Система распределения-сбора текучей среды, устройство для приведения в контакт текучих сред и твердых веществ и способ выделения, по меньшей мере, одного соединения из смеси - RU2223140C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к распределителю-сборнику текучей среды или системе распределения-сбора текучей среды, которая используется, например, в устройстве, предназначенном для приведения в контакт текучих сред и твердых веществ.

Изобретение может быть использовано, в частности, в области хроматографии, применяемой для текучих сред в газообразном состоянии, жидком состоянии или сверхкритическом состоянии.

Изобретение относится к системе распределения-сбора, которая может быть использована в процессе разделения в искусственно созданном подвижном слое параксилола, содержащегося в смеси ксилолов и этилбензола, для синтеза терефталевой кислоты, промежуточного нефтехимического продукта при производстве текстильных материалов.

Изобретение также может быть использовано в процессах разделения, например, смеси изомеров ксилола и этилбензола, смеси соединения, которое выбирается из насыщенных жирных кислот, со сложными эфирами этих кислот, смеси парафина и олефинов, смеси изопарафинов и обычных парафинов и других соединений.

Устройство согласно изобретению может работать с веществами в жидкой фазе, паровой фазе или в сверхкритической фазе, а также применяться во всех областях использования разделения, например, в химии, нефтехимии или нефтепереработке.

В области процессов разделения использование систем с искусственно созданным подвижным слоем для разделения элементов, которые включают, например, по меньшей мере, два различных химических соединения или в другом случае два изомера одного соединения, является обычной практикой. Используемым адсорбционным материалом является, например, твердое вещество.

Технологические основы, иллюстрирующие реализацию адсорбционного устройства с искусственно созданным противотоком, описаны, например, в патенте US 2985589.

В таких процессах основная текучая среда, которая вводится при помощи насоса, проходит через слой твердого вещества в направлении вдоль центральной оси колонны. Для достижения наилучших эксплуатационных характеристик этого процесса важно, чтобы основная текучая среда проходила через адсорбент в соответствии со схемой поршневого (пробкового) режима протекания, т.е. имела состав и фронт потока, которые были бы как можно более однородными во всех точках поверхности слоя адсорбента.

Для осуществления этой задачи в известном уровне техники описаны различные средства, которые могут быть использованы для получения и поддержания такого потока.

В патенте US 3523762 описано устройство, которое размещено между двумя слоями адсорбента и обеспечивает повторное перемешивание текучей среды при ее прохождении.

Для применения с искусственно созданным противотоком в патенте US 3214247 описано устройство, имеющее конструкцию, которая содержит верхнюю решетку, нижнюю решетку для удержания частиц и две сплошные горизонтальные перегородки, которые размещены между этими двумя решетками. Текучие среды добавляются в центральное пространство между дефлекторами или извлекаются из него при помощи трубопровода, который пересекает устройство по всему его сечению. Такое устройство делает возможным повторное перемешивание текучей среды при ее прохождении через колонну, а также обеспечивает хорошее смешивание текучей среды, которая добавляется к основной текучей среде.

В данной связи также можно упомянуть два патента US 5792346 и US 5755960, в которых описаны панели для распределения текучей среды или РСЭ (распределитель-смеситель-экстрактор), назначением которых, в частности, является смешивание, извлечение или добавление текучих сред. Эти устройства РСЭ связаны с контурами распределения-сбора текучей среды, назначением которых является выравнивание времени прохождения частиц текучей среды из внешнего по отношению к колонне пространства в панели и, наоборот, из панелей во внешнюю сеть сбора.

В действительности разброс по составу потока и разброс во времени прохождения частиц текучей среды может также возникать в процессе распределения текучих сред в устройство РСЭ или в процессе извлечения текучих сред из этого устройства.

Некоторые из контуров для распределения или сбора разработаны для уменьшения разброса во времени прохождения текучих сред. Геометрия таких контуров, в общем, адаптирована к геометрии тарелок и размещению на этих тарелках устройств РСЭ.

Например, в патенте US 5792346 контур для распределения или извлечения дополнительных текучих сред характеризуется симметричностью распределения и равной длиной линий переноса текучих сред. Такие контуры обеспечивают распределение текучих сред, используемых для разделения, или радиальное распределение в направлении от центра разделительной колонны или по направлению к ее центру.

В патенте US 5755960 контур распределения-сбора состоит из нескольких радиальных трубопроводов, которые содержат по несколько ветвей для распределения дополнительных текучих сред в каждую панель или их сбора из каждой панели, которые образуют распределительную тарелку. Ветви распределены по всей длине трубопровода для радиальной подачи текучих сред, с которым они соединены, или по его части. Другой вариант заключается в распределении текучих сред от кольца или полуколец, которые расположены на периферии колонны. Трубопроводы для переноса текучей среды к РСЭ распределены по всей длине данного кольца или полуколец.

