[RU]

Предложена ректификационная колонна (100) для разделения многокомпонентных смесей с внутренним тепло- и массообменом, которая обеспечивает тепло- и массообмен в пленочном режиме с внутренней генерацией орошения вдоль всей длины тепло- и массообменных труб (8) и которая, как предполагается, обеспечивает повышение эффективности. Ректификационная колонна включает в себя ректификационную/обогащающую секцию (1) с тепло- и массообменом в ее трубчатых (12) и кольцевых (11) пространствах, накрытую сверху распределителем (15) теплоносителя с распределительной камерой (17) наверху распределителя (15) теплоносителя таким образом, что возможно более высокое давление текучего теплоносителя в распределительной камере (17), чем в кольцевом пространстве (11). Конструкция распределителя (15) позволяет полностью отделять верхний выход (13) для паров теплоносителя и нижний выход (27) для текучего теплоносителя из кольцевого пространства (11) от подачи (14) текучего теплоносителя в распределительную камеру (17). Устройство (33) подачи сырья позволяет многокомпонентной смеси входить в трубчатые пространства (12) снизу. Устройство (35) используется для выпуска жидкой фазы (из многокомпонентной смеси) из ректификационной колонны (100). Бак (6) нагревающей среды может присоединяться к кольцевому пространству (11) и конденсатору (18) пара теплоносителя. Одна или несколько дополнительных нижних ректификационных секций (19) с тепло- и массообменом в их трубчатом пространстве (25) труб (23), выровненных с трубами (8), могут быть обеспечены непосредственно под секцией (1) обогащения. Отпарная секция (34), трубы (8) и (23) могут быть оборудованы турбулизаторами (16). Ректификационная колонна позволяет извлекать промежуточные фракции разделяемой смеси с помощью соответствующих устройств, установленных ниже секции (1) обогащения.

(57) Реферат / Формула:

Предложена ректификационная колонна (100) для разделения многокомпонентных смесей с внутренним тепло- и массообменом, которая обеспечивает тепло- и массообмен в пленочном режиме с внутренней генерацией орошения вдоль всей длины тепло- и массообменных труб (8) и которая, как предполагается, обеспечивает повышение эффективности. Ректификационная колонна включает в себя ректификационную/обогащающую секцию (1) с тепло- и массообменом в ее трубчатых (12) и кольцевых (11) пространствах, накрытую сверху распределителем (15) теплоносителя с распределительной камерой (17) наверху распределителя (15) теплоносителя таким образом, что возможно более высокое давление текучего теплоносителя в распределительной камере (17), чем в кольцевом пространстве (11). Конструкция распределителя (15) позволяет полностью отделять верхний выход (13) для паров теплоносителя и нижний выход (27) для текучего теплоносителя из кольцевого пространства (11) от подачи (14) текучего теплоносителя в распределительную камеру (17). Устройство (33) подачи сырья позволяет многокомпонентной смеси входить в трубчатые пространства (12) снизу. Устройство (35) используется для выпуска жидкой фазы (из многокомпонентной смеси) из ректификационной колонны (100). Бак (6) нагревающей среды может присоединяться к кольцевому пространству (11) и конденсатору (18) пара теплоносителя. Одна или несколько дополнительных нижних ректификационных секций (19) с тепло- и массообменом в их трубчатом пространстве (25) труб (23), выровненных с трубами (8), могут быть обеспечены непосредственно под секцией (1) обогащения. Отпарная секция (34), трубы (8) и (23) могут быть оборудованы турбулизаторами (16). Ректификационная колонна позволяет извлекать промежуточные фракции разделяемой смеси с помощью соответствующих устройств, установленных ниже секции (1) обогащения.

---

2420-519760ЕА/022
РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА С ВНУТРЕННИМ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНОМ И
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ НА ФРАКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ С ВНУТРЕННИМ ТЕПЛО- И
МАССООБМЕНОМ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение касается ректификационной колонны для
разделения многокомпонентных смесей, а именно способов
разделения жидких смесей с разными температурами кипения, в
частности для разделения низкокипящей и высококипящей фракций,
и может быть использовано в химической промышленности,
нефтехимической промышленности, нефтеперерабатывающей
промышленности, пищевой промышленности и в некоторых других промышленностях и содержит признаки первой части пункта 1 формулы изобретения. Таким образом, ректификационная колонна с внутренним тепло- и массообменном для разделения многокомпонентных смесей на фракции содержит секцию обогащения, изготовленную в форме вертикального трубчатого теплообменника, который содержит тепло- и массообменные трубы, внутри которых пары ректифицируемой многокомпонентной смеси подаются в трубчатые пространства упомянутых труб, и из которых удаляется часть ректифицированных паров. Упомянутая секция обогащения дополнительно содержит корпус, пластины для труб, где упомянутые пластины для труб присоединены к упомянутому корпусу, обеспечивая, таким образом, упомянутые трубчатые пространства и упомянутое кольцевое пространство. Верхний вход теплоносителя и нижний выход текучего теплоносителя присоединены к упомянутому кольцевому пространству. Упомянутый верхний выход паров теплоносителя из кольцевого пространства расположен ниже упомянутого верхнего входа теплоносителя. Распределитель теплоносителя, который распределяет текучую среду из верхнего входа текучего теплоносителя в кольцевое пространство, обеспечивает течение текучей среды вдоль внешних поверхностей данных труб. Упомянутые тепло- и массообменные трубы проходят сквозь
отверстия в упомянутом распределителе теплоносителя. Упомянутые отверстия оставляют зазоры между упомянутым распределителем теплоносителя и внешними поверхностями труб. Тепло- и массообменные поверхности в кольцевом пространстве образованы с помощью внешних поверхностей данных труб между упомянутой нижней пластиной для труб и упомянутым распределителем теплоносителя. Тепло- и массообменные поверхности в трубчатом пространстве образованы с помощью внутренних поверхностей труб между упомянутой нижней пластиной для труб и упомянутым распределителем теплоносителя. Ректификационная колонна дополнительно содержит подвод паров материальной смеси, которую необходимо ректифицировать, в трубчатое пространство, а также устройство извлечения паров для паровой фракции данной материальной смеси, и устройство для выпуска жидкой фракции материальной смеси из трубчатых пространств. Данное изобретение дополнительно касается способа разделения многокомпонентных смесей на фракции с использованием ректификационной колонны с внутренним тепло- и массопереносом и содержит признаки первой части пункта 2 4 формулы изобретения. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ректификационная колонна с внутренним тепло- и массопереносом известна (японский патент - JP 2001046803 А) . Согласно этому техническому решению, показанному на фиг. А, внутреннее 4' и внешнее 5' пространства одной или множества труб 25' отделены друг от друга с помощью верхней За' и нижней ЗЬ' пластин для труб внутри цилиндрического корпуса 1' ректификационной колонны. Разница температур внутри и снаружи труб 25' устанавливается с помощью разницы давлений в этих пространствах 4' и 5'. Высокое давление поддерживается внутри труб 25', тогда как низкое давление поддерживается снаружи труб 25'. Во время теплопереноса со стороны высокого давления на сторону низкого давления сквозь стенки труб 25' одна или несколько труб используются в качестве внутренней и внешней теплообменных поверхностей. Сторона высокого давления действует как секция концентрации или ректификации, а сторона
низкого давления действует как поверхность теплоотвода (отпарная секция). Отгоняющий пар входит на внешнюю сторону 5' у дна в положении 10' и покидает внешнюю сторону 5' наверху у положения 7'. Отгоняющая жидкость входит на внешнюю сторону 5' наверху у положения б' и покидает внешнюю сторону 5' у дна в положении 11'. Пар многокомпонентной смеси входит на внутреннюю сторону 4' труб 25' ниже дна в положении 12' и покидает (в виде обогащенной фракции) внутреннюю сторону 4' наверху у положения 9'. Жидкость многокомпонентной смеси входит на внутреннюю сторону 4 ' наверху у положения 8' и покидает внутреннюю сторону 4' у дна в положении 13'. Таким образом, и отгоняющий материал, и многокомпонентная смесь циркулируют в виде пара и в виде жидкости в противотоке сквозь колонну 1'. Орошение жидкостью вызывается конденсацией пара, возникающей в регулярном, обернутом сеткой, сетчатом фильтре 21' в верхней части внутренней 4' кольцевой поверхности ректификационной колонны с внутренним теплообменом. Таким образом, не требуется внешний конденсатор. Пространство внутри труб 25' используется в качестве ректифицирующей части ректификационной колонны (пары обогащаются низкокипящими компонентами смеси). Пространство вне труб 25' используется в качестве отпарной секции (жидкость обогащается высококипящими компонентами смеси) . Пространства (4) и (5) внутри и вне труб (25) заполнены регулярной насадкой.
Недостатком этой ректификационной колонны является низкая эффективность тепло- и массообмена. Это объясняется тем фактом, что теплообменные поверхности (стенки труб) используются только для теплопереноса, тогда как массоперенос происходит в регулярной насадке. Подвод текучей среды во внутритрубчатом пространстве не обеспечивает эффективное взаимодействие текучей среды с теплообменными поверхностями.
Вышеуказанный недостаток частично устраняется в компактной ректификационной колонне для разделения смешанных текучих сред, которая содержит ректификационную колонну (WO 03/078014 А) . Колонна, показанная на фиг. В, состоит из корпуса колонны 1" с трубчатыми решетками 3", 4", между
которыми установлены тепло- массообменные трубы 2". Данная колонна имеет устройство для удаления паровой фазы наверху колонны и устройство для удаления жидкой фазы на дне колонны. На дне ректификационной колонны есть точка подсоединения
(входная и выходная труба 7") для подачи теплоносителя, и соединяющая труба (входная труба 5") для возврата конденсата теплоносителя. Внутренние пространства между тепло- и маесообменными трубами 2" сообщаются друг с другом с помощью текучей среды. Наверху колонны есть соединительная труба
(входная и выходная труба 5") для удаления паровой фазы теплоносителя и возврата конденсата теплоносителя.
Регулятор давления установлен для подвода теплоносителя обратно в конденсатор. Теплообмен в этой колонне происходит, когда пар взаимодействует с жидкой пленкой, стекающей вниз на внутренней и внешней поверхностях тепло- и массообменных труб. В верхней части колонны между трубами есть распределительная пластина 8" под входной трубой 5", которая обеспечивает гравитационное течение теплоносителя вдоль внешних поверхностей тепло- и массообменных труб 2" в форме пленки.
Нерегулярное течение текучей среды на распределительной пластине 8" может быть недостатком данной ректификационной колонны, и, в результате, есть некоторая разница в орошении внешних поверхностей труб 2". Это может приводить к нерегулярному тепло- и массообмену в сечении колонны.
