Способ разделения смесей жидкостей ректификацией

 

Изобретение относится к технологии разделения смеси жидкостей методами перегонки. Целью изобретения является снижение высоты колонны, энергетических затрат или повышение эффективности разделения смеси. Цель достигается за счет повышения содержания труднолетучего компонента в паре, подаваемом в колонну, разделением его на различные составы путем фракционированного испарения соответствующей части выходящей снизу колонны жидкости в нескольких кубах-испарителях. Фракция последнего испарителя имеет наибольшую концентрацию труднолетучего компонента, она подается снизу колонны, а предыдущие фракции подаются в колонну все выше и выше, эти фракции пара более богаты труднолетучим компонентом, чем пар в колонне в местах ввода фракций, поэтому и жидкость, проходящая через такой пар, имеет на выходе из колонны повышенное содержание труднолетучего компонента. Дополнительно пройдя через все испарители, жидкость еще более обеднится летучим компонентом, в результате чего кубовый остаток имеет более высокое содержание труднолетучего компонента, чем кубовый остаток, полученный при том же суммарном расходе пара, полученном в одном испарителе. Это позволяет при необходимости уменьшить флегмовое число, соответственно и энергетические затраты или снизить высоту колонны. 1 ил.

Изобретение относится к технологии разделения растворов жидкостей и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, спиртовой и других отраслях промышленности, где необходимо разделение жидких смесей или смесей паров на компоненты методами перегонки. Его можно использовать при разделении смеси газов низкотемпературной ректификацией.

В известных способах ректификации противоточное взаимодействие стекающей жидкости с поднимающимся паром обеспечивается благодаря образованию флегмы путем частичной конденсации выходящего сверху колонны пара при подаче конденсата на верх колонны и образованием пара путем испарения части кубовой жидкости при подаче пара в одно место - в нижнюю часть колонны [1].

Недостатками такого способа являются значительные затраты тепла и холода на проведение процесса, большая высота колонны.

Поставленная цель достигается за счет разделения образующегося в кубе пара на различные составы путем фракционированного испарения соответствующий части кубовой жидкости последовательно в нескольких испарителях (или нескольких секциях одного испарителя), причем пар из последнего испарителя, имеющий наиболее низкое содержание легколетучего компонента, подается в нижнюю часть колонны, а из каждого предыдущего испарителя - на более высоколежащую часть колонны (вышележащую тарелку в тарельчатой колонне).

На чертеже представлена схема ректификационной установки для осуществления предлагаемого способа. Установка работает следующим образом. Выходящий из колонны 5 пар частично конденсируется в дефлегматоре 8, а образующаяся флегма подается на орошение вверх колонны.

Кубовая жидкость, выйдя из колонны, проходит последовательно через несколько испарителей 1 - 4 (или несколько секций одного испарителя). Пар первого испарителя имеет состав, близкий к равновесному составу жидкости, выходящей из колонны. По мере прохождения жидкости через испарители в ней снижается доля легколетучего компонента, следовательно, и пар каждого последующего испарителя будет также обеднен летучим компонентом. Фракция пара из последнего испарителя имеет наибольшее содержание труднолетучего компонента, и она подается снизу колонны. Каждая предыдущая фракция пара имеет все большую и большую концентрацию легколетучего компонента и подается в колонну все выше и выше. Ввиду более высокого содержания труднолетучего компонента во фракциях пара, выходящих из испарителей, введение их в нижнюю часть колонки повышает концентрацию труднолетучего компонента в местах ввода, что приводит к более высокому содержанию его и в жидкой фазе колонны, которая дополнительно обедняется летучим компонентом после выхода из колонны при фракционированном испарении в испарителях 1 - 4. Благодаря этому кубовой остаток, выходящий из последнего испарителя 4, охлажденный в холодильнике 6 и собранный в емкости 7, содержит большее количество труднолетучего компонента, чем при ректификации с тем же суммарным расходом пара, полученного в одном испарителе. Благодаря этому можно уменьшить высоту колонны или уменьшить флегмовое число, а это снижает расход тепловой энергии на образование пара и уменьшает потребность в охлаждающей жидкости на дефлегмацию, т.е. в целом уменьшает энергетические затраты. Можно также увеличить производительность колонны.

Пример. Проведено исследование ректификации двухкомпонентного раствора бензол-толуол на математической модели путем определения числа ступеней изменения концентраций при обычной ректификации и при ректификации по предлагаемому способу с образованием и подачей в колонну трех фракций пара. Исходная смесь имела по бензолу мольную долю 0,491, кубовый остаток - 0,05. Флегмовое число принято равным 1,76.

При обычной ректификации такое разделение получено на девяти ступенях изменения концентраций в исчерпывающей части колонны. Ректификация с расчетным паром при тех же условиях прошла на семи ступенях изменения концентраций. Применение трехсекционного испарителя уменьшило высоту исчерпающей части колонны на две ступени.

Источники информации 1. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1982, - 584 с.

Формула изобретения

Способ разделения смесей жидкостей ректификацией, включающий противоточное взаимодействие в ректификационной колонне стекающей жидкости с поднимающимся паром, обеспеченное благодаря образованию флегмы путем конденсации в дефлегматоре части пара, выходящего сверху колонны, образованию пара путем испарения части стекающей с низа рабочей части ректификационной колонны жидкости, и получение кубового остатка путем отвода оставшейся части этой жидкости, отличающийся тем, что образование пара из стекающей снизу колонны жидкости производят путем фракционированного испарения последовательно в нескольких кубах или секциях, причем пар из последнего куба подают в нижнюю часть колонны, а из каждого предыдущего - на более вышележащую часть колонны или вышележащую тарелку в тарельчатой колонне.

РИСУНКИ

Рисунок 1