Способ разделения многокомпонентной жидкой смеси

 

Союз Советски к

Соцнапистичеснна

Респубпмк

< 735268 птБ

ИЩ йй

Ф вЂ”.1 (6I ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 01.02.78 2 I ) 2580959/23-26 (51) М. Кл.

В 01 D3/00 с присоединением заявки ¹Государственный комитет (23) ПриоритетСССР но делам изобретений н отнрмтнй

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 28.05.80 (gg) уд 66.015, .23 (088.8) (72) Автор изобретения

Э. С. Арзуманов

Государственный научно-исследовательский институт автоматизации производственных процессов химической промышленности и цветной металлургии НИИ автоматика (7I) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ

ЖИДКОЙ СМЕСИ

Изобретение относится к химической нефтехимической, пищевой и другим отраслям промышленности и может быть использовано в технологических процессах, связанных с разделением многокомпонентных жидких смесей в промышленных масштабах, .

Известен способ разделения многокомпонентных жидких смесей по температуре кипения, заключающийся в том, что

10 разделение проводится сочетанием методов ректификации и газовой хроматографии. Предварительное грубое разделение проводят методом ректификации, а точное

- методом газовой хроматографии (1)

Известен также способ разделения многокомпонентных жидких смесей, осуществляемый путем многократного кон такта между неравновесными жидкой и паровой фазами, движущимися относите но друг друга. При взаимодействии фаз между ними происходит массо- и теплообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В.резуль2 тате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящим компоиентомт а жидкость — высококипящим.

Таким образом, многократное контактирование приводит к разделению исходной смеси (2)

Известные способы разделения многокомпонентных жидких смесей связаны с большими затратами как тепловой, так и алектроенергии, реализация этих способов требует наличия большого количества оборудования, в том числе специальных аппаратов, имеющих большие габариты и металлоемкость. Кроме етого процессы разделения многокомпонентных жидких смесей требуют большой продолжительности во времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ разделения жидкой смеси, осуществляемый периодической ректиФикацией, включающий подогрев смеси, отвод паров компонентов и их конденсации с использованием технологических аппаратов. Он заключается в подогреве исходной смеси в кубе до температуры кипения, из которого пары смеси поступают под нижнюю тарелку ректификационной колонны и далее, поднимаясь по колонне, обогащаются низкокипяшим компонентом, которым обедняется стекающая вниз флегма, поступающая из дефлаг матора. Направляющиеся в дефлагматор пары низкокипяшего компонента полностью или частично конденсируются. В случае полной конденсации жидкость разделяется с помощью делителя на флегму и дистиллят, который охлаждается в холодильнике и направляется в сборник. По достижении

15 заданного остатка в кубе остаток сливают загружают куб исходной смесью и процесс повторяют (3)

Существующий способ разделения жидких смесей требует сложной и металлоемкой технологической аппаратуры (ректификационные колонны с большим количеством тарелок или заполненные специальными насадками, дефпегматоры, делители флегмы, холодильники и др.).; При осуществлении известного способа исходную смесь необходимо подогревать в кубе колонны обязательно до температуры кипения, что связано с большими затратами

30 тепловой энергии. Кроме того, сам процесс разделения смеси длителен, так как скорости движения паров вверх по колонне и стекающей вниз флегмы очень низкиее.

Цель изобретения — интенсификация

35 процессов разделения при наименьших энер гозатратах, сокращение колйчества аппаратуры.

Поставленная цель достигается тем, что исходную жидкую смесь подвергают воздействию кавитации при давлении, равном делению насыщенных паров каждого разделяемого компонента, а затем понижают давление с помощью отсасы45 вающих гидравлических устройств, а конденсацию паров осуществляют при повышенном давлении на выходе этих устройств.

Подогрев исходной смеси производят до те мпер атуры ниже температуры ее кипе- о ния, На чертеже показана схема разделения многокомпонентной жидкой смеси, применяемая для реализации предлагаемого способа.

Схема включает емкость 1 для исходной смеси, сборники 2 и 3 для разделяемых компонентов, кавитируюшие " местные гидравлические сопротивления

735268 4 (кавитаторы) 4 и 5, отсасывающие гидравлические устройства 6 и 7„насосы

8-10, вентили 11-14, нагревательное устройство 15.

Способ разделения жидкой смеси осу-. ществляется следующим образом, Подогретую в емкости 1, исходную ! жидкую смесь до температуры ниже температуры ее кипения или без подогрева с помощью вентиля 11 непрерывно циркулируют через кавитаторы 4 и 5, установленные в замкнутой системе тру бопровода. Из кавитационной област кавитатора 4, с давлением в ней Рс

С.г равным давлению. насыщенных паров первого низкокипящего компонента смеси, пары разделяемого компонента подают в зону пониженного давления отсасываемого гидравлического устройства 6 давf

Э ление в которой Рс меньше давления

Р: . Из кавитационной области . кавита1 тора 5 с давлением и ней P равс2 ным давлению насыщенных паров второго компонента, имеющего температуру кипения выше по сравнению с первым компонентом, пары подают в зону пониженного давления отсасываюшего устройства

7, давление в которой P меньше с

Р . Уносимые потоком циркулирующей 2. с помощью насосов 9 и 10 жидкости пары первого и второго компонентов смеси конденсируются в зонах повышенного давления отсасываюших гидравлических устройств соответственно 6 и 7, включенных в отдельные замкнутые системы трубопроводов.