Самой близким уровнем предшествующей техники данного изобретения является ректификационная колонна с внутренним тепло- и массообменном японского патента 2004216338 А, показанная на фиг. С). Данная ректификационная колонна включает в себя ректификационную секцию, изготовленную в форме вертикального трубчатого теплообменника с паром, подаваемым в трубчатое пространство, и паром, удаляемым из трубчатого пространства, которая состоит из корпуса 1'", труб 25"', присоединенных к этому корпусу 1"', и пластин для труб За'", ЗЬ' ", задающих трубчатое 4"' и кольцевое 5"' пространства в корпусе 1"', для разделения многокомпонентной смеси на фракции, где верхний выход пара 7"' из кольцевого пространства
5"' находится ниже верхнего входа б"' текучей среды в кольцевое пространство 5"'. Выше верхнего выхода пара 7"' находится распределитель текучей среды 30'", который распределяет текучую среду из верхнего входа б"' текучей среды в кольцевое пространство 5"' и обеспечивает течение текучей среды вдоль внешних сторон труб 25"'. Данный распределитель имеет мелкие кромки вокруг всех труб 25"', а также вдоль внешнего периметра распределителя, которые обеспечивают зазоры относительно всех труб 25"' и внутренней поверхности корпуса 1"', чтобы равномерно распределять жидкость на все трубы и на внутреннюю поверхность корпуса 1"'. Насадка 4а"' может быть закреплена на внутренней поверхности. Текучая среда течет вдоль внешних сторон труб до тех пор, когда она поступает в насадочный слой 5а"', обязательный для оболочечной стороны 5'" труб 25'". Текучая среда подается от внешней стороны труб в насадку. Трубчатое пространство позволяет функционирование ректификационной секции, тогда как кольцевое пространство позволяет функционирование отпарной секции. Распределитель текучей среды должен иметь точное горизонтальное выравнивание, чтобы равномерно распределять жидкость на все трубы.
Недостатком этого прототипа является низкая эффективность теплопереноса. Это вызвано, по меньшей мере, двумя причинами. В этой прототипной колонне трубчатое и кольцевое пространство заполнены насадкой. Текучая среда течет вдоль внешних сторон труб только до насадочного слоя, затем текучая среда отходит от внешних сторон труб на насадку и, тем самым, тепло- и массообмен в колонне делается хуже. Когда текучая среда подается от распределителя в одну точку на верхней поверхности каждой трубы, текучая среда не распределяется равномерно по всему периметру внешней поверхности труб. Несмотря на точное горизонтальное положение распределителя и наличие спиралей на трубах, большая часть текучей среды течет вниз в потоке вдоль внешних поверхностей труб и не обеспечивает равномерное орошение всех внешних поверхностей труб, что также ухудшает тепло- и массообмен.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является увеличить эффективность тепло- и массообмена. Эта проблема решается с помощью ректификационной колонны с комбинацией признаков по пункту 1 формулы изобретения и способа с комбинацией признаков по пункту 2 4 формулы изобретения. Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения ректификационная колонна с внутренним тепло- и массообменом, которая включает в себя секцию обогащения, сделана в форме вертикального трубчатого теплообменника с подачей пара в трубчатые пространства и удалением пара из трубчатых пространств, корпуса, труб, присоединенных к этому корпусу, и пластин для труб, которые разделяют внутреннее и внешнее пространство труб, с целью разделения многокомпонентных смесей на фракции, где верхний выход паров из кольцевых пространств расположен ниже верхнего входа текучей среды в кольцевые пространства. Распределитель текучей среды распределяет текучую среду из верхнего входа текучей среды в кольцевые пространства и обеспечивает течение текучей среды вдоль внешних сторон труб. Ректификационная колонна также имеет бак теплоносителя, присоединенный к верхнему входу текучей среды в кольцевое пространство ректификационной секции. Отпарная секция содержит устройство подачи сырья и устройство для выпуска жидкой фракции из ректификационной колонны. Трубы содержат наполняющие элементы. Распределитель текучей среды воздухо- и газонепроницаемо присоединен к данному корпусу и образует распределительную камеру, которая включает в себя пространство вне труб, ограниченное верхней пластиной для труб и распределителем текучей среды. Тепло- и массообменные трубы проходят сквозь отверстия в распределителе текучей среды. Выходы текучей среды из распределительной камеры образованы с помощью щелей или зазоров между отверстиями распределителя и внешними поверхностями данных труб. Кроме того, тепло- и массообменные поверхности снаружи труб образованы с помощью внешних поверхностей данных труб, а также от нижней пластины для труб вверх до распределителя текучей среды. Давление
текучей среды в распределительной камере над распределителем текучей среды может быть выше, чем давление на внешней стороне труб ниже распределителя текучей среды. Бак теплоносителя дополнительно присоединяется к нижнему выходу теплоносителя из кольцевого пространства секции обогащения и к конденсатору пара теплоносителя, который также присоединяется к кольцевому пространству в секции обогащения. Ректификационная колонна может содержать, по меньшей мере, одну дополнительную ректификационную секцию с тепло- и массообменом внутри труб. Эта ректификационная секция находится между секцией обогащения и устройством подачи сырья и содержит корпус с пластинами для труб и трубы, которые образуют трубчатые и кольцевые пространства в данном корпусе. Конец пластины для труб нижней ректификационной секции присоединяется к нижнему концу пластины для труб ректификационной секции таким образом, что трубы дополнительной нижней ректификационной секции и секции обогащения расположены коаксиально. Наполняющие элементы всех труб сделаны в форме турбулизаторов, которые содержат отклоняющие элементы для вращения пара. Зазоры между отверстиями распределителя и внешними поверхностями труб выполнены в форме радиальных коаксиальных зазоров вокруг труб. Размеры зазоров определяются давлением текучей среды в распределителе и равняются, например, 0,05-1,0 мм. Зазоры между отверстиями распределителя и внешними поверхностями труб образованы с помощью вертикальных каналов вдоль периметра отверстий распределителя числом, по меньшей мере, два на каждое отверстие. Разница давлений в камере над распределителем и в кольцевом пространстве под распределителем получается с помощью насоса. Насос находится ниже уровня бака теплоносителя. Бак теплоносителя и конденсатор паров теплоносителя могут образовывать общее пространство. Конденсатор пара теплоносителя снабжается вентилем контроля давления, установленным снаружи от конденсатора пара теплоносителя, посредством чего конденсатор пара теплоносителя присоединяется к устройствам для увеличения или снижения давления в кольцевом пространстве. Конденсатор пара
теплоносителя также может сообщаться с трубчатыми пространствами, и одна из фракций может извлекаться из бака теплоносителя. Любой конденсируемый и испаряемый текучий теплоноситель с подходящей температурой кипения, известный в настоящее время или в будущем для целей ректификации, может использоваться согласно данному изобретению. Это включает текучие теплоносители, которые отличаются от материальной смеси, которую необходимо ректифицировать, а также текучие теплоносители, которые являются частью материальной смеси, которую необходимо ректифицировать, подобные дистилляту одной из низкокипящих фракций.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления нижние концы труб секции обогащения ректификационной колонный могут выходить на конец нижней пластины для труб секции обогащения, а верхние концы труб дополнительной нижней ректификационной секции погружены в верхнюю пластину для труб дополнительной нижней ректификационной секции. Верхняя часть отверстий в верхней пластине для труб дополнительной нижней ректификационной секции имеет больший диаметр, чем диаметр труб для погружения, чтобы вставлять нижние концы труб секции обогащения.
Трубы дополнительной нижней ректификационной секции могут присоединяться к трубам секции обогащения ректификационной колонны с помощью нарезных или других соединений.
Турбулизаторы могут быть сделаны в форме, например, стержней или труб с изогнутыми концами, или могут быть сделаны, например, в форме суженных стержней или труб с сечением, расширяющимся в верхнем направлении и с изогнутыми концами, или могут быть сделаны, например, в форме ступенчатых стержней или труб с сечениями, расширяющимися в верхнем направлении, и изогнутыми концами. Верхняя часть ступенчатых стержней или труб с сечениями, расширяющимися в верхнем направлении, и изогнутыми концами может иметь спиральные выемки или может быть сделана с накрученными спиралями. Это могут быть нарезные или спиральные выемки вдоль всей длины внешней и/или внутренней поверхностей труб. Намотка может быть
сделана вдоль всей длины внешней и/или внутренней поверхностей труб.
Внешние и внутренние поверхности могут быть покрыты пористым покрытием вдоль всей длины труб. Внешние и внутренние поверхности могут быть покрыты оксидным покрытием вдоль всей длины труб.
Согласно данному изобретению распределитель текучей среды обеспечивает одновременное и равномерное распределение теплоносителя вдоль внешних поверхностей труб в форме пленки, что увеличивает эффективность тепло- и массообмена.
Согласно данному изобретению бак теплоносителя может присоединяться через верхний вход текучей среды корпуса к кольцевому пространству секции обогащения. Дополнительно, бак теплоносителя может присоединяться через нижний выход теплоносителя корпуса из кольцевого пространства секции обогащения. Бак теплоносителя может дополнительно присоединяться к конденсатору пара теплоносителя, который также сообщается с кольцевым пространством секции обогащения. Пар в конденсаторе конденсируется в точке кипения текучей среды.
Кипящая текучая среда или предкипящая текучая среда подается под избыточным давлением в распределительную камеру. Когда текучие среды выходят через зазоры в кольцевых пространствах, перепад давления создает условия для мгновенного кипения текучей среды на внешних поверхностях труб. Это улучшает условия для отвода тепла от внешних поверхностей труб и увеличивает эффективность тепло- и массообмена в колонне.
В дополнительной нижней ректификационной секции тепло и массы обмениваются только в трубчатых пространствах. Поэтому все тепло от конденсации паров разделенной смеси полностью расходуется на повторное испарение низкокипящих фракций из мокрого орошения, что также увеличивает эффективность тепло- и массообмена.
Наполняющие элементы труб делаются в форме турбулизаторов, которые закручивают пар и улучшают
эффективность взаимодействия паров с внутренними стенками труб, что, в целом, увеличивает эффективность тепло- и массообмена.
Вышеупомянутые компоненты, используемые согласно данному изобретению, а также заявленные компоненты и компоненты, описанные в примерах вариантов осуществления, в отношении размера, формы, выбора материала и технической концепции не ограничиваются какими-либо особыми условиями, так что критерии выбора, известные в области данной заявки, могут применяться без ограничения.