В патенте ЕР 074815 описана система для распределения текучих сред внутри устройства, предназначенного для приведения в контакт текучих сред и твердых веществ, которая содержит несколько распределяющих текучую среду колец. Эти кольца установлены на центральной трубе устройства и размещены между смежными по уровню тарелками для распределения текучей среды. Несколько распределительных трубопроводов, которые проходят между тарелкой для распределения текучей среды и распределительным кольцом, обеспечивают впуск и/или сбор жидкости.

Все эти системы удовлетворяют требованию создания поршневого режима прохождения текучей среды или "пробкового потока" внутри устройства для использования его при осуществлении контакта, чтобы снизить до минимума разброс во времени прохождения текучих сред таким образом, чтобы текучие среды поступали в различные панели одной тарелки по существу в одно и то же время.

Задачей настоящего изобретения является создание системы распределения-сбора текучей среды, которая, в частности, обеспечивает создание и поддержание пробкового потока, поддержание однородности этого потока по составу, а также снижение до минимума разброса во времени прохождения текучих сред, которые вводятся в панели, образующие распределительную тарелку, или извлекаются из этих панелей.

Камера 1 согласно изобретению предназначена для разделения текучей среды, по меньшей мере, на два потока или объединения двух потоков текучей среды, а камера 2 уровня определена как камера, которая обеспечивает разделение текучей среды, полученной из камеры 1 уровня, по меньшей мере, на два потока или объединение, по меньшей мере, двух потоков текучей среды для подачи их в камеру 1 уровня.

Термин РСЭ относится к панели, назначением которой является, в частности, сбор, смешивание, извлечение или повторное перемешивание одной или более текучих сред.

Настоящее изобретение относится к системе распределения-сбора текучей среды для устройства, предназначенного для приведения в контакт текучих сред и твердых веществ, при этом устройство содержит камеру, по меньшей мере, один трубопровод для введения основной текучей среды и, по меньшей мере, один трубопровод для отвода основной текучей среды и несколько распределительных тарелок (Р_n), при этом каждая из тарелок содержит несколько панелей для смешивания, распределения или извлечения текучих сред или РСЭ.

Система отличается тем, что она содержит:
по меньшей мере, один трубопровод, который обеспечивает соединение между устройством и внешним пространством,
по меньшей мере, одну камеру (N₁), которая соединена с трубопроводом или трубопроводами,
один или более соединительных трубопроводов

, которые соединяют камеру и, по меньшей мере, один РСЭ тарелки (Р_n), при этом точки r_j присоединения трубопроводов расположены в зоне (Z₂₀, Z₂₁), причем расположение этой зоны определяется углом α, измеряемым от одной из радиальных осей тарелки (Р_n), при этом каждый из соединительных трубопроводов имеет длину l_j, причем значения каждой из длин l_j, угла α и длины Z_r зоны выбираются таким образом, чтобы время прохождения текучих сред между панелью (РСЭ) и трубопроводом или трубопроводами (1, 2) было по существу одинаковым для всех текучих сред.

Камера обеспечивает, например, разделение текучей среды на, по меньшей мере, два потока.

Согласно одному из вариантов система распределения-сбора содержит, например:
по меньшей мере, одну камеру (N₁) уровня 1, которая обеспечивает разделение потока текучей среды на два направления движения или объединение с двух направлений движения, при этом камера (N₁) соединена с трубопроводом или трубопроводами,
по меньшей мере, одну камеру (N₂₀, N₂₁) уровня 2, при этом камеры обеспечивают разделение на два направления движения или объединение с двух направлений движения потока текучей среды, выходящего из камеры или камер (N₁) или подаваемого в нее (в них),
один или более соединительных трубопроводов

, которые проходят между, по меньшей мере, одной камерой (N₂₀, N₂₁) уровня 2 и, по меньшей мере, одним из (РСЭ) тарелки (Р_n), при этом точки r_j присоединения трубопроводов расположены в зоне (Z₂₀, Z₂₁), причем расположение этой зоны определяется углом α, измеряемым от одной из радиальных осей тарелки (P_n), при этом каждый из соединительных трубопроводов имеет длину l_j, причем значения каждой из длин l_j, угла α и длины Z_r зоны выбираются таким образом, чтобы время прохождения текучих сред между панелью (РСЭ) и трубопроводом, или трубопроводами было по существу одинаковым для всех текучих сред.

Угол α находится, например, в диапазоне от 30 до 90^o, предпочтительно от 50 до 60^o, а длина Z_r зоны, которая соответствует угловому сектору α±ε находится в диапазоне от 3 до 30^o, предпочтительно от 7 до 15^o.