В результате мйогократной циркуля ции исходной смеси через кавитаторы 4 и 5, отсоса и конденсации паров первого и второго низкокипяших компонентов в устройствах 6 и 7 исходная смесь ос= вобождается от них и в емкости 1 остается третий высококипящий компонент.

Подобным образом осуществляется разделение смесей с большим числом компонентов.

Пример 1. Для разделения бинарной смеси бензол-толуол с начальной конденсацией бензола в исходном сырье

50 масс %, нагретая до 50 С исходная смесь в емкости 1 с помощью насоса., 8 производительностью Q =20 м 4 циркулирует по трубопроводу с внутренним диаметром 25 мм, в котором параллельно установлены два кавитатора 4, например в виде цилиндрических насадков с острыми входными кромками (размеры насадка". внутренний диаметр д 10 мм, длина, 3 =

5 73526

=40 мм, угол конуснссти иа выходе ck= о

6 . При установленных значениях давления до и после насадка (соответственно

Р =-1,5 кгс/см aGc. и Р =1,2 кгс/см )

2 производят отсос паров бензопа из кави- 5 тационной области кавитаторов, давпение в которой соответствует давлению насц,шенных паров бензола при 50 С, т.е.

Р =Рбенз.=0,36 кгс/см абс. Пары бен2 зола подают в зону пониженного давпения отсасывающего устройства 6 (например, в виде насадка с вн. =12 мм и =-50 мм, Д.=6, при атом давление ао и после насадка устанавливают равным соответственно Р =4,0 кгс/см, и

Р= 3 кгс/см абс), которые уносятся потоком циркулируемой насосом 9 производительность 40 м /ч воды несмешивающейся с бензолом, и конденсируются в zo зоне повышенного давления на выходе устройства 6 и трубопроводе с внутренним диаметром Э„р =25 мм. Сконденсированные пары бензопа собираются в верхней части сборника 2, а находящийся в нижней части сборника некоторый объем води непрерывно циркулирует через отсасывающее гидравлическое устройство 6 до полного удаления паров бензола из исходной смеси. ЗО

Таким образом, в емкости 1 остается высококипящий компонент — толуол, Пример 2. Из многокомпонентной смеси, содержащей масс.%: 0,4-бутан;

15,4 изопентан, 23,5 н-пентан, О, 3-цик- З5 лопентан, 60,4 гасан и выше, необходимо выделить бутан и изопентан, сохранив в остатке н-пентан, циклопентан, гексан и высшие. Для атого нагретую до 30 С

1 40 в емкости 1 исходную смесь с помощью насоса 8 производительностью О =70 м /ч

Ъ непрерывно циркулируют по трубопроводу с внутренним диаметром 25 мм, на котором параллельно установлены два кави1 45, татора 4 (в виде насадка с д н=13,3 мм

С =55 мм и cL= 6О), и два кавитатора

5 (в виде насадка с 3 и=11,6 мм, 5 = .50 мм; oL=6о). При установленных давпениях до и после кавитатора 4 соответ5С ственно Р. =4,0 кгс/см абс и Р, 3,75 кгс/см абс.,а такжедо ипослекавитатора 5 соответственно P =3,75 кгс/см абс. и Р =-2,825 кгс/см производят отсос паров бутана из кавитационной обпасти

55 кавитатора 4, давление в которой "- - р=

Я . Н

=0,36 кгс/см абс. путем подачи паров в зону пониженного давления отсасываю щего устройства 6 (насадок с д и =12 мм

6

Г, о

В =«)О мм я С . =6, давпение Р.„=-4Д кгс/см а P =3 0 кгс/см ).

Пары бутана уносятся потoKov mpzyлируемой насосом 9 (производитепьнсстью

40 м /ч жидкости (воды) при 25 C u конденсируются в зоне повышенного давпения на выходе устройства 6 и трубопроводе с Д =25 мм. Сконденсйрованные TP йары бутана собираются в верхней части герметичного сборника 2, давление в котором поддерживается выше давления насыщенных паров бутана при температуре окружающей среды. Находящийся в нижней части сборника некоторый объем воды непрерыBHO циркулируют через 0TcacbIваю щее устройство 6 до полного удапения паров бутана из смеси, Аналогичным образом нары изопентана из кавитационной области (давление в которой Р =Рци оц кявитаторов 5 (нас2 садок с Д н =11,6 мм, )=50 ммo(=6o)

f подают в зону пониженного давления гидравлического отсасывающего устройства

7 (насадок с d H =12 мм, 6=50 мм, aL =-60, ри Р1 =4,0 и Р =3,0 кгс/смаабс, пары изопентана уносятся потоком циркупируемой насосом 9 (производитепьиостью

8 =40 м /ч жидкости (воды) при 2m Ñ. и конденсируются в зоне повышенного давпения на выходе устройства 7 и трубопро воде с Зт, =25 мм. Сконденсированные пары изопеитана собираются в верхней части герметичного сборника 3, давление в котором поддерживаетсч несколько бо»

Рн-иасап.