Дополнительные подробности, характеристики и преимущества данного изобретения вытекают из подпунктов формулы изобретения, а также из нижеприведенного описания сопровождающих чертежей, на которых, в качестве примера, проиллюстрированы несколько вариантов осуществления согласно данному изобретению. На чертежах показано:
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах показано:
Фиг.1 Ректификационная колонна с многоходовым конденсатором и баком теплоносителя;
Фиг. 2 Ректификационная колонна с фиг.1, однако с общим пространством для конденсатора и бака теплоносителя;
Фиг.3 Ректификационная колонна с фиг.1, в которой, однако, конденсатор пара сообщается с кольцевыми и трубчатыми пространствами;
Фиг.4 Распределитель текучей среды;
Фиг. 5 Фрагменты распределителя текучей среды с фиг.4 с радиальными зазорами;
Фиг. б Фрагменты распределителя текучей среды с фиг.4 с вертикальными каналами;
Фиг. 7 Соединение секции обогащения ректификационной колонны по одному из фиг.1-3 с дополнительной ректификационной секцией, которая имеет углубления в пластине для труб;
Фиг. 8 Присоединение труб секции обогащения
ректификационной колонны по одному из фиг.1-3 к трубам дополнительной нижней ректификационной секции с помощью
нарезных соединений;
Фиг.9 Турбулизатор в форме стержня или трубы с изогнутыми ветвями или концами;
Фиг.10 Турбулизатор в форме суженного стержня или трубы с изогнутыми ветвями или концами;
Фиг.11 Турбулизатор в форме ступенчатого стержня или трубы с изогнутыми ветвями или концами;
Фиг.12 Турбулизатор в форме ступенчатого стержня или трубы с изогнутыми ветвями или концами и со спиралью;
Фиг.13 Предпочтительные формы некоторых изогнутых ветвей или концов турбулизатора;
Фиг.14 Типы некоторых нарезок и спиральных выемок на поверхностях труб;
Фиг.15 Устройство для извлечения промежуточной фракции;
Фиг.16 Блок-схема ректификационной колонны с одним боковым извлечением;
Фиг.17 Блок-схема ректификационной колонны с двумя боковыми извлечениями;
Фиг.18 Блок-схема ректификационной колонны с тремя боковыми извлечениями;
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ректификационная колонна 100 с внутренним тепло- и массообменом для разделения многокомпонентных смесей на фракции включает в себя секцию обогащения 1, которая изготовлена в форме вертикального трубчатого теплообменника (фиг.1, 2, 3) . Секция обогащения 1 имеет крышку 2, экстрактор 3 пара из трубчатого пространства или пространств 12 секции обогащения 1, подачу сырья 4 в трубчатое пространство или пространства 12, экстрактор 5 текучей среды из колонны, бак б теплоносителя, корпус 7 и трубы 8 открытыми концами на обеих сторонах. Извлечение 3 и 5 и подача 4 и 14 паров и текучей среды могут быть сделаны любым известным способом, например, в форме труб или точек подсоединения. Трубы 8 присоединены к корпусу 7 секции обогащения 1 с помощью пластин для труб 9 и 10. Трубы 8 и пластины для труб 9 и 10 образуют кольцевое пространство 11 внутри корпуса 7. Трубчатое пространство или
пространства 12 задаются внутренним пространством/ пространствами труб 8 в корпусе 7 с целью разделения многокомпонентных смесей на фракции. Верхний выход 13 пара теплоносителя из кольцевого пространства 11 расположен ниже верхнего входа 14 текучей среды в кольцевое пространство 11. Выше верхнего выхода 13 пара находится распределитель 15 текучей среды, который распределяет текучую среду из верхнего входа 14 текучей среды в кольцевое пространство 11 и обеспечивает течение текучей среды вдоль внешних поверхностей 8А труб 8. Трубы 8 содержат наполняющие элементы 16. Распределитель 15 текучей среды воздухонепроницаемо присоединен к корпусу 7 и образует распределительную камеру 17, которая ограничивает кольцевое пространство 11, ограниченное верхней пластиной 9 для труб, внутренней поверхностью корпуса 7 и распределителем 15 текучей среды. Тепло- и массообменные трубы 8 проходят сквозь отверстия в распределителе 15 текучей среды. Выходы текучей среды сделаны с помощью зазора S между отверстиями распределителя 15 и внешними поверхностями 8А труб 8 (фиг.4). Тепло- и массообменные поверхности в кольцевом пространстве 11 образованы внешними поверхностями 8А труб 8 от нижней пластины для труб 10 до распределителя 15 текучей среды. Давление текучей среды в распределительной камере 17 над распределителем 15 текучей среды выше, чем давление в кольцевом пространстве 11 под распределителем 15 текучей среды.
Бак б теплоносителя может присоединяться к верхнему входу 14 текучей среды в кольцевое пространство 11 ректификационной
(обогащающей) секции 1. Бак б теплоносителя дополнительно присоединяется к нижнему выходу 2 7 теплоносителя из кольцевого пространства 11, а также к конденсатору 18 пара теплоносителя, который также сообщается через верхний выход пара с кольцевым пространством 11 секции обогащения 11 (фиг.1).
Во втором варианте бак б теплоносителя и конденсатор 18 пара теплоносителя могут образовывать общее пространство
(фиг.2). В вариантах, показанных на фиг.1 и фиг.2, вентиль 28
контроля давления может быть установлен на выходе из конденсатора 18 пара теплоносителя. В этом случае конденсатор 18 пара теплоносителя присоединяется к устройству 29, используемому для увеличения или уменьшения давления в кольцевом пространстве 11. Устройство 2 9 может быть изготовлено любым известным образом, например, в форме вакуумного насоса (механического, инжекторного, парового, струйного и др.), в форме компрессора, резервуара со сжатым газом и так далее.
В третьем варианте бак б теплоносителя присоединяется к конденсатору 18 пара теплоносителя и снова сообщается с кольцевым пространством 11. В этом случае, однако, конденсатор 18 пара теплоносителя также может сообщаться с трубчатым пространством 12 через экстрактор 3 пара с помощью труб, например, и бак б теплоносителя может выпускать, по меньшей мере, одну фракцию разделенной смеси через выход 3 0 (фиг.З).
Ректификационная колонна 100 может содержать дополнительную нижнюю ректификационную секцию 19 с тепло- и массообменом в трубчатом пространстве 25, расположенном между ректификационной секцией 1 и устройством 33 впуска (паров/пара), которое объясняется ниже. Дополнительная нижняя ректификационная секция 19 имеет корпус 20, верхнюю и нижнюю пластины для труб 21 и 22, и трубы 23, которые образуют кольцевое пространство 24 на их внешней стороне и, по меньшей мере, одно трубчатое пространство 2 5 внутри них в корпусе 20. Вершина пластины для труб 21 дополнительной нижней ректификационной секции 19 соединяется с нижним концом пластины для труб 10 секции 1 обогащения таким образом, что трубы 2 3 дополнительной нижней ректификационной секции 19 и трубы 8 секции 1 обогащения расположены коаксиально и выровнены.
В одном варианте зазоры "S" между отверстиями распределителя 15 и внешними поверхностями 8А труб 8 сделаны в форме радиальных коаксиальных зазоров вокруг каждой из труб 8. В этом случае размеры зазоров определяются давлением текучей среды в распределителе (или наоборот) и равны 0,05-1,0 мм
(фиг.5).
В другом варианте зазоры "S" между отверстиями распределителя 15 и внешними поверхностями 8А труб 8 образованы с помощью вертикальных каналов, распределенных вдоль периметра отверстий распределителя 15 текучей среды числом не меньше 2 на каждое отверстие (фиг.б). Зазоры могут быть сделаны любым другим способом. Разница давлений в камере 17 над распределителем 15 текучей среды относительно кольцевого пространства 11 под распределителем 15 текучей среды создается с помощью любого известного устройства, которое гарантирует перенос текучей среды и создает избыточное давление, например, с помощью насоса 26. Насос 2 6 расположен ниже уровня бака теплоносителя (фиг.1, 2, 3).
В одном из вариантов нижние концы труб 8 секции 1 обогащения выходят за край нижней пластины для труб 10 секции 1 обогащения, а верхние концы труб 2 3 дополнительной нижней ректификационной секции 19 погружены в верхнюю пластину для труб 21 дополнительной нижней ректификационной секции 19. Верхняя часть отверстий в верхней пластине для труб 21 дополнительной нижней ректификационной секции 19 имеет больший диаметр, чем диаметр труб 8 для погружения, чтобы вставлять нижние концы труб 8 секции 1 обогащения (фиг.7). В другом варианте трубы 2 3 дополнительной нижней ректификационной секции 19 соединяются с трубами 8 секции 1 обогащения с помощью нарезных соединений (фиг.8). Трубы могут соединяться любым известным способом, например, с помощью штыковых соединений, прессовой посадки, сварки и так далее. Хотя трубчатые пространства 12 труб 8 и трубчатые пространства 25 труб 23 связаны, кольцевое пространство 11 секции 1 обогащения отделено от кольцевого пространства 24 дополнительной нижней ректификационной секции 19, как показано на фиг.1-3 и 7, 8.
Наполняющие элементы всех труб 8 и 2 3 сделаны в форме турбулизаторов 16, которые имеют отклоняющие элементы для вращения паров. Фиг.9 показывает турбулизатор в форме стержня или трубы 31 с изогнутыми ветвями или концами 32. На фиг.10 показан турбулизатор в форме суженного стрежня или трубы 31 с
сечением, расширяющимся в верхнем направлении, и с изогнутыми ветвями или концами 32. На фиг.11 показан турбулизатор в форме ступенчатого стрежня или трубы 31 с сечением, расширяющимся в верхнем направлении, и с изогнутыми ветвями или концами 32. На фиг.12 показан турбулизатор в форме ступенчатого стрежня или трубы 31 с сечением, расширяющимся в верхнем направлении, и с изогнутыми ветвями или концами 32. В этом случае верхняя часть стержней и труб имеет спиральные выемки или накрученные спирали. Фиг. 13 представляет некоторые формы изогнутых ветвей или концов турбулизаторов. Турбулизатор 16 может быть сделан иным образом и может иметь другие формы изогнутых ветвей или концов.
Выемки могут быть сделаны на внешней 8А и/или внутренней 8В поверхностях вдоль всей длины труб 8 и 23, например, нарезные выемки или спиральные выемки других форм и с другим шагом (фиг.14). Согласно другому варианту на внешней 8А и/или внутренней 8В поверхностях может быть сделана намотка вдоль всей длины труб 8 и 23. Согласно третьему варианту внешние 8А и/или внутренние 8В поверхности вдоль всей длины труб 8 и 23 могут быть покрыты пористым покрытием. Согласно четвертому варианту внешние 8А и/или внутренние 8В поверхности вдоль всей длины труб 8 и 2 3 могут быть покрыты оксидным покрытием. Разные комбинации покрытия и формы выемки возможны на разных поверхностях разных труб.