Настоящее изобретение также относится к устройству для приведения в контакт текучих сред и твердых веществ, которое содержит камеру, содержащую внешнюю стенку, по меньшей мере, один трубопровод для введения и, по меньшей мере, один трубопровод для извлечения основной текучей среды, несколько трубопроводов для введения или извлечения дополнительных текучих сред, несколько расположенных на разных уровнях тарелок (P_n), при этом каждая тарелка (P_n) содержит одну или более панелей (РСЭ) для распределения-смешивания-извлечения дополнительных текучих сред и основной текучей среды и, по меньшей мере, одну систему распределения-сбора текучей среды, отличающееся тем, что:
система распределения-сбора расположена на периферии камеры,
система распределения-сбора соединена с, по меньшей мере, одной распределительной тарелкой (Р_n),
при этом система включает:
по меньшей мере, один трубопровод, который обеспечивает соединение между устройством и внешним пространством,
одну или более камер (N₁) уровня 1, которые обеспечивают разделение потока жидкости на два направления движения или объединение с двух направлений движения,
одну или более камер (N₂₀, N₂₁) уровня 2, при этом камеры уровня 2 обеспечивают разделение на два направления движения или объединение с двух направлений движения потока текучей среды, выходящего из камеры (N₁) уровня 1 или подаваемого в нее,
соединительные трубопроводы

), которые проходят между камерой (N₂₀, N₂₁) уровня 2 и, по меньшей мере, одной из панелей (РСЭ) тарелки (Р_n), при этом точки присоединения соединительных трубопроводов расположены в зоне (Z₂₀, Z₂₁), причем расположение этой зоны определяется углом α, измеряемым от одной из радиальных осей тарелки (Р_n), при этом каждый из соединительных трубопроводов для текучей среды имеет длину l_j, причем значения каждой из длин l_j, угла α и длины Z_r зоны выбираются таким образом, чтобы время прохождения текучих сред между панелью (РСЭ) тарелки (Р_n) и трубопроводом для введения или извлечения текучих сред было по существу одинаковым для всех текучих сред.

Угол α может находиться в диапазоне от 30 до 90^o, предпочтительно от 50 до 60^o, а длина Z_r, которая соответствует угловому сектору, находится в диапазоне от 3 до 30^o, предпочтительно от 7 до 15^o.

Согласно одному из вариантов устройство содержит, по меньшей мере, одну тарелку, содержащую, по меньшей мере, один РСЭ, который имеет следующие характеристики:
по меньшей мере, одно средство для сбора основной текучей среды,
по меньшей мере, два распределителя впуска и/или отвода, которые обеспечивают прохождение дополнительных текучих сред, и каждый из которых снабжен отверстиями, при этом распределители размещены один над другим,
по меньшей мере, две смесительные камеры, которые снабжены отверстиями, при этом камеры расположены по обеим сторонам, по меньшей мере, одного из распределителей и непосредственно сообщаются с их отверстиями,
средства для распределения текучей среды, которая поступает из смесительной камеры,
средства для разделения средств сбора и средств распределения.

Каждая тарелка (Р_n) может быть разделена на несколько панелей или РСЭ в соответствии с разделением по параллелям.

Тарелка может быть разделена на четыре сектора.

Верхний распределитель РСЭ осуществляет, например, сбор текучих сред, а нижний распределитель РСЭ осуществляет впуск текучих сред.

Верхний распределитель РСЭ может осуществлять впуск текучих сред, а нижний распределитель РСЭ может осуществлять сбор текучих сред.

Согласно другому варианту верхний и нижний распределители осуществляют впуск - сбор текучих сред.

Отверстия распределителя или распределителей впуска размещены таким образом, что струя текучей среды, которая проходит через отверстие, ударяется, по меньшей мере, о часть твердой стенки одного из элементов механической конструкции РСЭ.

Отверстия могут быть размещены с чередованием или неупорядоченно.

Отверстия распределителей впуска и/или отвода имеют, например, следующие параметры:
диаметр от 2 до 15 мм, предпочтительно в диапазоне от 4 до 7 мм,
шаг отверстий от 25 до 400 мм, предпочтительно от 50 до 200 мм,
скорость потока текучей среды от 3 до 20 м/с, предпочтительно от 5 до 15 м/с; при этом значение шага, соотносимое со значением скорости, обеспечивает хорошее смешивание дополнительной и основной текучих сред.

Отверстия смесительных камер имеют, например, следующие характеристики:
диаметр от 10 до 25 мм, предпочтительно от 5 до 50 мм,
шаг отверстий выбирается в интервале 50-200 мм, предпочтительно в интервале 25-400 мм,
скорость потока смеси от 1,0 до 2,0 м/с, предпочтительно от 0,5 до 3,5 м/с.

Настоящее изобретение также относится к способу выделения, по меньшей мере, одного соединения из смеси или ее составной части при помощи адсорбции.

Способ отличается тем, что основная текучая среда, из которой необходимо выделить некоторые соединения, приводится в контакт с адсорбентом, выбираемым в зависимости от его способности выделять эти соединения, а дополнительные текучие среды вводятся и/или извлекаются посредством одной или более систем распределения-сбора, которые имеют признаки, приведенные в пунктах Формулы изобретения 1-4 или посредством устройства, имеющего признаки, приведенные в пунктах 5-15.