Находящийся в нижней части сборника

3 некоторый объем воды непрерывно циркулируют через устройствб 7 до полного удаления паров изопентана из смеси. В резупьтате удаления бутана и изопентана из исходной смеси в .емкости 1 остается смесь высококипящих компонентов, со держащая н -пентан, цикпопентан, гексан и высшие. При необходимости разделения компонентов смеси, находящихся в остатке испопьзуют дополнительные кавитаторы, устанавииваемые на трубопроводе, и от сасывающие устройства со своей пиркуляционной системой и сборниками.

Таким образом, дпя резделения многокомпонентной жидкой смеси под давлением насущенных паров каждого компонента возможно рассчитать режимные параметры движения среды и выбрать соответствующие геометрические характеристики гидравлических устройств, при которых минимальное давление в кавитационной области было бы равно давпению на7 735268 сыщеннйх" йаров каждого« раздепяе мого компонента смеси. Причем кавитирующие гидравлические устройства могут быть установлены на трубопроводе как последо. вательно, так и параллельно.

Создав циркуляпию исходной смеси в трубопроводе с кавитирующими устройст-. вами, в каждой из которых поддерживается развитый кавитационный режим с давлением в кавитационной области, равным давлению насыщенных паров каждого из.разделяемых компонентов, и осуществив непрерывный отсос паров каждого компонента в отдельности, а затем сконденсировав пары каждого компонента соответствующим образом, производят разделение исходной смеси.

В таормине приведены режимные параметры процесса, габариты основных arr. паратов, их количество и наименование

1î ддя разделения одной и той же смеси известным и предлагаемым способом.

По известному способу

По предлагаемому способу

Пример

N/N

Разделяемая

ТемпеТемпература сме си, С

Ко ли чество и наименование аппаратов

Количество и наименование аппаратов

Габариты основных

Габариты основ с месь ратура смеси, С аппаратов (устройств )

/ мм ных ап» паратов, м

1 14 С ГЬктифио кационная колонна с

22 тарелками

1 Бензолтолуол о

50 С

3 х кубовая

Длина кавитаВысота ко- 6-ти кулонны бовая рек1 1,4 диаметр-тифика)3 1,55 . ционная

К-1 колонна дефпегматор, делит ель флег» мы хоп о» дильник, сборник дистиллята торов

55 емкость для подо» грева смес и Ка вита торы, сборник дистил пята днам. вн.

-10 вн н -Бутан, 97 С изопенЭО С

6-ти кубовая ректификапионная копонтан и ос» таток, со держащий н-пентан, циклопен»на, делитель флегмы хо по дильник, сборник дистиппята тан и высшие тельно, металлоемкость аппаратов уменьшактся в 10 и более раз. Количество технологических аппаратов может быть уменьшено в два и более раз, при этом упрощается конструкция основных алпара тов, в частности, вместо сложной ректиГЬктификационная колонна с

42 тарелками вы» сота — 18, диаметр

КаК видно из таблйцы, для разделения жидкой смеси предлагаемым способом температура подогрева смеси может быть уменьшена и два и более раз, что позволяет значительно сократить затраты тепловой энергии, габариты, а следоваДпина кавита- торов = 55, вн =

=133 и

Е =50

Д „-11,6

4-х кубовая емкость для подогрева смеси, кавитаторы, сборник дистиппята

И Заказ 2241/1

809 Подписное

9 738 икационной колонны используются кавитаторы, имеющие простую конструкцию

Использование предлагаемого способа разделения жидкой смеси по сравнению с существующими дает возможнос - раэделения жидких смесей, при пониженных температурах, позволяющих сократить затраты тепловой энергии в два и более раз, интенсифицирует процесс разделения компонентов, так как циркуляция исходной смеси в кавитаторе, а также испарение компонента смеси в кавитационной зоне происходят с большой скоростью (например, в кавитаторе скорость потока

> смеси равна 10 и более м/с); кроме того, осуществляется экономия за счет исключения сложной технологической аппаратуры (ректификационная колонна, холодильники и др.), а также уменьшения габаритов и металлоемкости аппаратуры более чем в

10 раз.

Формула изобретения

1. Способ разделения многокомпонентной жидкой смеси, включающий подогрев

268 10 смеси, отвод паров компонентов и их конденсанию, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса при наименьших энергозатратах, сокращения количества аппаратуры, исходную жидкую смесь подвергают воздействию кавитации при давлений, равном давлению насыщенных паров каждого разделяемого компонента, а затем понижают давление с по10 мощью отсасывающих гидравлических устройств, а конденсацию паров осуществляют при повышенном давлении на выходе этих устройств.

2. Способ по н. 1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что подогрев исходной смеси производят до температуры ниже температуры ее кипения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 419233, кл, В 01 З 15/08.

2. Касаткин A. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии М., "Химия", 1971, с. 509-51.1, 535.

3. То же, с. 511-512, 521-523 (про« тотип).

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4