Ректификационная колонна (фиг.1, 2, 3) может снабжаться сырьем через устройство 33 подачи сырья, отпарную секцию 34 и устройство 35 для выпуска жидкой фракции из ректификационной колонны (являющееся частью данной колонны). Устройство 33 подачи сырья может быть изготовлено в форме цилиндрического корпуса ЗЗА с элементами (не показаны подробно) для соединения с другими частями ректификационной колонны 100. Устройство 33 подачи сырья содержит один или несколько вводов пара 4 и может быть сделано в форме труб или точек подсоединения. Вводы пара 4 могут присоединяться к корпусу ЗЗА радиальным или тангенциальным образом. Отпарная секция 34 может быть сделана из любых тепло- и массообменных элементов, например,
массопереносящих тарелок, регулярной, трубчатой или насыпной насадки. На фигурах 1-3 показана версия с вертикальными трубами 34А между верхней 34В и нижней 34С пластинами для труб внутри корпуса 34D. Устройство 35 для выпуска жидкой фракции из ректификационной колонны 100 может быть сделано в форме цилиндрического корпуса 35А с элементами (не показаны) для соединения с отпарной секцией 34. В нижней части корпуса 35А или на дне устройства 35 для выпуска жидкой фракции из ректификационной колонны 100 есть экстрактор 5 текучей среды из колонны, сделанный в форме трубы или точки подсоединения.
В ректификационной колонне 100 есть возможность для отбора промежуточной фракции в качестве опции, если это необходимо. Фиг. 15 представляет один из вариантов устройства 3 6 для отбора промежуточной фракции. В устройстве 3 6 есть элементы для отбора жидкой фракции 37 из труб 2 3 дополнительной нижней ректификационной секции 19. Элементы 37 могут быть сделаны любым известным образом, например, в форме желобов, расположенных над трубами 38. Жидкая фракция отводится из нижней части 39 через выход 40 устройства 36. Трубы 3 8 сделаны с открытыми верхними концами для подъема пара из дополнительной массообменной секции 41, расположенной под устройством 36. Желоба могут быть расположены рядами. Между желобами 37 есть зазоры, достаточные для прохода пара. Устройство 3 6 может иметь два или больше рядов желобов. Ряды расположены таким образом, что желоба нижнего ряда перекрывают зазоры между желобами верхнего ряда, как показано на фиг.15. Расстояние между рядами достаточно для свободного прохода пара. Отверстия разной формы сделаны вдоль краев желобов в местах присоединения к корпусу ЗбА устройства 3 6 для стока текучей среды из желобов.
Дополнительная массообменная секция 41 может быть сделана из разных тепло- и массообменных элементов, например, массообменных тарелок, регулярной, трубчатой или насыпной насадки.
Фиг.16 представляет блок-схему ректификационной колонны с одним боковым извлечением промежуточной фракции.
Ректификационная колонна 100 состоит из секции обогащения 1 с экстрактором 3 пара, дополнительной нижней ректификационной секции 19, устройства для экстракции 3 6 промежуточной фракции с удалением 4 0 промежуточной фракции, дополнительной массообменной секции 41, устройства 33 подачи сырья с подачей 4 сырья, отпарной секции 34 и устройства 35 для выпуска жидкой фракции из ректификационной секции с удалением 5 текучей среды. Устройство для экстракции 3 6 промежуточной фракции присоединяется к дополнительной нижней ректификационной секции 19 и прикрепляется к дополнительной массообменной секции 41. Устройство 33 подачи сырья, отпарная секция 34 и устройство 35 для выпуска текучей фракции из ректификационной секции добавляются к секции 41 последовательным образом.
Фиг.17 представляет блок-схему ректификационной колонны с
двумя боковыми извлечениями промежуточных фракций.
Ректификационная колонна состоит из секции обогащения 1 с
экстрактором 3 пара, дополнительной нижней ректификационной
секции 19, устройства для экстракции 3 6 первой промежуточной
фракции с удалением 4 0 первой промежуточной фракции, первой
дополнительной массообменной секции 41, устройства для
экстракции 3 6 второй промежуточной фракции с удалением 4 0
второй промежуточной фракции, второй дополнительной
массообменной секции 41, устройства 33 подачи сырья с подачей
4 сырья, отпарной секции 34 и устройства 35 для выпуска жидкой
фракции из ректификационной секции с удалением 5 текучей
среды. Устройство для экстракции 3 6 первой промежуточной
фракции присоединяется к дополнительной нижней
ректификационной секции 19 и прикрепляется к первой дополнительной массообменной секции 41. Устройство для экстракции 3 6 второй промежуточной фракции присоединяется к первой дополнительной массообменной секции 41 и прикрепляется ко второй дополнительной массообменной секции 41. Устройство 33 подачи сырья, отпарная секция 34 и устройство 35 для выпуска жидкой фракции из ректификационной секции добавляются ко второй секции 41 последовательным образом.
Фиг.18 представляет блок-схему ректификационной колонны с
тремя боковыми извлечениями промежуточных фракций. Ректификационная колонна состоит из секции обогащения 1 с экстрактором 3 пара, дополнительной нижней ректификационной секции 19, устройства для экстракции 3 6 первой промежуточной фракции с удалением 4 0 первой промежуточной фракции, первой дополнительной массообменной секции 41, устройства для экстракции 3 6 второй промежуточной фракции с удалением 4 0 второй промежуточной фракции, второй дополнительной массообменной секции 41, устройства для экстракции 3 6 третьей промежуточной фракции с удалением 4 0 второй промежуточной фракции, третьей дополнительной массообменной секции 41, устройства 33 подачи сырья с подачей 4 сырья, отпарной секции 34 и устройства 35 для выпуска жидкой фракции из ректификационной секции с удалением 5 текучей среды. Устройство для экстракции 3 6 первой промежуточной фракции присоединяется к дополнительной нижней ректификационной секции 19 и прикрепляется к первой дополнительной массообменной секции 41. Устройство для экстракции 3 6 второй промежуточной фракции присоединяется к первой дополнительной массообменной секции 41 и прикрепляется ко второй дополнительной массообменной секции 41. Устройство для экстракции 36 третьей промежуточной фракции присоединяется ко второй дополнительной массообменной секции 41 и прикрепляется к третьей дополнительной массообменной секции 41. Устройство 33 подачи сырья, отпарная секция 34 и устройство 35 для выпуска жидкой фракции из ректификационной секции добавляются ко второй секции 41 последовательным образом.
Путем добавления набора устройств для экстракции 3 6 промежуточной фракции, последовательно соединенных с дополнительными маесообменными секциями 41, к ректификационной колонне можно обеспечить извлечение любого числа промежуточных фракций.
Секции ректификационной колонны могут быть сделаны из конструкционных материалов, которые удовлетворяют требованиям надежности материалов, теплопроводности, устойчивости к химическим агентам и коррозионной устойчивости. Секции
ректификационной колонны могут соединяться друг с другом через прокладки.
Работа: Ректификационная колонна (фиг.1) работает следующим образом. Многокомпонентная смесь (сырье), состоящая из низкокипящих и высококипящих фракций, подается в форме газа/паров и/или текучей среды в состоянии кипения в устройство 33 подачи сырья через ввод сырья 4. Пар проходит вверх через трубчатое пространство 25 труб 23 дополнительной нижней ректификационной секции 19 и затем проходит далее через трубчатое пространство 12 труб 8 секции 1 обогащения. Пар высококипящих фракций и часть низкокипящих фракции конденсируется вдоль всей длины внутренних поверхностей 8В труб 8. Тепло от конденсации паров переносится сквозь стенки труб 8 к их внешних поверхностям 8А.
Текучий теплоноситель в состоянии кипения или предкипения подается на внешнюю поверхность 8А труб 8 через распределитель 15 из распределительной камеры 17. Текучий теплоноситель течет вниз вдоль внешних поверхностей 8А труб 8 в форме тонкой пленки от распределителя вниз к нижней пластине для труб 10 ректификационной (обогащающей) секции 1. В этом случае тепло переносится от трубчатого пространства 12 в кольцевое пространство 11 с помощью кипящей текучей среды (теплоносителя) на внешних поверхностях 8А труб 8. Пары кипящего теплоносителя входят в кольцевое пространство 11 и поступают в конденсатор 18 пара теплоносителя через верхний выход 13.
Пары теплоносителя конденсируются при температуре кипения текучего теплоносителя в конденсаторе 18. Конденсированные пары теплоносителя в условиях предкипения стекают под действием силы тяжести в бак б теплоносителя, который сообщается с конденсатором 18 (фиг. 1 и 3) или имеет общее пространство с ним (фиг. 2). Остаток неиспаренного теплоносителя, стекающий вниз по внешним поверхностям 8А труб 8, собирается на дне кольцевого пространства 11, ограниченного нижней пластиной для труб 10 секции 1 обогащения, и течет под действием силы тяжести в бак б теплоносителя через нижний
выход 2 7.
Теплоноситель подается из бака б с помощью насоса 2 6 через верхний вход 14 в распределительную камеру 17. Насос создает избыточное давление в распределительной камере 17 относительно давления в кольцевом пространстве 11 секции 1 обогащения. Текучий теплоноситель в предкипящем состоянии при избыточном давлении предпочтительно заполняет все пространство распределительной камеры 17 и, благодаря этому, равномерно выходит через все зазоры между отверстиями распределителя 15 и внешними поверхностями 8А труб 8 в кольцевое пространство 11, где давление ниже (фиг. 4) . В результате изменения давления между распределительной камерой 17 и кольцевым пространством 11 текучая среда начинает кипеть на внешних поверхностях 8А труб 8 сразу после выхода из зазоров S. Размеры зазоров и работа насоса 2 6 обеспечивают необходимое изменение давления.
Благодаря радиальным зазорам (фиг. 5) текучий теплоноситель равномерно распределяется по внешней поверхности труб 8 в форме тонкой пленки, что гарантирует равномерный и эффективный отвод тепла от трубчатого пространства 12 по всей длине труб 8. Зазоры S между отверстиями О распределителя 15 текучего теплоносителя и внешними поверхностями 8А труб 8 могут быть сделаны с помощью вертикальных каналов вдоль периметра отверстий О распределителя, по меньшей мере, двух на каждое отверстие (фиг. 6). В этом случае текучий теплоноситель равномерно распределяется по внешней поверхности 8А труб 8. Благодаря нарезным и спиральным выемкам разной формы (фиг. 14) или накрутке и/или пористому покрытию, и/или оксидному покрытию, стекание текучего теплоносителя вдоль внешних поверхностей 8А может быть улучшено. Другими словами, нарезные и спиральные выемки разной формы или накрутка на внешних поверхностях 8А труб 8 помогают обеспечивать более эффективный теплоперенос от этой поверхности.