Текучие среды можно группировать по назначению (впуск или отвод), по природе или по значению скорости потока.

Согласно изобретению система, устройство и способ могут быть использованы для разделения исходного материала при помощи хроматографии, применяемой для текучих сред в газообразном состоянии, жидком состоянии или сверхкритическом состоянии.

Они могут быть использованы для разделения параксилола в искусственно созданном подвижном слое.

Согласно изобретению устройство имеет, в частности, следующие преимущества:
благодаря хорошей симметрии распределения дополнительных текучих сред и основной текучей среды, осуществляемое смешивание улучшается по всей тарелке, что обеспечивает более однородный состав и создает общий пробковый режим для всего потока, циркулирующего в разделительном устройстве,
оптимизируется смешивание текучих сред внутри распределительных панелей и извлечение текучих сред из них, а также повторное перемешивание основной текучей среды при ее прохождении,
уменьшается разброс во времени впуска текучих сред в разные панели, которые составляют распределительную тарелку, или разброс во времени извлечения текучих сред из этих панелей.

Другие признаки и преимущества устройства согласно изобретению станут очевидны из приведенных в описании примеров, которые имеют иллюстративный характер, не ограничивают объем изобретения и сопровождаются чертежами, на которых:
на фиг.1 представлен пример общего вида системы распределения-сбора текучей среды согласно изобретению, которая соединена с распределительной тарелкой,
на фиг. 2А и 2В представлена схема тарелки и соединенной с ней системы распределения-сбора,
на фиг.3 показано сечение разделительной колонны, которая снабжена системой распределения-сбора на фиг.1,
на фиг. 4 показано сечение для специального примера распределительной панели,
на фиг.5А и 5В показаны сечение и вид сверху для примера размещения трубопроводов подачи текучей среды в панель,
на фиг. 6А, 6В и 6С показаны различные варианты системы распределения-сбора текучей среды.

На фиг. 1, 2А и 2В показан пример системы распределения-сбора текучей среды, которая соединена с тарелкой для распределения текучей среды, содержащей несколько панелей или РСЭ, назначением которых является смешивание, распределение или извлечение текучих сред.

Геометрия и гидравлические характеристики этой сети выбираются таким образом, чтобы получить наиболее симметричное распределение дополнительных текучих сред для группы панелей или распределителей впуска-сбора тарелки.

На фиг. 1 показаны две системы распределения-сбора, которые могут быть совмещены и которые соединены с тарелкой Р_n. Число соединенных с тарелкой Р_n систем распределения-сбора зависит, в частности, от геометрических размеров РСЭ, с которым эти системы соединены.

Тарелка обозначена как Р_n, где n представляет собой индекс тарелки, когда она размещена, например, в разделительной колонне, форма которой близка к цилиндрической, как показано на фиг.3. Тарелка имеет, например, форму диска и разделена на несколько РСЭ в соответствии с разделением по параллелям (тарелка меридианного типа), при этом ширина разных панелей может быть одинаковой.

Система распределения-сбора содержит, например:
кольцевую камеру N₁ уровня 1. Камера N₁ сообщается с внешним относительно колонны пространством, например, при помощи трубопровода 1, 2. Эти трубопроводы обеспечивают введение и/или извлечение текучих сред. Они могут иметь конкретное назначение, например, в случае, когда различные текучие среды группируются в соответствии с различными вариантами, некоторые из которых будут описаны ниже;
кольцевая камера N₁ с прямоугольным сечением, например, проходит внутри колонны по периферии слоя адсорбента и обеспечивает разделение циркулирующего потока текучих сред, в частности, на два направления движения или объединение с двух направлений движения;
кольцевую камеру N₂ уровня 2 с прямоугольным сечением, размещенную на периферии адсорбента. В частности, в соответствии с ее назначением (впуск, извлечение или впуск/отвод) она обеспечивает разделение потока текучей среды или объединение или, в другом случае, разделение на два направления движения и/или объединение с двух направлений движения. Она может быть расположена в соответствии с назначением системы распределения-сбора и в связи с требованиями к пространственной геометрии, например, выше (обозначена как N₂₁) или ниже (обозначена как N₂₀) камеры N₁.

Соединение J каждой из камер N₂₀, N₂₁ уровня 2 с камерой N₁ уровня 1 осуществляется, например, на середине периферии их длины.

Кольцевая камера уровня 2 содержит, например, на каждом из своих концов один или более трубопроводов

или , соединяющих ее с панелями тарелки, индекс j соответствует индексу панели, которая соединена с трубопроводами. Трубопровод или соединен с зоной Z₂₀, Z₂₁ соответствующей кольцевой камеры (N₂₀ или N₂₁).

Длина кольцевой камеры уровня 1 или N₁ равна, например, половине периметра соответствующей тарелки.

