Установка термической очистки рафината от трихлорэтилена в производстве капролактама

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ РАФИНАТА ОТ ТРИХЛОРЭТИЛЕНА В ПРОИЗВОДСТВЕ КАПРОЛАКТАМА(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Гуринов Павел Кузьмич Лакомкин Александр Андреевич Паштепа Николай Павлович Покровский Дмитрий Геннадьевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Установка термической очистки рафината от трихлорэтилена в производстве капролактама, включающая цилиндрическую вертикальную колонну, состоящую из корпуса,разделенного на верхнюю и нижнюю камеры, соединенные между собой теплообменными трубами с образованием трубного и межтрубного пространства, линии ввода и вывода рафината, подключенные к колонне по трубному пространству, линии ввода и вывода греющего теплоносителя, подключенные к колонне по межтрубному пространству, линию вывода парогазовой фазы, подключенную в верхней части верхней камеры, линию инертного газа, подключенную к нижней камере колонны, отличающаяся тем, что линия ввода рафината подключена к нижней камере колонны, а линия вывода рафината подключена к верхней камере колонны в ее нижней части, при этом в линию ввода рафината введена дополнительная линия греющего теплоносителя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительная линия греющего теплоносителя введена в линию ввода рафината в ее нижней части.(56) 1. Рамм В.М. Абсорбция газов (рис. -5 а на с. 310 - аналог). - М. Химия, 1976. 2. Машины и аппараты химических производств / Под общ. ред. В.Н.Соколова. - Л. Химия, 1982. - С. 197, рис. 7.1 (прототип). Полезная модель относится к аппаратам химической технологии и может быть использована для термической очистки жидкофазных технологических отходов в химической и нефтехимической промышленности, например для очистки рафината от трихлорэтилена стадии экстракции в производстве капролактама перед его выдачей на стадию биологической очистки сточных вод. Известна установка термической очистки рафината, включающая цилиндрическую вертикальную колонну, состоящую из корпуса, разделенного на верхнюю и нижнюю камеры, соединенные между собой слоем массообменной насадки, линии ввода и вывода рафината, линию вывода парогазовой фазы, подключенную в верхней части верхней камеры, линию инертного газа, подключенную к нижней камере колонны 1. Недостатком известного устройства является недостаточная экономичность процесса. Причиной этого является отсутствие зон ввода тепла для нагрева рафината внутри колонны горячим теплоносителем, что обуславливает значительные габариты колонны и ее высокую материалоемкость, а также вызывает значительный расход инертного газа и необходимость затрат тепла на его подогрев для осуществления процесса термического выделения трихлорэтилена из рафината и получения продукта требуемого качества. В качестве прототипа полезной модели выбрана установка термической очистки рафината от трихлорэтилена в производстве капролактама, включающая цилиндрическую вертикальную колонну, состоящую из корпуса, разделенного на верхнюю и нижнюю камеры, соединенные между собой теплообменными трубами с образованием трубного и межтрубного пространства, линии ввода и вывода рафината, подключенные к колонне по трубному пространству, линии ввода и вывода греющего теплоносителя, подключенные к колонне по межтрубному пространству, линию вывода парогазовой фазы, подключенную в верхней части верхней камеры, линию инертного газа, подключенную к нижней камере колонны 2. Недостатками прототипа являются недостаточная эксплуатационная надежность и недостаточная экономичность. Недостаточная эксплуатационная надежность прототипа проявляется в необходимости остановки колонны для ее ремонта из-за наличия частичного или полного разрушения в виде растрескивания зон соединения теплообменных труб с верхней камерой колонны. Через неплотности происходит проскок греющего теплоносителя в верхнюю камеру колонны и его потери, а также попадание рафината через межтрубное пространство колонны в линию вывода греющего теплоносителя и ее коррозионное разрушение. Физической причиной локального разрушения колонны является наличие значительных термических напряжений между элементами колонны из-за неравномерного, т.е. локального, заполнения теплообменных труб рафинатом при его пленочном движении. Это приводит к переохлаждению труб, заполненных пленкой стекающего рафината, из-за невысокой температуры рафината на входе в верхнюю камеру и перегреву труб, не заполненных рафинатом, из-за высокой температуры греющего теплоносителя в верхней зоне межтрубного пространства. Причиной эффекта неравномерности распределения рафината по трубам является отклонение положения колонны от вертикали, даже незначительное, всегда имеющее место в практике, а потому неустранимое. Недостаточная экономичность прототипа обусловлена повышенным потреблением тепла. Причиной этого являются как потери греющего теплоносителя через возникающие неплотности зон соединения теплообменных труб с верхней камерой колонны, так и из-за 2 44442008.06.30 прямоточного движения потоков рафината и греющего теплоносителя, т.