Чтобы создавать необходимые условия для теплопереноса между внутренними 8В и внешними 8А поверхностями труб 8, давление в кольцевом пространстве 11 обеспечивается следующим образом. Устройство 29, присоединенное к конденсатору 18 пара
теплоносителя, снижает давление в конденсаторе 18 и, следовательно, в баке б теплоносителя и в кольцевом пространстве 11 секции 1 обогащения, которые сообщаются с конденсатором 18. Для более точной регулировки давления в кольцевом пространстве 11 обеспечивается вентиль 28 контроля давления для дополнительного напуска газа в кольцевое пространство 11 из атмосферы или из внешнего источника газа (не показан на чертеже). Дополнительный напуск газа в кольцевое пространство 11 в необходимом количестве может снижать вакуум, созданный устройством 2 9, и создавать необходимое давление. Кольцевое пространство 11 в секции 1 обогащения может также работать при атмосферном давлении. Интенсивность теплопереноса от трубчатого пространства 12 к кольцевому пространству 11 может обеспечиваться выбором теплоносителя с соответствующей температурой кипения. Если необходимо, можно изменять направление теплопереноса от кольцевого пространства 11 в трубчатое пространство 12 путем создания избыточного давления в кольцевом пространстве 11. В этом случае избыточное давление создается устройством 29, разработанным для увеличения давления. Избыточное давление из кольцевого пространства 11 освобождается в атмосферу через вентиль 2 8 контроля давления.
Также можно менять давление в трубчатом пространстве 12 ректификационной колонны, чтобы увеличивать разницу давлений между трубчатым пространством 12 и кольцевым пространством 11. Изменение давления в трубчатом пространстве 12 производят любым известным способом, применимым для ректификационной колонны.
В добавление к блок-схемам, описанным выше на фиг.1, 2, можно привести блок-схемы/характеристики ректификационной колонны, в которой конденсатор пара теплоносителя сообщается с кольцевым пространством 11 и трубчатым пространством 12 секции 1 обогащения (фиг.З). Эта схема отличается от предыдущих тем, что дистиллят низкокипящей фракции используется в качестве теплоносителя. В этом случае пар дистиллята выпускается из крышки 2 колонны через экстрактор 3 пара теплоносителя прямо в
конденсатор 18 пара теплоносителя. Пар теплоносителя поступает из кольцевого пространства 11 через экстрактор 3 пара в некоторую часть конденсатора 18. Перегнанный пар частично или полностью конденсируется в конденсаторе 18 пара теплоносителя и затем поступает в бак б теплоносителя. Неиспаренная часть теплоносителя из нижней части кольцевого пространства 11 входит в бак б теплоносителя через нижний выход 27. Затем этот дистиллят в форме текучей среды и пара покидает бак б для дополнительной конденсации и охлаждения через точку подсоединения 30. Часть дистиллята теплоносителя подается с помощью насоса 2 6 в распределительную камеру 17 через вход 14 из бака б теплоносителя. И потом эта блок-схема выглядит аналогично описанным выше блок-схемам на фиг.1, 2.
Тепло- и массообмен в ректификационной колонне: Тепло- и массообмен в ректификационной колонне происходит следующим образом. В случае, когда процесс происходит в пленочном режиме с генерацией внутреннего орошения вдоль всей длины труб, т.е. внешнее орошение не подается в головную часть колонны в противоположность стандартной ректификации. В процессах ректификации орошение понимают как жидкий поток конденсированного пара отделенных фракций, и оно является составной частью процесса тепло- и массообмена в ректификационной колонне.
Снижение давления в кольцевом пространстве 11 приводит к снижению температуры кипения теплоносителя, стекающего вдоль внешних поверхностей 8А труб 8 и, следовательно, к снижению температуры внутренней поверхности (8В) труб 8. Это приводит к конденсации паров высококипящих фракций и части низкокипящих фракций на внутренних поверхностях труб 8 вдоль их длины. Часть тепла, генерированного во время конденсации пара, расходуется на вторичное испарение низкокипящей фракции; остальное переносится через стенки труб 8 на внешние поверхности 8А и затем переносится в кольцевое пространство 11 с паром кипящего теплоносителя. Конденсированный пар высококипящей фракции и части низкокипящей фракции образуют орошение, которое течет вдоль внутренней 8В и внешней 8А
поверхностей труб 8 в форме тонкой пленки.
Нарезные и спиральные выемки разной формы (фиг.14) или намотка, и/или пористое покрытие, и/или оксидное покрытие покрывают внутренние поверхности 8В труб 8 по всей их длине. Это улучшает равномерное распределение текучей среды по всей внутренней поверхности 8В труб 8 в форме тонкой пленки. Таким образом, орошение генерируется непосредственно внутри ректификационной колонны на внутренней поверхности 8В труб 8 вдоль их длины. Стекая в форме тонкой пленки, орошение взаимодействует с паром, восходящим вдоль кольцевого пространства 12. В результате тепло- и массообмена между паром и орошением орошение обогащается высококипящими фракциями, пока течет вниз, а восходящий пар обогащается низкокипящими фракциями. В результате пар, приходящий из трубчатого пространства 12, состоит из низкокипящих фракций. Пар собирается в крышке 2 ректификационной колонны и извлекается для конденсации и охлаждения через экстрактор 3 пара.
Отклоняющие элементы: Турбулизаторы 16 в трубах 8, 23, 3 8 содержат отклоняющие элементы, в частности в форме изогнутых вервей или концов (фиг. 9) для закручивания восходящего потока пара. Изогнутые ветви или концы могут быть разной формы соответственно необходимым параметрам процесса массообмена в колонне (фиг.13). Эти параметры также задают число и шаг изогнутых ветвей или концов 32, прикрепленных к стержню 31. Вертикальное движение пара и его закручивание в радиальной плоскости, когда он взаимодействует с нарезными и спиральными выемками труб, обеспечивают не только спиральное вращение потока пара, но и вертикальное радиальное вращение потока пара вдоль спиральной линии движения пара. Такое вращение гарантирует эффективную турбулизацию пара в околостеночном пространстве и множественную интенсификацию взаимодействия пара с орошающей пленкой, что улучшает эффективность тепло- и массообмена. Спиральное вращение пара также обеспечивает центробежную очистку пара от захвата капель из трубчатого пространства.
Орошение в форме тонкой пленки ускоряет процессы
диффузионного массообмена в текучей среде. Интенсифицированное взаимодействие пара с орошением с помощью турбулизаторов 16 значительно ускоряет процесс массообмена между ними. Кроме того, нарезные и спиральные выемки на внутренней поверхности труб увеличивают устойчивость пленки орошения к срыву из-за противотока пара.
Когда пар движется вверх внутри труб 8, его количество уменьшается, так как часть пара конденсируется в орошение. В этом случае скорость течения пара может медленно падать и, следовательно, параметры вращения и турбулентности ухудшаются. С целью поддержания стабильно высокой скорости течения пара вдоль всей длины труб снижение пара может компенсироваться соответствующим сужением сечения трубчатого пространства снизу вверх. Для этой цели турбулизатор 16 может быть сделан в форме суженного или ступенчатого стержня или трубы 31 с сечением, расширяющимся в верхнем направлении, и изогнутыми ветвями или концами 32 (фиг. 10). Аналогичный результат может быть достигнут, если использовать турбулизатор 16 в форме ступенчатых стержней или труб 31 с сечением, расширяющимся в верхнем направлении, и изогнутыми ветвями или концами 32 (фиг. 11) . Количество и скорость пара могут значительно снижаться, если паровая смесь, дистиллированная в ректификационной колонне, содержит небольшое количество низкокипящих фракций. Это потребует значительного снижения сечения трубчатого пространства 12 в верхней части труб 8. В этом случае турбулизаторы могут иметь дополнительный стержень 31 со спиральными выемками в верхней части или могут быть сделаны с витой спиралью (фиг. 12).
Дополнительная нижняя ректификационная секция: Далее, орошение из трубчатого пространства 12 секции 1 обогащения поступает в трубчатое пространство 25 дополнительной нижней ректификационной секции 19. Тепло- и массообмен в трубчатом пространстве 2 5 аналогичны тепло- и массообмену, описанному выше в трубчатом пространстве 12. Отличительный признак тепло-и массообмена в дополнительной нижней ректификационной секции 19 отличается тем, что все тепло, излеченное при конденсации
паров на внутренних поверхностях труб 23, полностью используется для второго испарения низкокипящих фракций. Это позволяет максимально очищать орошение от низкокипящих фракций. Высота дополнительной нижней ректификационной секции 19 определяется условиями, необходимыми для тепло- и массообмена в ректификационной колонне.
Общее и непрерывное трубчатое пространство для тепло- и массообмена: Чтобы получить общее и непрерывное трубчатое пространство для тепло- и массообмена вдоль всей длины труб 2 3 и 8, трубы располагают коаксиально одну над другой в соответствующих частях секций 1 и 19. Для полного переноса орошения из верхних труб 8 в соответствующие трубы 23, нижние концы труб 8 ректификационной секции 1 могут выходить за конец нижней пластины для труб 10 секции 1 обогащения, а верхние концы труб 2 3 опущены в верхней пластине для труб 21 дополнительной нижней ректификационной секции. Верхняя часть отверстий в верхней пластине для труб 21 дополнительной нижней ректификационной секции 19 имеет больший диаметр, чем диаметр труб 8, для погружения, чтобы вставлять нижние концы труб 8 секции 1 обогащения (фиг.7). Такая конструкция узла обеспечивает поток орошения из верхних труб 8 непосредственно в соответствующие трубы 23 и устраняет возможность того, что орошение будет течь из труб 8 в другие трубы 23.
Это помогает создавать условия для равномерного тепло- и массообмена для любого числа труб в ректификационной колонне, т.е. это гарантирует высокую однородность процесса по сечению колонны. Кроме того, такой же результат достигается в колонне, где трубы 2 3 дополнительной нижней ректификационной секции 19 соединяются с трубами 8 секции 1 обогащения, например, с помощью нарезных или других соединений.