Длина кольцевой камеры уровня 2 или N₂ соответствует угловому сектору от 20 до 160^o, предпочтительно от 100 до 120^o.

Зона Z₂₀, Z₂₁ может определяться углом α, измеряемым от радиуса тарелки, например, радиуса, проходящего через точку соединения J, до центральной точки зоны. Длина Z_r зоны соответствует, например, угловому сектору, который определяется как α±ε, и ограничен углами α_min и α_max.

Значение угла α будет находиться, например, в диапазоне (10, 80^o), предпочтительно в диапазоне (40, 70^o).

Значение углового сектора будет выбираться в интервале (3, 30^o), предпочтительно в интервале (7, 15^o), что соответствует длине Z_r зон Z₂₀ и Z₂₁.

Чтобы получить наименьший разброс во времени распределения или извлечения текучих сред, необходимо обеспечить размещение трубопроводов, по возможности наиболее близкое к форме звезды. Точки присоединения трубопроводов группируются, например, по существу в одной точке зоны в наименьшем угловом секторе.

Расположение соединительных трубопроводов и выбор углового сектора обеспечивают, в частности, снижение чистого времени запаздывания и разброс по времени. Время запаздывания, таким образом, может быть снижено до 10 с.

Каждый трубопровод

для распределения и/или извлечения имеет диаметр d_j, длину l_j и точку присоединения r_j к камере уровня 2, расположенную, например, в соответствующей зоне Z₂₀, Z₂₁.

Различные параметры α, ε и l_j выбираются таким образом, чтобы текучие среды поступали приблизительно в одно и то же время во все панели, которые образуют тарелку или, при извлечении текучих сред, текучие среды достигали приблизительно в одно и то же время трубопроводов 1, 2.

Диаметр d_j трубопровода определяется исходя из скорости потока циркулирующей текучей среды, таким образом, чтобы обеспечить приблизительно одинаковую скорость циркуляции текучей среды в различных трубопроводах.

Соединительный трубопровод может быть соединен с одной или несколькими панелями РСЭ. В последнем случае он имеет ветви, идущие к расположенным на панели распределителям, предназначенным для распределения или сбора.

На фиг. 2А и 2В показана тарелка, которая содержит несколько РСЭ, при этом тарелка разделена на четыре сектора в соответствии с разделением по параллелям (тарелка меридианного типа). Число панелей в этом случае предпочтительно будет четным.

Для случая, когда РСЭ имеет один из признаков, показанных на фиг.4, а текучие среды группируются по назначению, на фиг.2А показан пример, в котором использована система распределения-сбора, которая обеспечивает впуск текучей среды в нижний распределитель 44 (фиг.4), а на фиг.2В показана система распределения-сбора, которая обеспечивает отвод текучей среды из верхнего распределителя 43 (фиг.4). Этот пример подробно рассмотрен в разделе "Случай группировки текучих сред по назначению", который приведен ниже.

В соответствии с данным конкретным вариантом соединительные трубопроводы

или обеспечивают соединение кольцевой камеры N₂₁, N₂₀ с панелью или РСЭ.

В примере, который приведен выше, для камер системы распределения-сбора показана кольцевая форма. Без выхода за пределы объема изобретения можно выполнить камеры N₁, N₂₀ и N₂₁, которые имеют другие формы, адаптированные к форме разделительной колонны, в которой размещена такая система.

Для лучшего понимания согласно изобретению системы распределения-сбора и преимуществ, которые она имеет, в качестве иллюстративного и не ограничивающего объем изобретения примера на фиг.3 приведена схема разделительной колонны, которая снабжена такой системой распределения-сбора.

Эта колонна представляет собой, например, колонну для разделения при помощи хроматографии в искусственно созданном подвижном слое. Текучими средами, которые называются "дополнительными", может быть исходный материал, полученный путем разделения экстракт или рафинат, или в другом случае десорбент, используемый для извлечения из слоев адсорбента компонентов, которые адсорбировались во время процесса разделения.

Колонна содержит камеру 30, которая может быть по существу цилиндрической и включает все элементы, которые обеспечивают разделение путем адсорбции. Можно также использовать несколько колонн, которые соединены друг с другом.

Колонна наполнена адсорбционным материалом, который имеет избирательность, выбираемую в соответствии с обрабатываемым исходным материалом. Адсорбционный материал распределен внутри колонны на несколько слоев с A₁ по A_n. Два соседних слоя адсорбента разделены, например, тарелкой Р_n для распределения текучей среды. Каждая распределительная тарелка содержит несколько панелей или РСЭ и соединена с системой распределения текучей среды, как показано на фиг.1 и 2.

Основная текучая среда отводится с нижнего торца колонны посредством линии 31 для рециркуляции через насос 32 и линию 33 в верхнем торце этой колонны, где она вводится в верхний слой A₁ адсорбента посредством линий 34.

