу р о з чи н і в пр и р ек ти фік а ці ї і м оже бути ви к о р и ста на в хі м і чн ій , нафтопереробній, харчовій і суміжних галузях промисловості. Відомий спосіб масообміну пари (газу) і рідини на трубчасти х тарілках із двома зонами контакту, що включає протитечійний контакт між стікаючою о холоджен ою рі ди ною і па ро ю (газом ), що пі дніма єть ся , п ри чом у, до контакту з газом потік рідини подають у трубки тарілок, конденсують низькокиплячу частин у з парового по току що піднімаються за рахунок зрошування, після чого потік рідини виводять із трубок тарілок і подають на контакт з залишковою несконденсованою парою. До контакту з газом частину рідинного потоку направляють безпосередньо на контакт із нескондесованою частиною газу [А. с. СРСР №1152599, У 01 D 3/00,1984]. Організація такого способу контакту дозволяє підвищити ефективність процесу. Однак для подачі рідини на повторний контакт із парою, необхідна додаткова витрата енергії для підйому рідини над тарілкою. Крім цього, змі шування по токів рідини з різн и х тар ілок супр оводж ується також додатковими витратами енергії. Відомий спосіб проведення процесу масообміну в циклічному режимі в ба га тоступін частом у апар аті , що поляга є в періодичній подачі пари н а к он так тні ступіні , при чом у, подачу па ри з дій сн юють з по чер го вим байпа суван ням п ари по ступі ня х апа ра ту. П ода чу п ари з дій снюють з почерговим байпасування пари одночасно через пару ступіней [патент РФ №2050167, В 01 D 3/00 , 1995]. Бойпасування пари через одну або кілька ступіней дозволяє підвищити пропускну здатність апарату, а також стійкість його роботи при коливанні навантаження по сировині. Разом з тим, надходження розігрітої пари через байпасні лінії на тарілки, що лежать вище, зі зниженою температурою рідини, приводить до різкого її випар у й утворення великої кількості пари, що приводить до збільшення гідравлічного опору і винесенню крапель рідини. Крім цього пор ушується рівномірність теплового режиму в колоні , що п ри во ди ть до по гір шення яко сті оде рж увани х п родук ті в. Ві домо , що проведення тепломасообмінного процесу супроводжується рівномірним зниженням температури пари, що піднімається, на кожній ступіні і відповідно, підви щенням температур и рідини , що зливається по ступіня х. Внаслі док цього в парі, що піднімається нагору збільшується вміст низькокиплячого к омп он ен ту, а в р і дин і , що з ли ва ється вн из , з бі ль шуєть ся вмі ст висококиплячого компонента. Таким чином, на самій верхній тарілці буде практи чно чи стий н изькокиплячи й компонен т, а на самій нижній -ви сококиплячий . С усідні з ними тарілки будуть місти ти сумі ші з біль ш ви сок им вмі стом ін шо го к омпонен та : у вер хні й частині апар а та н а передостанній тарілці в рідині й у па рі буде біль ше висококипля чо го компонента, а на другий знизу - низькокиплячого. При цьому, наприкінці (початку) циклу при відкритті байпасу OK-N, пара, що містить ще значн у частин у висококиплячого компоненту з тарілки, що розташована нижче, минаючи дві тарілки, що розташовані вище (або тільки верхню), надходить у к о н де н са то р я к го то вий пр о дук т, що м і сти ть п і дви ще н у ча стк у висококиплячого компоненту через зменшення ступіней контакту фаз. Таким чином, в дистиляті буде підвищений вміст висококиплячого компонента, а в кубовому залишку - низькокиплячого. Виправити зазначений недолік можна за ра хун ок збі ль шенн я ви тра ти фле гми і збіль ше ння темпера тури в кип'ятильник у. Як пер ше , так і др уге вима га є до да ткови х енер ге ти чни х витрат. Найбільш близьким технічним рішенням, прийнятим за прототип, є спосіб безперервної ректифікації розчинів [патент РФ №2193438, B01D 3/00, 20 0 2 ], що вк люча є п ода чу н а гр і то ї си ро вин и в сек ці ю жи вле ння ректифікаційної колони, відбір з верха колони пари дистиляту, її охолодження і конденсацію з подачею частини конденса ту на вер х колони як зрошення і додавання в сировину продукту з верха колони, відвід з низу колони кубового залишку перегонки, частина якого підігрівається і повертається в низ колони для обігріву куба, а як продукт, що додається в сировину з верха колони перед його нагріванням, використовують частину пари дистиляту. До причин, що перешкоджають досягненню очікуваного технічного результату, відносяться змішання сировини з частиною низькокиплячого компонента (дистиля ту), що приво ди ть до збіль шення концентраці ї низькокиплячого компонента в середній частині колони і, як наслідок, до додаткової витрати гріючої пари, за рахунок підтримки заданої концентрації низькокиплячого компонента в кубовому залишку. При змішувані сировини з частиною отриманої пари дистиляту (готового продукту), що конденсується і нагріває сировин у, заощаджується частина тепла, що ви трачалася б при нагріванні його іншим теплоносієм. Однак, рідкий дистилят, що надійшов у колону із сировиною, знову випаровується за рахунок конденсації тепла пари висококиплячих компонентів, що піднімаються з нижньої частини колони. З цього випливає, що при змішувані сировини з парами дистиляту, загальна витрата тепла на проведення процесу ректифікації залишається незмінною. Крім цього збільшується навантаження по низькокиплячому компоненту у вер хній частин і колони, що при водить до пор ушення гі дродинамі чно го режиму, винесенн ю крапель рідини і збіль шенню гідра влічно го опор у в колоні. За рахунок цього підвищується тиск у колоні і температура кипіння рідини, що також приводить до додаткової витрати тепла в кип'ятильнику. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу організації потоків у тепломасообмінному апараті за рахунок використання тепла частини пари дистиляту і рідкого кубового залишку, а також зменшення подачі фле гми , що приз води ть до зниження енер ге ти чни х ви тра т при проведенні тепломасообмінних процесів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі організації потоків у тепломасообміному апараті, що включає подачу нагрітої сировини в секцію живлення ректифікаційної колони, виведення з верха колони пари дистиляту, її о холодження і конденсацію з подачею частини конденсату на вер х колони як зрошення, відвід з низу колони кубового залишку перегонки, частина якого пі ді грі ва ється і по вер та єть ся в низ ко лон и для о бі грі ву к уба , ча стин у відібраної з верха колони пари дистиляту направляють у колону протитечією стосовно пари, що піднімається, і виводять її з нижньої частини колони, стискають за допомогою теплового насоса, і подають послідовно в додатковий кип'ятильник кубового залишк у перегонки, перший підігрівач сиро вини і збірник дистиляту, а частину кубового залишку перегонки направляють через другий підігріва ч сиро вини і хо лодильник у збірник к убово го залишк у перегонки. Подача частини пари дистиляту у вер хню частин у колони протитечією до гарячої пари, що рухається з нижньої частини колони, дозволяє знизити її температуру і, внаслідок цього, зменшити витрату флегми. Пара дистиляту на гр іва ється , ви води ть ся з нижньої частини колони , сти ск ується, і використовується як гріючий агент у випарнику кубового залишку перегонки і пі ді гр і ва нн і сир о вин и . Те пло к убо во го за ли шк у п ере го нки та кож використовується для підігріву сировини. Така схема організації потоків дозволяє знизити навантаження по парі і по рідині в зміцнювальній ча стині колони за рахунок зниження витра ти флегми. Це приводить до зниження загального тиску в колоні і, як наслідок, до зниження температури в кубі і витрати загальної кількості тепла на процес ректифікації. Використання тепла пари низькокиплячого компонента у випарнику і підігрівачі сировини приводить також до додаткової економії енергії, не дивлячись на те, що деяка кількість енергії витрачається на привід теплового насоса. Крім цього використовується тепло кубового залишк у перегонки для підвищення температури сировини. Усе це сприяє значному зниженню енергетичних витрат на процес ректифікації. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленням (Фіг.), на якому зображена схема технологічного процесу способу організації потоків у тепломасообмінному апараті. Потік сиро вин и подають через пер ший підігрі ва й си ро вини 1 (де сировина нагрівається за рахунок тепла частини дистиляту) і другий підігрівач си ро вини 2 (де во на н агрі ва ється за ра хунок тепла к убо во го зали шк у перегонки) у секцію живлення колони 3. З верха колони 3 виводиться пара легколеткого компонента (дистиляту), що поділяється на дві частини. Одна частина пари направляється в конденсатор 4, конденсується і повертається для з ро шен ня ко лони 3 у ви гляді фле гми . Ін ша частина пари дистиля ту на пр а вля єть ся у ве р хн ю ча сти н у к о ло ни 3 у те плоо бм інн і а па ра ти , установлені під тарілками (на кресленні не показані) і з'єднані послідовно так, що пари дисти ля ту р уха ються з вер хньої ча стини ко лони до нижньої протитечією до пари, що рухається нагору, з куба 5 колони 3. При цьому здійснюється теплообмін без змі шування пари ди стиля ту і пари з куба 5 к о лон и 3 - пар и дисти ля ту на грі ва ють ся , а пар и з к уба 5 ко лон и 3 о холодж уються , ун аслі док чо го пар и висококипля чо го к омпонен та конденсуються і по тарі лка х (на кресленні не показані) стікають у куб 5 колони 3. Перегріті пари дистиляту виводяться з нижньої частини колони 3 і стискуються в тепловому насосі 6 до температури не менш ніж на 5°С вище температури кипіння к убо во го за ли шк у перегонки і напра вляються в додатковий кип'ятильник 7 як гріюча пара, де конденсуються і направляються в перший підігрі ва ч сиро вини 1 , о хо лодж уються і надходя ть у збірник дистиляту 8 як го товий продукт. Надлишок кубового залишку перегонки в колоні 3 виводиться через основний кип'ятильник 9 при температурі кипіння і направляється в збірник кубового залишку перегонки 10 послідовно через другий підігрівач сировини 2 і холодильник 11. Запропонована корисна модель дозволить зменшити витрати енергії на одиницю продукції за ра хунок використання тепла ча стини дистиля та і к убово го залишк у пере гонки .