Отпарная секция: Орошение поступает в отпарную секцию 34 из дополнительной нижней ректификационной секции 19 через устройство 33 подачи сырья (фиг.1, 2, 3). Испаренная часть сырья, подаваемого в ректификационную колонну через ввод 4 пара, поступает в отпарную секцию 34. Окончательная отгонка остатка низкокипящей фракции из высококипящих фракций
происходит в этой секции 34. Отгонка может быть выполнена с помощью естественной отгонки низкокипящих фракций и с помощью принудительной подачи тепла в секцию 34, проделанной любым известным способом, подходящим для работы ректификационной колонны. Отпарная секция 34 может быть сделана из любых известных тепло- и массообменных элементов, например, массопереносящих тарелок, регулярной, трубчатой или насыпной насадки.
Чистая высококипящая фракция собирается в устройстве 35 для выпуска жидкой фракции из ректификационной колонны, где ее откачивают через экстрактор 5.
Работа ректификационной колонны иллюстрируется следующими примерами, показанными на фиг.1, 2, 3.
Пример 1
Базовую смесь (сырье) в форме водного раствора этанола ректифицировали в непрерывном режиме в ректификационной колонне (фиг. 1). Смесь ректифицировали в двух разных режимах, отличающихся разной степенью генерации орошения в секции 1 обогащения.
В результате этой ректификации получали следующие продукты: этанольный дистиллят извлекали из экстрактора 3, а оставшуюся фракцию - водный раствор с небольшой концентрацией этанола (остаток дистилляции) извлекали из экстрактора 5. Таблица #1 представляет результаты этой ректификации смеси вода-этанол в режимах 1, 2.
Пример 2
Смесь силанов, состоящую из дихлорсилана, трихлорсилана и
Результаты ректификации смеси вода-этанол
тетрахлорида углерода, ректифицировали в непрерывном режиме в ректификационной колонне (фиг. 2).
Результаты ректификации смеси силанов
В результате этой ректификации получали следующие продукты: целевой дистиллят извлекали из экстрактора 3, а оставшуюся фракцию (остаток дистилляции) извлекали из экстрактора 5. Таблица #2 представляет результаты этой ректификации смеси силанов.
Энергетические затраты на единицу массы для ректификации данной смеси в предложенной ректификационной колонне были равны 384 Вт/кг согласно таблице #2. В то же время энергетические затраты на единицу массы для ректификации аналогичной смеси в стандартной ректификационной колонне тарельчатого типа составляют 500 Вт/кг, т.е. в 1,3 раза выше.
Как показано в приведенных примерах, состав низкокипящей фракции (дистиллят) и высококипящей фракции (остаток дистилляции) зависит от состава исходной смеси (примеры 1, 2) и режимов ректификации (пример 1).
Если необходимо, можно извлекать промежуточные фракции в ректификационной колонне. Такое извлечение возможно с помощью устройства 36, которое прикрепляется к нижней части дополнительной нижней ректификационной секции 19. Дополнительная массообменная секция 41 устанавливается между этим устройством и устройством 33 подачи сырья, чтобы
увеличивать эффективность работы устройства 36 (фиг. 15). Пары исходной смеси поступают в дополнительную массообменную секцию 41 из устройства 33 подачи сырья.
В этом случае орошение стекает из труб 23 и под действием силы тяжести поступает в пространство устройства 36, которое имеет элементы 37 для выпуска жидкой фракции. Согласно этой опции, элементы 37 делают в форме желобов. Орошение падает в желоба 37 и течет к отверстиям, расположенным вдоль краев желобов 37. Затем орошение течет из желобов 37 через сливные отверстия в нижнюю часть кольцевого пространства 39. Таким образом, желоба 37 предотвращают жидкие фракции от падения из труб 2 3 в открытые трубы 38, расположенные в устройстве 36. Орошение накапливается на дне кольцевого пространства 39 до определенного уровня. Пары разделяемой смеси поднимаются в трубах 3 8 из дополнительной массообменной секции 41 и заставляют кипеть орошение в нижней части кольцевого пространства 39. В процессе кипения орошение дополнительно очищается от низкокипящих фракций, и в результате этого процесса получается промежуточная фракция, которая состоит из высококипящих фракций и низкокипящих фракций в пропорции, отличной от разделяемой смеси (исходный материал). Промежуточную фракцию извлекают из устройства 3 6 через точку подсоединения 40. Уровень текучей среды в кольцевом пространстве 39 определяется интенсивностью дополнительной отгонки промежуточной фракции вследствие изменения области контакта текучей среды с внешними поверхностями труб 3 8 и регулируется скоростью отвода промежуточной фракции через точку подсоединения 40.
Дополнительная массообменная секция 41 может быть сделана из любых известных тепло- и массообменных элементов, например, массообменных тарелок, регулярной, трубчатой или насыпной насадки. Пар, поднимающийся в трубчатом пространстве труб 38, закручивается с помощью турбулизаторов с целью предотвращать унос капель из дополнительной массообменной секции 41 в устройство 36. Капли под действием центробежной силы накапливаются на внутренних стенках труб 3 8 и стекают вниз в
дополнительную массообменную секцию 41. Из-за кипения в нижней части кольцевого пространства 39 тепло также отводится из трубчатого пространства 38 в кольцевое пространство устройства 3 6 для выпуска промежуточной фракции. В этом случае часть пара высококипящих фракций конденсируется на внутренних поверхностях труб 38 и стекает вниз в дополнительную массообменную секцию 41, обеспечивая ее орошение. Кроме того, если необходимо, часть потока промежуточной фракции, извлеченного через точку подсоединения 40, может быть использована для орошения дополнительной массообменной секции 41. Орошение подается в верхнюю часть дополнительной массообменной секции 41 способами, известными и применяемыми в работе ректификационных колонн. Часть низкокипящих фракций переходит из орошения в пар в дополнительной массообменной секции 41.
Ректификационная колонна с одним боковым извлечением: Ректификационная колонна с одним боковым извлечением промежуточной фракции (фиг. 16) работает следующим образом. Многокомпонентная смесь (сырье) в форме пара и/или кипящей текучей среды подается в устройство 33 подачи сырья через подачу 4 сырья. Смесь паров высококипящих фракций и низкокипящих фракций проходит вверх через дополнительную массообменную секцию 41. В этой секции пар взаимодействует с потоком орошения. При этом взаимодействии пар обогащается низкокипящими фракциями, содержащимися в орошении в этой части колонны. Далее пар проходит через трубчатое пространство устройства 3 6 для извлечения промежуточной фракции и поднимается в дополнительную нижнюю ректификационную секцию 19 и затем в секцию 1 обогащения. Пар обогащается низкокипящими фракциями в дополнительной нижней ректификационной секции 19 и в секции 1 обогащения, а стекающее вниз орошение обогащается высококипящими фракциями. Орошение течет в нижнюю часть устройства 3 6 для извлечения промежуточной фракции из дополнительной нижней ректификационной секции 19, и целевая промежуточная фракция извлекается через место извлечения 40. Пары низкокипящих фракций, являющихся целевым продуктом,
извлекают из секции 1 обогащения через место извлечения 3. Орошение, стекающее из дополнительной массообменной секции 41, поступает в отпарную секцию 34 через устройство 33 подачи сырья. Жидкая фаза сырья, входящего в колонну через вход 4, поступает в ту же секцию. В отпарной секции 34 жидкая фаза освобождается от остатка низкокипящей фракции, и сильно обогащенные высококипящие фракции в жидком состоянии поступают в устройство 35 для выпуска жидкой фракции из ректификационной колонны. Целевая высококипящая фракция в жидком состоянии извлекается из устройства 35 для выпуска жидкой фракции из ректификационной колонны через место извлечения 5.
Работа ректификационной колонны с одним извлечением промежуточной фракции, показанной на фиг.16, иллюстрируется следующими примерами.
Пример 3
Фракционный состав сырой нефти
Сырую нефть с плотностью 825,2 кг/м3 ректифицировали в непрерывном режиме в ректификационной колонне с одним извлечением промежуточной фракции (фиг. 16). Сырая нефть имела следующий фракционный состав:
Фракционный состав сложной многокомпонентной смеси показан как соотношение количества выкипающего продукта и увеличения температуры кипения согласно ГОСТ 2177 (Россия) и ASТМ D-8 6 (USA).
Водяной пар не использовали в данном способе. Согласно режиму 1 сырую нефть ректифицировали в режиме максимальной отгонки дизельной фракции. Согласно режиму 2 нефть ректифицировали в режиме максимального извлечения дизельной фракции.
В результате этой ректификации получали следующие продукты: бензиновую фракцию извлекали из места извлечения 3, дизельную фракцию извлекали в виде промежуточной фракции из места извлечения 40, и мазут извлекали в виде фракции остатка дистилляции из места извлечения 5. Таблица 4 показывает материальный баланс ректификации сырой нефти в режимах 1, 2. Таблицы 5, б представляют основные характеристики бензиновой и дизельной фракций, полученных при ректификации сырой нефти.
Таблица 4
Материальный баланс ректификации сырой нефти
Фракционный состав бензина
Объем жидкости в точке кипения, %
Режим 1 Температура кипения, °С
Режим 2 Температура кипения, °С
Начальная точка кипения
103
112
101
120
109
130
115
140
130
158
145
Конечная точка кипения
170
158
Остаток, мл
1,4
1,3
Таблица 6
Фракционный состав дизельного топлива
Объем жидкости в точке кипения, %
Режим 1 Температура кипения, °С
Режим 2 Температура кипения, °С
Начальная точка кипения
172
145
191
168
208
186
221
204
237
255
256
246
273
266
291
278
314
312
343
345
360
360
Температура воспламенения, °С
Пример 4
Сырую нефть с плотностью 837,7 кг/м3 ректифицировали в непрерывном режиме в ректификационной колонне с одним извлечением промежуточной фракции (фиг. 16). Сырая нефть имела следующий фракционный состав:
Водяной пар не использовали в данном способе. Сырую нефть ректифицировали в режиме максимальной отгонки дизельной фракции.
В результате этой ректификации получали следующие продукты: бензиновую фракцию в количестве 24,54% (массовые проценты) извлекали из места извлечения 3, дизельную фракцию извлекали в количестве 35,59% (массовые проценты) в виде промежуточной фракции из места извлечения 40, и мазут в количестве 39,87% (массовые проценты) извлекали в виде фракции остатка дистилляции из места извлечения 5.
Фракционный состав бензина
Таблицы 8, 9 представляют основные характеристики бензиновой и дизельной фракций, полученных при ректификации нефти.
111
119
127
140
157
Конечная точка кипения
183
Остаток, мл
0, 9
Таблица 9
Фракционный состав дизельного топлива
Объем жидкости в точке кипения, %
Температура кипения, °С
Начальная точка кипения
176
198
214
228
244
261
277
298
315
339
358
Температура воспламенения, °С
Как показано представленными примерами, выход низкокипящей, высококипящей и промежуточной фракций зависит от состава исходной смеси (примеры 3, 4) и режимов ректификации (пример 3) . Кроме того, из примеров 3, 4 видно, что ректификация в пленочном режиме с генерацией внутреннего орошения вдоль всей длины труб 8 обеспечивает высокую четкость фракционирования многокомпонентных смесей (бензиновая фракция и дизельная фракция).