В этом варианте колонна также содержит перепускную линию L_i,j между тарелками, принцип работы которой приведен в заявке на патент FR 97/16273, которая включена здесь в качестве ссылки. Такая конструкция обеспечивает, в частности, повышение чистоты продуктов, получаемых с использованием такого способа.

Для выделения параксилола из исходного ксилола используются, например, две колонны, каждая из которых содержит двенадцать слоев, при этом двадцать четыре слоя разделены, по меньшей мере, на четыре зоны, причем границы каждой зоны определяются впуском одной текучей среды из внешнего по отношению к колонне пространства (например, десорбента или исходного материала) и отводом другой текучей среды (например, экстракта или рафината). Например, пять слоев зарезервированы для зоны I, девять слоев - для зоны II, семь слоев - для зоны III и, наконец, три слоя - для зоны IV.

Панели тарелки Р_n могут быть соединены с внешним относительно колонны пространством посредством линий переноса дополнительной текучей среды (линия 36 впуска исходного материала, линия 37 впуска десорбента, линия 38 отвода экстракта и линия 39 отвода рафината, а также, возможно, линия впуска пятой текучей среды для промывки противотоком). Линии для промывки противотоком не показаны на фигуре по соображениям упрощения.

Каждая из этих линий снабжена клапаном последовательности, который обозначен символами

и , где индекс i соответствует тарелке P_i и f обозначает исходный материал, е - экстракт, s - десорбент и r - рафинат. Группа этих клапанов соединена со средствами последовательного переключения, которые обеспечивают периодическое перемещение каждой точки впуска дополнительной текучей среды или отвода дополнительной текучей среды из слоя в направлении циркуляции основной текучей среды, т. е. сверху вниз, чтобы создать режим работы в искусственно созданном подвижном слое.

Контур, который обеспечивает перепускание и получение состава текучей среды, по существу одинакового во всех точках тарелки, содержит перепускную линию L_i,j, которая соединяет два впускных или отводящих трубопровода, а также две тарелки. В соответствии с известным уровнем техники перепускная линия содержит отдельно или в комбинации, по меньшей мере, одно из следующих устройств, а именно: обратный клапан 40, расходомер 41, регулирующий клапан

, который может (но не обязательно) управляться расходомером. Насос, который может быть размещен на перепускной линии, возможно, не будет создавать достаточного перепада давления.

Клапан, которым снабжена перепускная линия, обозначается

, где индекс о соответствует перепускной функции, а индексы i, j соответствуют тарелкам, между которыми осуществляется перепускание.

В общем, искусственно созданный подвижный слой содержит, по меньшей мере, четыре хроматографические зоны, преимущественно четыре или пять, при этом каждая из этих зон состоит из, по меньшей мере, одной колонны или секции колонны. Группа этих колонн или секций колонн образует замкнутую цепь, при этом циркуляционный насос, расположенный между двумя секциями, регулирует скорость потока.

Различные линии могут быть соединены с предложенной выше системой распределения-сбора.

Без выхода за пределы объема данного изобретения может быть использована любая из сетей для распределения или извлечения дополнительных текучих сред, которые обычно применяются для разделительных колонн, использующих адсорбцию.

Камера может содержать центральную балку 35, которая по существу проходит по вертикальной оси камеры и которая, в частности, необходима для колонн большого диаметра.

В некоторых случаях применения, например, для текучих сред в паровой фазе, колонна может быть расположена приблизительно горизонтально.

Распределительная тарелка Р_n может быть разделена на несколько панелей или РСЭ в соответствии с разделением по параллелям (тарелка меридианного типа). Каждая из панелей имеет характеристики, приведенные ниже.

Тарелка Р_n, показанная на фиг.2А и 2В, разделена на четыре сектора, например, в соответствии с разделением по параллелям (тарелка меридианного типа) и содержит несколько панелей РСЭ, предпочтительно четное число на один сектор.

Параллельное разделение панелей на части с приблизительно одинаковой шириной обеспечивает распределение текучей среды по поверхности с, по существу, одинаковым отеканием для панелей.

На фиг. 4 подробно показан один из вариантов панелей или РСЭ, которые образуют тарелку.

Отдельная панель или РСЭ разделена контуром распределения-сбора, который образован совмещением двух коробов или распределителей прямоугольного сечения, например, на две приблизительно равные поверхности.

Панель содержит верхнюю решетку 40 и нижнюю решетку 41, расположение которых обеспечивает направление циркуляции основной текучей среды внутри разделительной колонны. Верхняя решетка 40 обеспечивает сбор основной текучей среды, в то время как нижняя решетка 41 обеспечивает перераспределение смеси, поступающей из смесительной камеры, по всей панели.

Между этими двумя решетками, например, относящимися к решеткам с прорезями, размещены различные элементы:
два дефлектора 42 a, 42b или перегородки, назначением которых, в частности, является разделение канала сбора и канала распределения, которые описаны ниже,
два распределителя 43, 44, которые обеспечивают прохождение дополнительных текучих сред; эти распределители размещены, например, один над другим. Верхний распределитель 43 может быть расположен выше дефлекторов, в то время как нижний контур 44 может находиться между двумя дефлекторами 42а, 42b и иметь такую высоту, что он проходит ниже дефлекторов.