е. сверху вниз. В условиях прямотока снижается движущая сила процесса теплопередачи (разность температур между рафинатом и греющим теплоносителем), что и обуславливает высокую температуру греющего теплоносителя на выходе из колонны, ограничивает степень утилизации его тепла и снижает экономичность установки. Задача, решаемая полезной моделью, - повышение эксплуатационной надежности и повышение экономичности установки термической очистки рафината от трихлорэтилена в производстве капролактама. Поставленная задача решается в установке термической очистки рафината от трихлорэтилена в производстве капролактама, включающей цилиндрическую вертикальную колонну в виде корпуса, разделенного на верхнюю и нижнюю камеры, соединенные между собой теплообменными трубами с образованием трубного и межтрубного пространства,линии ввода и вывода рафината, подключенные к колонне по трубному пространству, линии ввода и вывода греющего теплоносителя, подключенную к колонне по межтрубному пространству, линию вывода парогазовой фазы, подключенной в верхней части верхней камеры, линию инертного газа, подключенную к нижней камере колонны, в которой, согласно полезной модели, линия ввода рафината подключена к нижней камере колонны, а линия вывода рафината подключена к верхней камере колонны в ее нижней части, при этом в линию ввода рафината введена дополнительная линия греющего теплоносителя. Дополнительная линия греющего теплоносителя введена в линию ввода рафината в ее нижней части. Существенность отличий в полезной модели заключается в следующем. Линия ввода рафината подключена к нижней камере колонны, а линия вывода рафината подключена к верхней камере колонны. Такое подключение линий рафината обеспечивает противоточное движение теплоносителей в колонне, т.е. рафинат движется снизу вверх, а греющий теплоноситель сверху вниз. При движении рафината снизу вверх происходит равномерное заполнение труб рафинатом, даже в условиях существенного отклонения колонны от вертикали, что исключает появление разрушающих термических напряжений из-за перегрева одних труб и переохлаждения других труб. Это повышает эксплуатационную надежность установки и ее экономичность за счет предотвращения потерь греющего теплоносителя через неплотности. Противоточное движение теплоносителей также повышает движущую силу процесса теплопередачи (разность температур между рафинатом и греющим теплоносителем), что позволяет более полно утилизировать тепло греющего теплоносителя за счет получения более низкой температуры греющего теплоносителя на выходе из колонны и тем самым снизить его расход, что повышает экономичность полезной модели. Линия вывода рафината подключена к верхней камере колонны в ее нижней части. Такое решение обеспечивает использование пространства верхней камеры для сепарации рафината от потока парогазовой смеси без увеличения габаритов колонны, что повышает экономичность полезной модели. В линию ввода рафината введена дополнительная линия греющего теплоносителя. Это обеспечивает подогрев рафината на входе в установку, что позволяет увеличить нагрузку установки по рафинату без изменения габаритов колонны, что повышает экономичность полезной модели. Дополнительная линия греющего теплоносителя введена в линию ввода рафината в ее нижней части. Такое решение предотвращает накопление и образование осадка из органических примесей, а также паровых пробок в линии ввода рафината в колонну, что повышает эксплуатационную надежность и технологическую эффективность работы установки. Сущность полезной модели поясняется схемой установки термической очистки рафината от трихлорэтилена в производстве капролактама. 3 44442008.06.30 Установка термической очистки рафината от трихлорэтилена в производстве капролактама включает цилиндрическую вертикальную колонну, выполненную в виде корпуса 1,разделенного на верхнюю и нижнюю камеры 2 и 3 соответственно, соединенные между собой теплообменными трубами 4 с образованием трубного и межтрубного пространства 5 и 6 соответственно. К нижней камере 3 подключены линия ввода рафината 7 и линия инертного газа 8. В качестве инертного газа возможно использование азота. К верхней камере 2 в ее нижней части подключена линия вывода рафината 9 и в ее верхней части линия вывода парогазовой фазы 10. Линия 11 ввода греющего теплоносителя в виде перегретого водяного пара подключена к верхней и/или средней части межтрубного пространства 6. Дополнительная линия 12 греющего теплоносителя подключена к линии 7 в ее нижней части. Линия 13 вывода греющего теплоносителя подключена к межтрубному пространству 6 в его нижней части. Установка термической очистки рафината от трихлорэтилена в производстве капролактама работает следующим образом. Поток рафината из стадии экстракции капролактама из воды трихлорэтиленом, представляющий собой водный раствор капролактама концентрацией 2 мас., трихлорэтилена концентрацией 0,17 мас., а также органических примесей, поступает в установку по линии 7 и обрабатывается греющим теплоносителем,поступающим по дополнительной линии 12. В результате этого контакта происходит возрастание температуры входного потока рафината, а также предотвращение накопления и образования осадка из органических примесей в нижней части линии 7 за счет турбулизации потока. Подогретый поток рафината поступает в нижнюю камеру 3, где взаимодействует с потоком инертного газа, поступающего в установку по линии 8, с образованием двухфазной газожидкостной смеси, которая поступает в трубное пространство 5. Поднимаясь вверх по трубам 4, происходит интенсивный нагрев газожидкостной смеси за счет отдачи тепла греющим теплоносителем из межтрубного пространства 6, поступающим в него по линии 11, что приводит к выделению трихлорэтилена из рафината в парогазовую фазу по условию фазового равновесия. При выходе парогазожидкостной смеси из трубного пространства 5 в верхней камере 2 происходит инерционное выделение очищенного рафината из смеси и его вывод в жидкой фазе из установки по линии 9 на последующую технологическую стадию. Парогазовая фаза выходит из верхней части верхней камеры 2 и по линии 10 выводится из установки для утилизации в технологическом процессе производства капролактама. Охлажденный греющий теплоноситель из нижней зоны межтрубного пространства 6 выводится по линии 13 из установки на регенерацию. Промышленные испытания полезной модели в производстве капролактама на установке очистки рафината стадии экстракции от трихлорэтилена показали, что использование полезной модели обеспечивает требуемую эксплуатационную надежность установки, снижает содержание трихлорэтилена в выходном потоке рафината в 2,8 раза, а потребление тепла снижается на 42 по сравнению с прототипом. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4