Ректификационная колонна с двумя боковыми извлечениями промежуточных фракций: Ректификационная колонна с двумя
боковыми извлечениями промежуточных фракций (фиг. 17) отличается первым устройством 3 6 для выпуска промежуточной фракции и первой дополнительной массообменной секцией 41, и ниже расположены второе устройство 3 6 для выпуска промежуточной фракции и вторая дополнительная массообменная секция 41. Эта колонна работает аналогично колонне с одним боковым извлечением. Первую промежуточную фракцию отбирают из первого (верхнего) устройства 3 6 для выпуска промежуточной фракции через первое место извлечения 40. Вторую промежуточную фракцию отбирают из второго устройства 3 6 для выпуска промежуточной фракции, расположенного ниже первой дополнительной массообменной секции 41, через второе место извлечения 40. В этом случае вторая промежуточная фракция содержит меньше низкокипящих фракций, чем первая промежуточная фракция.
Работа ректификационной колонны с двумя извлечениями промежуточных фракций представлена на фиг.17 и иллюстрируется следующим примером.
Пример 5
Газоконденсат с плотностью 7 64,8 кг/м3 ректифицировали в непрерывном режиме в ректификационной колонне с двумя боковыми извлечениями промежуточных фракций (фиг. 17) . Газоконденсат имел следующий фракционный состав:
252
313
Конечная точка кипения
323
Водяной пар не использовали в данном способе. Газоконденсат ректифицировали с отбором двух промежуточных фракций.
В результате этой ректификации получали следующие продукты: бензиновую фракцию извлекали из места извлечения 3, керосиновую фракцию в качестве первой промежуточной фракции извлекали из первого места извлечения 40, дизельную фракцию в качестве второй промежуточной фракции извлекали из второго места извлечения 40, и фракцию дистилляции в виде остатка дистилляции извлекали из места извлечения 5.
Таблицы 11, 12, 13 представляют основные характеристики бензиновой, керосиновой и дизельной фракций, полученных при ректификации газоконденсата.
350
360
Температура воспламенения, °С
Как видно из примера 5, состав второй промежуточной фракции содержит меньше низкокипящих фракций, чем состав первой промежуточной фракции, что демонстрируется изменением границы отделения и температуры воспламенения первой фракции (керосиновая фракция) и второй фракции (дизельная фракция).
Ректификационная колонна с тремя боковыми извлечениями промежуточных фракций: Ректификационная колонна с тремя боковыми извлечениями промежуточных фракций (фиг. 18) отличается первым устройством 3 6 для выпуска промежуточной фракции и первой дополнительной массообменной секцией 41; ниже расположены второе устройство 3 6 для выпуска промежуточной фракции и вторая дополнительная массообменная секция 41; ниже них расположены третье устройство 3 6 для выпуска промежуточной фракции и третья дополнительная массообменная секция 41. Эта колонна работает аналогично колонне с одним боковым извлечением. Первую промежуточную фракцию отбирают из первого (верхнего) устройства 3 6 для выпуска промежуточной фракции через первое место извлечения 40. Вторую промежуточную фракцию отбирают из второго устройства 3 6 для выпуска промежуточной фракции через второе место извлечения 40. Третью промежуточную фракцию отбирают из третьего устройства 3 6 для выпуска промежуточной фракции через третье место извлечения 40. В этом случае третья промежуточная фракция содержит меньше низкокипящих фракций, чем вторая промежуточная фракция.
Таким образом, при отборе нескольких промежуточных фракций каждая последующая промежуточная фракция содержит меньше низкокипящих фракций, и промежуточная фракция с наименьшим количеством низкокипящих фракций извлекается перед устройством 33 подачи разделяемой смеси.
Результат: Данное изобретение сильно улучшает эффективность тепло- и массообмена в ректификационной колонне
предложенной конструкции, которая помогает выполнять тепло- и массообмен в пленочном режиме с внутренней генерацией орошения вдоль всей длины труб.
Экономическая эффективность увеличивается благодаря следующим техническим результатам данного изобретения. Поскольку тепло- и массообмен выполняются с высокой интенсивностью на единицу площади, это помогает снижать размеры ректификационной колонны в 2-5 раз. Кроме того, более интенсивный тепло- и массообмен обеспечивают большую точность разделения многокомпонентной смеси на отдельные фракции, что помогает уменьшать количество технологических преобразований в переработке многокомпонентной смеси. Внутренняя генерация орошения помогает исключить принудительную циркуляцию ректификации в колонне и, следовательно, помогает снижать потребление энергии для ректификации на 25-30%. В целом, это снижает конструкционные, монтажные и эксплуатационные расходы ректификации.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ позиций
1 Секция обогащения
2 Крышка
3 Извлечение пара из трубчатого пространства (точка подсоединения)
4 Устройство подачи в трубчатое пространство (точка подсоединения устройства подачи)
5 Извлечение текучей среды из трубчатого пространства (выпускная точка подсоединения)
6 Бак теплоносителя
7 Корпус
8 Трубы
8А внешние поверхности 8В внутренние поверхности
9 Верхняя пластина для труб секции обогащения
10 Нижняя пластина для труб секции обогащения
11 Кольцевое пространство секции обогащения
12 Трубчатое пространство секции обогащения
13 Верхний выход пара из кольцевого пространства (пар теплоносителя)
14 Верхний вход текучей среды (теплоноситель)
15 Распределитель текучей среды 15А отверстия
16 Наполняющие элементы (турбулизаторы)
17 Распределительная камера
18 Конденсатор пара теплоносителя
19 Дополнительная нижняя ректификационная секция 2 0 Корпус дополнительной ректификационной секции
21 Верхняя пластина для труб дополнительной нижней ректификационной секции
22 Нижняя пластина для труб дополнительной нижней ректификационной секции
2 3 Трубы дополнительной нижней ректификационной секции 24 Кольцевое пространство дополнительной нижней ректификационной секции
2 5 Трубчатое пространство дополнительной нижней
ректификационной секции
2 6 Насос для подачи теплоносителя
2 7 Нижний выход теплоносителя из кольцевого пространства 2 8 Вентиль контроля давления
2 9 Устройство для увеличения/снижения давления в кольцевом пространстве
30 Извлечение одной фракции из бака теплоносителя (точка подсоединения)
31 Стержни или трубы
32 Изогнутые ветви или концы
33 устройство подачи сырья ЗЗА корпус
34 Отпарная секция 34А трубы
34В верхние пластины для труб 34С нижние пластины для труб 34D корпус
35 Устройство для выпуска жидкой фазы из ректификационной
колонны
35А корпус
3 6 Устройство для извлечения промежуточной фракции ЗбА корпус
37 элементы для извлечения жидкой фракции
3 8 трубы
39 Нижняя часть кольцевого пространства
4 0 Извлечение промежуточной фракции (точка подсоединения) 41 Дополнительная массообменная секция
100 ректификационная колонна
5 зазор
О отверстия
НЕ теплообменник
LF жидкая фракция
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Ректификационная колонна с внутренним тепло- и массообменом для разделения многокомпонентных смесей на фракции, содержащая секцию (1) обогащения, сделанную в форме вертикального трубчатого теплообменника (НЕ), который содержит тепло- и массообменные трубы (8);
в которых пары многокомпонентной смеси, которая подлежит ректифицированию, подают в трубчатые пространства (12) труб (8), и из которых ректифицированную паровую часть удаляют из трубчатых пространств (12);
- упомянутая секция (1) обогащения дополнительно содержит корпус (7) и пластины (9, 10) для труб, причем пластины
(9, 10) для труб присоединены к корпусу (7), тем самым обеспечивая трубчатые пространства (12) и кольцевое пространство (11),
верхний вход (14) теплоносителя в упомянутое кольцевое пространство (11),
верхний выход (13) паров теплоносителя из упомянутого кольцевого пространства (11), расположенный ниже верхнего входа (14),
нижний выход (27) теплоносителя,
распределитель (15) теплоносителя, который распределяет текучую среду из верхнего входа (14) текучего теплоносителя в упомянутое кольцевое пространство (11) и обеспечивает течение текучей среды вдоль внешних поверхностей (8А) труб (8),
- упомянутые тепло- и массообменные трубы (8) проходят через отверстия (15А) в распределителе (15) теплоносителя, причем отверстия (15А) оставляют зазоры между распределителем (15) теплоносителя и внешними поверхностями (8А) труб (8),
тепло- и массообменные поверхности в упомянутом кольцевом пространстве (11) образованы внешними поверхностями (8А) труб (8) от нижней пластины (10) для труб до распределителя (15) теплоносителя;
тепло- и массообменные поверхности в трубчатом пространстве (12) образованные внутренними поверхностями (8В) труб (8) от нижней пластины (10) для труб до распределителя
(15) теплоносителя;
- ректификационная колонна (100) дополнительно содержит устройство подачи (4) сырья и экстрактор (3) пара, а также устройство (5) для выпуска жидкой фракции из трубчатых пространств (12),
отличающаяся тем, что
распределитель (15) текучего теплоносителя
паронепроницаемо присоединен к корпусу (7) и образует распределительную камеру (17), которая включает в себя кольцевое пространство, ограниченное (в вертикальном направлении) верхней пластиной (9) для труб и распределителем (15) текучего теплоносителя;
упомянутые текучие среды распределительной камеры (17) образованы за счет упомянутых зазоров между отверстиями (15А) распределителя и внешними поверхностями (8А) труб (8);
устройство для увеличения давления, такое как насос (26), обеспечено для поддержания давления текучей среды в распределительной камере (17) над распределителем (15) текучей среды, более высокого, чем давление в кольцевом пространстве (11) ниже распределителя (15) текучей среды;
2. Ректификационная колонна (100) по пункту 1,
отличающаяся баком (6) теплоносителя, присоединенным к
верхнему входу (14) теплоносителя в кольцевое пространство
(11) секции (1) обогащения, дополнительно присоединенным к нижнему выходу (27) теплоносителя из кольцевого пространства
(11) секции (1) обогащения и/или к конденсатору (18) пара теплоносителя, который также сообщается с кольцевым пространством (11) секции (1) обогащения;
3. Ректификационная колонна (100) по пункту 1 или 2,
отличающаяся тем, что ректификационная колонна (100)
дополнительно содержит, по меньшей мере, одну дополнительную
нижнюю ректификационную секцию (19) с тепло- и массообменом в
трубчатых пространствах (25), расположенную между секцией (1)
обогащения и устройством (4) подачи сырья, где упомянутая, по
меньшей мере, одна дополнительная нижняя ректификационная
секция (19) имеет корпус (20) с пластинами (21, 22) для труб и
трубы (23), которые образуют трубчатые (25) и кольцевое (24) пространства в корпусе (20),
4. Ректификационная колонна (100) по пункту 3,
отличающаяся тем, что верхняя пластина для труб (21)
дополнительной нижней ректификационной секции (19)
присоединена к нижней пластине для труб (10) ректификационной
или обогащающей секции (1) таким образом, что трубы (23)
дополнительной нижней ректификационной секции (19) и секции
(1) обогащения расположены коаксиально.
5. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 14, отличающаяся тем, что обеспечены наполняющие элементы (16) всех труб (8, 23), предпочтительно сделанные в форме турбулизаторов, которые содержат отклоняющие элементы для вращения пара.
6. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 15, отличающаяся отпарной секцией (34), расположенной между устройством (4) подачи сырья для многокомпонентной смеси и экстрактором (5) текучей среды для жидкой фракции/остатка многокомпонентной смеси.
7. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 16, отличающаяся зазором (S) между отверстиями (15А) распределителя и внешними поверхностями (8А) труб (8), который выполнен в форме радиальных коаксиальных зазоров вокруг труб, где, предпочтительно, размеры зазоров (S) определяются давлением текучей среды в распределителе (17) и могут быть равны, например, 0,05-1,0 мм.
8. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 17, отличающаяся тем, что зазоры (S) между отверстиями (15А) распределителя и внешними поверхностями (8А) труб (8) образованы с помощью вертикальных каналов вдоль периметра отверстий распределителя числом, по меньшей мере, два на каждое отверстие (15А).
9. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 18, отличающаяся тем фактом, что разница давлений в камере (17) над распределителем (15) и в кольцевом пространстве (15А) над распределителем создается с помощью насоса (2 6).
5.
10. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-9, отличающаяся тем, что насос (26) расположен ниже уровня бака (6) теплоносителя.
11. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-10, отличающаяся тем, что бак теплоносителя и конденсатор (18) пара теплоносителя могут образовывать общее пространство.
12. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-11, отличающаяся тем, что конденсатор (18) пара теплоносителя снабжается с помощью вентиля (28) регулировки давления, установленного на выходе из конденсатора (18) пара теплоносителя, посредством чего конденсатор (18) пара теплоносителя присоединяется к, по меньшей мере, одному устройству для увеличения или уменьшения давления в кольцевом пространстве (11).
13. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-12, отличающаяся тем, что конденсатор (18) пара теплоносителя может также сообщаться с трубчатыми пространствами (12), и одна из фракций может отбираться из бака (6) теплоносителя.
14. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-13, отличающаяся тем, что нижние концы труб секции (1) обогащения ректификационной колонны (100) выходят за край нижней пластины для труб (10) секции (1) обогащения, а верхние концы труб дополнительной нижней ректификационной секции (19) погружены в верхнюю пластину (21) для труб дополнительной нижней ректификационной секции (19), причем, предпочтительно, верхняя часть отверстий в верхней пластине для труб (21) дополнительной нижней ректификационной секции (19) имеет больший диаметр, чем диаметр труб (8), для погружения, чтобы вставлять нижние концы труб секции (19) обогащения.
15. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов
1-14, отличающаяся тем, что трубы дополнительной нижней
ректификационной секции (19) присоединены к трубам (8) секции
(1) обогащения ректификационной колонны (100) с помощью
нарезных или иных соединений.
16. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов
1-15, отличающаяся тем, что турбулизаторы (16) сделаны в форме, например, стержней или труб с изогнутыми ветвями или концами (32).
17. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-16, отличающаяся турбулизаторами (16), сделанными в форме, например, суженных стержней или труб с сечением, расширяющимся в верхнем направлении, и изогнутыми ветвями или концами (32).
18. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-17, отличающаяся турбулизаторами (16), сделанными в форме, например, ступенчатых стержней или труб с сечением, расширяющимся в верхнем направлении, и изогнутыми ветвями или концами (32).
19. Ректификационная колонна (100) по пункту 18,
отличающаяся тем, что верхняя часть ступенчатых стержней или
труб с сечением, расширяющимся в верхнем направлении, и
изогнутыми ветвями или концами (32) имеет спиральные выемки
или сделана с навитыми спиралями.
20. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-15, отличающаяся тем, что вдоль всей длины внешней (8А) и/или внутренней (8В) поверхностей труб (8) есть нарезные или спиральные выемки.
21. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-2 0, отличающаяся тем, что вдоль всей длины внешней (8А) и/или внутренней (8В) поверхностей труб (8) сделана намотка.
22. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-21, отличающаяся тем, что внешние (8А) и/или внутренние (8В) поверхности покрыты пористым покрытием вдоль всей длины труб (8) .
23. Ректификационная колонна (100) по любому из пунктов 1-22, отличающаяся тем, что внешние (8А) и/или внутренние (8В) поверхности труб (8) покрыты оксидным покрытием вдоль всей длины труб (8).
24. Способ разделения многокомпонентной смеси на фракции, использующий ректификационную колонну с внутренним тепло- и массообменом, содержащий этапы, на которых:
обеспечивают секцию (1) обогащения, изготовленную в
форме вертикального трубчатого теплообменника (НЕ), который содержит тепло- и массообменные трубы (8), причем секция (1) обогащения дополнительно содержит корпус (7) и пластины для труб (9, 10) для труб, причем пластины для труб (9, 10) для труб присоединены к корпусу (7), таким образом обеспечивая трубчатые пространства (12) и упомянутое кольцевое пространство (11), верхний вход (14) теплоносителя в упомянутое кольцевое пространство (11), верхний выход (13) паров теплоносителя из упомянутого кольцевого пространства (11), расположенный ниже верхнего входа (14), нижний выход (27) теплоносителя, распределитель (15) теплоносителя, который распределяет текучую среду из верхнего входа (14) текучего теплоносителя в упомянутое кольцевое пространство (11) и обеспечивает течение текучей среды вдоль внешних поверхностей (8А) труб (8), причем упомянутые тепло- и массообменные трубы (8) проходят через отверстия (15А) в распределителе (15) теплоносителя, причем отверстия (15А) оставляют зазоры между распределителем (15) теплоносителя и внешними поверхностями (8А) труб (8), причем тепло- и массообменные поверхности в упомянутом кольцевом пространстве (11) образованы внешними поверхностями (8А) труб (8) от нижней пластины (10) для труб до распределителя (15) теплоносителя, причем тепло- и массообменные поверхности в трубчатом пространстве (12) образованы внутренними поверхностями (8В) труб (8) от нижней пластины (10) для труб до распределителя (15) теплоносителя, причем ректификационная колонна (100) дополнительно содержит устройство подачи (4) сырья и экстрактор (3) пара, а также устройство (5) для выпуска жидкой фракции из трубчатых пространств (12),
- подают пар упомянутой многокомпонентной смеси, которая подлежит ректифицированию, в трубчатые пространства (12) труб (8), и удаляют из трубчатых пространств (12) ректифицированную паровую часть;
отличающийся этапами, на которых
- паронепроницаемо присоединяют распределитель текучего теплоносителя к корпусу (7), таким образом образуют
-
распределительную камеру (17), которая включает в себя кольцевое пространство, ограниченное (в вертикальном направлении) верхней пластиной для труб (9) и распределителем (15) текучего теплоносителя,
обеспечивают выходы текучей среды распределительной камеры (17) в форме упомянутых зазоров между отверстиями (15А) распределителя и внешними поверхностями (8А) труб (8),
увеличивают давление текучей среды теплоносителя в распределительной камере (17) и
- поддерживают давление текучей среды в распределительной камере (17) над распределителем (15) текучей среды, более высокое, чем давление в упомянутом кольцевом пространстве (11) ниже распределителя (15) текучей среды.
25. Способ по пункту 24, в котором текучую среду подают при избыточном давлении в распределительную камеру в условиях кипения или предкипения.
26. Способ по пункту 2 4 или 25, в котором обеспечивают условия перепада давления для непрерывного кипения текучих сред на внешних поверхностях труб, когда текучие среды выходят через зазоры в кольцевых пространствах.
27. Способ по первой части пункта 24, в особенности по любому из пунктов 24-2 6, в котором в дополнительной нижней ректификационной секции тепло и массы обмениваются только в трубчатых пространствах, таким образом, в особенности, все тепло от конденсации пара разделенной смеси полностью расходуется на повторное испарение низкокипящих фракций из мокрого орошения.
28. Способ по любому из пунктов 24-27, в котором давление в конденсаторе (18) и возможном баке (6) теплоносителя и/или в кольцевом пространстве (11) секции (1) обогащения, которые сообщаются с конденсатором (18), снижают, в особенности, с помощью устройства (29), присоединенного к конденсатору (18) пара теплоносителя.
29. Способ по пункту 28, в котором, в особенности для более точного регулирования давления в кольцевом пространстве (11), обеспечивают дополнительное поступление газа в кольцевое
25.
пространство (11) из атмосферы или из внешнего источника газа, в особенности с помощью вентиля (28) регулировки давления.
30. Способ по первой части пункта 24, в особенности по любому из пунктов 24-29, в котором снижение пара в трубчатых пространствах компенсируют путем соответствующего ограничения сечения трубчатых пространств, поддерживая, таким образом, стабильную высокую скорость течения пара вдоль всей длины труб.
31. Способ по первой части пункта 24, в особенности по любому из пунктов 24-30, в котором конечную отгонку остатка низкокипящей фракции из высококипящих фракций выполняют в нижней отпарной секции (34), в особенности, данную отгонку делают с помощью естественной отгонки низкокипящих фракций и/или с помощью принудительной подачи тепла в отпарную секцию (34) .
32. Способ по первой части пункта 24, в особенности по любому из пунктов 24-31, в котором количество и скорость пара снижают с помощью паровой смеси, в особенности дистиллированной в данной ректификационной колонне, которая содержит небольшое количество низкокипящих фракций, в особенности, путем того, что ограничивают сечение трубчатого пространства (12) в верхней части труб (8).
По доверенности
519760
ФИГ. 17
1/9
1/9
ФИГ. 1
ФИГ. 1
ФИГ. 2
ФИГ. 2
ФИГ. 3
ФИГ. 3
4/9
4/9
ФИГ. 6
ФИГ. 6
ФИГ. 8
ФИГ. 8
7/9
7/9
ФИГ. 15
ФИГ. 15