Чтобы сделать возможным прохождение дополнительных текучих сред, эти распределители (контуры) 43 и 44 имеют, по меньшей мере, на одной из своих сторон одно или более отверстий, которые обозначаются соответственно 43_i и 44_i. На фиг.4 отверстия 43_i размещены на нижней стенке распределителя 43, а отверстия 44_i размещены на боковых стенках распределителя 44; отверстия 44_i расположены таким образом, что вводимые потоки текучих сред ударяются, например, о торец дефлекторов 42а, 42b.

Каждый распределитель имеет симметричное расположение отверстий соответственно на его нижней стороне или его боковых сторонах для верхнего распределителя и на аналогичных боковых сторонах для нижнего распределителя. Характеристики распределения и размера отверстий рассмотрены ниже:
В продолжение дефлекторов 42а и 42b размещены соответственно перфорированные пластины 45а и 45b (отверстия или прорези 45a_i, 45b_i). Эти пластины проходят, например, до боковых стенок распределителя 44. Отверстия 45a_i, 45b_i для выпуска смеси в пространство 49 перераспределения являются, например, калиброванными, чтобы обеспечивать перемешивание.

Пространство 46 для сбора основной текучей среды, которое ограничено верхней решеткой 40 (по причинам, обусловленным механическими свойствами конструкции, показанный на фигуре вариант, включает решетку, состоящую из трех частей, причем эти части соединены одна с другой посредством стенок 47а, 47b), верхом распределителя 43, боковыми стенками распределителя 43, дефлекторами 42а и 42b; это пространство обеспечивает стекание основной текучей среды в смесительные камеры.

Две смесительные камеры 48а, 48b расположены по обеим сторонам нижнего распределителя 44.

Предпочтительно камеры расположены, например, таким образом, что они непосредственно сообщаются с распределителем 43 или 44 или обоими распределителями через отверстия 43_i, 44_i, назначением которых является впуск одной или более текучих сред в смесительные камеры. Эти отверстия будут расположены, например, таким образом, чтобы обеспечивать наиболее однородный, равномерный или симметричный впуск текучей среды для всей смесительной камеры.

Смесительная камера 48а ограничена, например, частью стенки распределителя 43, боковой стенкой распределителя 44, дефлектором 42а и перфорированной пластиной 45а. Смесительная камера 48b ограничена таким же образом боковой стенкой распределителя 44, частью нижней стенки распределителя 43, дефлектором 42b и перфорированной пластиной 45b.

Основная текучая среда, которая собирается решеткой 40, проходит от пространства сбора в смесительные камеры 48а, 48b соответственно в виде тонкой плоской струи через прорезь, которая образована между верхним распределителем и одним из дефлекторов.

Пространство 49 для распределения смеси или сбора текучей среды, которая должна быть отведена, причем это пространство ограничено нижней решеткой 41, нижней стенкой нижнего распределителя 44, в том случае, когда последний не расположен на том же уровне, что и решетка 41, и смесительными камерами 48a, 48b, а также двумя дефлекторами 42a, 42b.

Благодаря такому размещению отверстий, смесительных камер и распределителей, предназначенных для распределения и/или сбора, полученная в пространстве перераспределения смесь имеет состав, однородность которого улучшена по сравнению с показателями для устройств, соответствующих известному уровню техники.

Распределители или контуры, которые предназначены для прохождения дополнительных текучих сред, имеют, так же как и две смесительные камеры, например, удлиненную прямоугольную форму.

Согласно одному из вариантов между нижним торцом стенки 47а, 47b и соответствующим дефлектором 42а, 42b можно разместить средства, которые обеспечивают создание серии калиброванных отверстий или прорезей для впуска основной текучей среды в смесительные камеры в виде нескольких струй.

Расположение различных отверстий 43_i, 44_i в распределителях 43, 44 и смесительной камере выбирается таким образом, чтобы при работе на впуск вводимые текучие среды ударялись, по меньшей мере, о часть твердой стенки одного из элементов РСЭ.

Например, когда распределитель 43 осуществляет отвод, а распределитель 44 осуществляет впуск, форма и размеры отверстий 43_i и 44_i, относящихся к распределителям, а также их расположение на разных стенках будут выбираться, например, из диапазонов следующих значений:
диаметр от 2 до 15 мм, предпочтительно в диапазоне от 4 до 7 мм,
шаг отверстий от 25 до 400 мм, предпочтительно от 50 до 200 мм,
скорость потока текучих сред от 3 до 20 м/с, предпочтительно от 5 до 15 м/с, при этом эта скорость обеспечивает подачу текучей среды во все отверстия наиболее равномерным образом; при этом значение шага, соотносимое со значением скорости, обеспечивает хорошее смешивание дополнительной и основной текучих сред.

