Роторна ректифікаційна установка

1. Роторна ректифікаційна установка, яка містить вертикальний корпус з вмонтованими в нього тарілками із розпилюючими роторами, співвісно встановленими на обертовому валу, оснащеними диспергуючими гофрованими циліндрами з отворами для виходу рідини і розміщеними в нижній частині забірними пристроями, які виконані у вигляді пустотілої ступінчатої втулки, на внутрішній поверхні якої закріплений підйомний елемент для рідини у вигляді спіральної стрічки, також вона 3 36177 забірними пристроями, які виконані у вигляді пустотілої ступінчатої втулки, на внутрішній поверхні якої закріплений підйомний елемент для рідини у вигляді спіральної стрічки, також він обладнаний вертикальним кожухотр убним конденсатором та пристроєм для відбору конденсату, причому цей пристрій кріпиться під конденсаційними трубками на одному валу з розпилюючими роторами [Патент на корисну модель №31696 Роторний ректифікатор від 25.04.2008 Бюл. №8]. Недоліком зазначеного апарату є втрата парів найбільш низькокиплячих компонентів початкового продукту, а також необхідність встановлення окремого конденсаційного контура, який складається з конденсатора або абсорбера і вакуумного насосу, для забезпечення та підтримки впродовж процесу ректифікації потрібного розрідження в корпусі апарату. Крім того, недоліком зазначеного апарату, в сук упності з окремим конденсаційним контуром, є не раціональне використання води, що йде на конденсацію парів продукту. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення роторного ректифікатора шляхом встановлення винесеного додаткового конденсатора та лопатевого робочого колеса для відбору конденсату і створення розрідження в апараті, здійснити підвищення ефективності роботи масообмінної установки та кінцевої чистоти і концентрації вихідних фракцій, що дозволить забезпечити економію конструкційних матеріалів та енергетичних витрат, зменшити кількість одиниць обладнання на здійснення процесу конденсації парів окремих низькокиплячих фракцій початкового продукту. Поставлена задача вирішується тим, що роторна ректифікаційна установка, яка містить вертикальний корпус з вмонтованими в нього тарілками із розпилюючими роторами, співвісно встановленими на обертовому валу, оснащеними диспергуючими гофрованими циліндрами з отворами для виходу рідини і розміщеними в нижній частині забірними пристроями, які виконані у вигляді пустотілої ступінчатої втулки, на внутрішній поверхні якої закріплений підйомний елемент для рідини у вигляді спіральної стрічки, також вона обладнана вертикальним кожухотр убним конденсатором та пристроєм для відбору конденсату, причому пристрій кріпиться під конденсаційними трубками на одному валу з розпилюючими роторами. Згідно корисної моделі, роторна ректифікаційна установка обладнана винесеним додатковим конденсатором, а пристрій для відбору конденсату виконано у вигляді лопатевого робочого колеса, лопаті якого мають клиновидну форму з широкою основою та бортом, розміщеним під кутом 10°-50° до основи, яка жорстко кріпиться до маточини робочого колеса під кутом 5°-60° до горизонту і піднята грань кожної лопаті на 10-40мм перекриває опущену грань наступної. Можливе послідовне об'єднання винесеного додаткового конденсатора і вбудованого вертикального кожухотр убного конденсатора в єдину систему охолодження за допомогою переточної труби. 4 Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками полягає в наступному. Під дією вакуум у, який створюється лопатевим робочим колесом в сукупності з вбудованим конденсатором і винесеним додатковим конденсатором, в корпусі роторної ректифікаційної установки утворюються пари низькокиплячих компонентів. При проходженні парів через трубки вбудованого конденсатора першими конденсуються пари низькокиплячого компоненту з вищою температурою кипіння і частина конденсату відбирається у вигляді дистиляту, а інша частина повертається назад в ректифікатор у вигляді флегми. Пари низькокиплячого компоненту з нижчою температурою кипіння (неконденсовані гази) перетворюються в конденсат у винесеному додатковому конденсаторі. Застосування винесеного додаткового конденсатора дозволяє повністю виділити низькокиплячі компоненти із найнижчою температурою кипіння з середовища неконденсованих газів, а також забезпечує максимальну чистоту і концентрацію дистиляту та конденсату низькокиплячих компонентів багатокомпонентних рідких сумішей. Використання лопатевого робочого колеса дає змогу створити розрідження в корпусі апарату без застосування вакуумнасосу за рахунок тяги, що створюють похилі основи лопатей, та забезпечити ефективний відбір конденсату від вбудованого конденсатора за рахунок похилих бортів та часткового перекривання основ лопатей. Описана конструкція лопатевого робочого колеса має ряд переваг. Клиновидна форма лопаті з широкою основою та бортом, розміщеним під кутом 10°-50° до основи забезпечує ефективний відбір та затримку конденсату на поверхні основи лопаті. Тобто, борт запобігає стіканню рідини з основи в міжсекційний простір апарату і радіальне направляє рідину в стінку або жолоб секції, як при обертанні робочого колеса так і в стані спокою. При виконанні борта під кутом менше ніж 10° до основи можливий перелив рідини через його край, а при виконанні під кутом більше ніж 50°, створюється значний гідравлічний опір вертикальному нагнітанню парового середовища. Закріплення основи лопаті до маточини під кутом 5°-60° до горизонту забезпечує необхідну вертикальну тягу для створення розрідження в корпусі установки. При виконанні основи лопаті під кутом менше ніж 5° до горизонту не буде створюватися достатня вертикальна тяга, а при виконанні більш ніж 60°, виникатимуть значні радіальні та вихрові парогазові потоки, що призведе до погіршення умов проходження парами конденсаторів та розбризкування крапель конденсату в міжсекційний простір. Перекривання піднятої грані кожної лопаті на 1040мм опущеної грані наступної забезпечує не потрапляння крапель конденсату, який стікає з трубок вбудованого конденсатора, у міжсекційний простір апарату, як при обертанні робочого колеса так і в стані спокою. При виконанні лопатевого робочого колеса з перекриванням лопатей менше ніж 10мм можливе потрапляння крапель на борт наступної лопаті і подальше стікання в міжсекційний простір апарату, а при виконанні перекриван 5 36177 ня лопатей більше ніж 40мм послаблюється вертикальна тяга робочого колеса. Об'єднання винесеного додаткового конденсатора та вбудованого вертикального кожухотр убного конденсатора в єдину систему охолодження за допомогою переточної труби, забезпечує раціональне використання охолоджувальної води, економію конструкційних матеріалів та водних ресурсів. Об'єднання запропонованих ознак з раніше відомими дозволяє підвищити ефективність процесу ректифікації багатокомпонентних рідких сумішей, значно зменшити втрати компонентів від неповної конденсації і краплевитягу, покращити кінцеву їх концентрацію та чистоту, забезпечити економію водних, енергетичних ресурсів та конструкційних матеріалів, спростити обслуговування та експлуатацію обладнання за рахунок зменшення його одиниць. Технічна сутність та принцип роботи запропонованої роторної ректифікаційної установки пояснюється кресленнями. На Фіг.1 зображена принципова конструкція роторної ректифікаційної установки. На Фіг.2 зображена принципова конструкція лопатевого робочого колеса. Роторна ректифікаційна установка складається з секційного корпусу 1, який утворюється з'єднанням циліндричних корпусів окремих масообмінних тарілок 2. Куб 3 розміщується під секційним корпусом. Вбудований вертикальний кожухотрубний конденсатор 4 поєднується до верхньої секції корпусу. Над конденсатором знаходиться камера 5 для неконденсованих парів та газів. Співвісно до корпусу ректифікатора розміщується вал 6, який приводиться в обертовий рух електродвигуном 7. На валу жорстко кріпляться лопатеве робоче колесо 8 для відбору конденсату і створення тяги в корпусі, та розпилюючі ротори 9 у кожній секції апарату. Для підводу початкової суміші в корпусі встановлено вхідний патрубок 10. В нижній частині куба 3 розташовано патрубок 11 для відведення кубової рідини. З верхньою масообмінною тарілкою з'єднаний патрубок 12 для відведення дистиляту. З камери 5 виходить труба 13 для виведення неконденсованих газів, яка поєднана до вхідного патрубка 14 винесеного додаткового конденсатора 15. Вихідний патрубок 16 винесеного додаткового конденсатора 15 призначений для виведення з роторної ректифікаційної установки конденсату найбільш низькокиплячих речовин початкового продукту. Патр убки 17 і 18 призначені, відповідно, для підведення та виведення охолоджувальної води з конденсаторної системи. Переточна труба 19 поєднує між собою охолоджувальні контури винесеного додаткового конденсатора 15 та вбудованого конденсатора 4. Лопатеве робоче колесо 8 складається з лопатей 20, приєднаних до маточини 21, яка кріпиться під конденсаційними трубками на одному валу з розпилюючими роторами. Роторна ректифікаційна установка працює наступним чином. Даний роторний ректифікатор є установкою безперервної дії комбінованого типу, яка складається з вичерпуючої (нижньої) частини, укріплюючої (верхньої) частини, вбудованого кон 6 денсатора та винесеного додаткового конденсатора. Початкова суміш через патрубок 10 подається на верхню тарілку вичерпуючої частини колони. Потім суміш захоплюється розпилюючим ротором 9 та розбивається на окремі краплини, які розбризкуються в об'ємі масообмінної секції. Оскільки відбувається безперервне живлення роторної ректифікаційної установки початковою сумішшю, то надлишок суміші послідовно переливається з вищої на нижчу секцію вичерпуючої частини установки. Пари низькокиплячих речовини, що утворилися на нижчих тарілках в результаті випаровування низькокиплячих компонентів суміші під дією вакууму, вступають у масообмінну реакцію з краплинами, насичуються низькокиплячими компонентами і піднімаються далі в укріплюючу частин у. З нижньої тарілки вичерпуючої частини кубова рідина стікає у куб 3 ректифікатора і постійно виводиться з нього через вихідний патрубок 11. Пари низьокиплячого компоненту з вищою температурою кипіння, пройшовши масообмінні тарілки вичерпуючої та укріплюючої частини, конденсуються у вбудованому конденсаторі 4. Конденсат стікає з конденсаційних трубок на лопаті 20 лопатевого робочого колеса 8. Лопаті мають клиновидну форму з широкою основою та бортом, розміщеним під кутом 10°50° до основи. Лопаті жорстко кріпляться до маточини робочого колеса, розміщені під кутом 5°-60° до горизонту і піднята грань кожної лопаті на 10-40 мм перекриває опущену грань наступної. При цьому, конденсат, що потрапляє на основу лопаті, відкидається з її поверхні відцентровою силою і стікає по краплевловлювачу на верхню тарілку укріплюючої частини апарату. Далі, аналогічно до руху початкового продукту, дистилят розбризкується розпилюючим ротором, при цьому проводиться постійний відбір дистиляту із забірної чаші верхньої тарілки через патрубок 12, а надлишок дистиляту, у вигляді флегми, стікає на нижні тарілки укріплюючої частини. Одночасно, пари низькокиплячого компоненту з нижчою температурою кипіння (неконденсовані гази) проходять через конденсаційні трубки вбудованого конденсатора 4, камеру 5, і по трубі 13, для виведення неконденсованих газів, подаються до винесеного додаткового конденсатора 15, де конденсуються. Конденсат низькокиплячого компоненту з нижчою температурою кипіння виводиться з винесеного додаткового конденсатора через патрубок 16. В конденсаторну систему о холоджувальна вода подається через вхідний патрубок 17 і проходить спочатку охолоджувальний контур винесеного додаткового конденсатора 15, а потім, по переточній трубі 19 потрапляє в охолоджувальний контур вбудованого конденсатора 4 і виводиться з установки через вихідний патрубок 18. Застосування описаного типу конденсаторної системи дозволяє економити водні ресурси, а також більш раціонально використовувати воду як холодоносій. Технічний результат полягає в наступному. Використання запропонованої конструкції роторної ректифікаційної установки дозволить значно підвищити ефективність масообмінного процесу та кінцеву концентрацію і чистоту вихідних фракцій, знизити кількість втрат компонентів від крап 7 36177 левитягу та неповної конденсації, економити водні, енергетичні ресурси та конструкційні матеріали, спростити та здешевити обслуговування та екс Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 8 плуатацію обладнання, зменшити виробничі площі та збільшити мобільність обладнання за рахунок зменшення його одиниць. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601