Критерии, на которых основан выбор значений скорости потока и шага отверстий, не зависят от формы отверстий.

В качестве дополнительного признака ось отверстий 44_i расположена таким образом, чтобы обеспечивать возможность вводимой жидкости ударяться о часть твердой стенки одного из элементов механической конструкции РСЭ.

Конфигурация и критерии выбора размеров для сети отвода приблизительно идентичны конфигурации и критериям для сети впуска. Различие может относиться к отверстиям распределителя отвода. Диаметр отверстий отвода будет выбираться таким образом, чтобы получить шаг между отверстиями, равный удвоенному шагу между отверстиями для распределителя впуска, и их размещение с чередованием, например, неупорядоченным.

Выпускные отверстия 45a_i, 45b_i смесительной камеры, или отверстия для прохождения смеси, будут иметь следующие характеристики:
диаметр от 5 до 50 мм, предпочтительно от 10 до 25 мм,
шаг отверстий, выбираемый из интервала от 25 до 400 мм, предпочтительно в интервале от 50 до 200 мм,
скорость потока смеси от 0,5 до 3,5 м/с, предпочтительно от 1,0 до 2,0 м/с.

В связи с описанным размещением распределителей, соединительные трубопроводы

соединены с распределителями 44 для впуска одним трубопроводом 50, а соединительные трубопроводы , например, разделены в распределителе 43 для извлечения (фиг.5А) на два трубопровода 51₁ и 51₂, которые соединены в трубопровод 51.

Трубопроводы 51₁ и 51₂ расположены по обеим сторонам трубопровода 50. Эти трубопроводы расположены таким образом, чтобы распределители 43, 44 обеспечивали наиболее симметричный впуск или извлечение.

В зависимости от группировки текучих сред, распределители 43 и 44 могут обеспечивать выполнение различных функций: функции распределения, функции извлечения или в другом случае обеих функций.

Согласно одному из вариантов, РСЭ или панель может также быть разделена на несколько систем впуска-сбора и, таким образом, содержать несколько систем совмещенных распределителей. В этом случае трубопроводы 50, 51 разделены таким образом, чтобы они имели размещение относительно верхнего и нижнего распределителей, по существу идентичное приведенному на фиг.5А и 5В.

Случай группировки текучих сред по назначению:
Впуск (фиг.1 и 2А)
Четыре трубопровода

с j, изменяющимся от 1 до 4, обеспечивают впуск текучей среды в четыре РСЭ, расположенных в секторе размером в четвертую часть тарелки.

Исходный материал и/или десорбент вводятся через трубопровод 1 в кольцевую камеру N₁. Введенный поток делится на два потока, которые проходят по маршрутам I₁ и I₂, каждый из которых соответствует приблизительно половине полуокружности тарелки. Каждый поток затем проходит в кольцевую камеру N₂₀, в которой он делится на два потока F₁^' и F₁^''. Затем каждый поток распределяется через соединительные трубопроводы

, которые сгруппированы в зоне Z₂₀, и трубопровод 50, соединенный с этими соединительными трубопроводами, в нижний распределитель 44 каждого из РСЭ.

Поступающие из отверстий 44_i потоки будут ударяться о торец дефлекторов 42а, 42b и смешиваться с объемом основной текучей среды.

Извлечение (фиг.1 и 2В)
Четыре трубопровода

обеспечивают извлечение текучей среды из четырех панелей или РСЭ.

Экстракт и рафинат отводятся из расположенного на панели распределителя, например, верхнего распределителя 43, и двух спускающихся в распределитель трубопроводов 51₁ и 51₂ в трубопровод 51. Затем они проходят через соединительные трубопроводы

, которые соединены с зоной Z₂₁ камеры N₂₁. Два потока текучей среды, которые собираются в зонах, расположенных на двух концах кольцевой камеры N₂₁, объединяются перед прохождением в кольцевую камеру N₁, соединенную с трубопроводом 2, который выводит все потоки, поступившие из четырех секторов тарелки.

Случай группировки текучих сред по природе:
Текучими средами, которые считаются характеризующими прохождение процесса, являются десорбент и экстракт, а так называемыми "неочищенными" текучими средами являются рафинат и исходный материал.

В этом случае распределители 43 и 44 обеспечивают как распределение, так и извлечение.

Случай группировки по скорости потока:
Текучими средами, которые имеют, например, низкую скорость потока, будут исходный материал и экстракт, а текучими средами с высокой скоростью потока будут десорбент и рафинат.

В этом случае распределители 43 и 44 осуществляют как распределение, так и извлечение.

В двух последних примерах группировки, вводимые через отверстия 43_i и 44_i текучие среды будут ударяться об участок твердых стенок, соответственно стенки 45 и стенок дефлекторов 42а и 42b. Эти текучие среды проходят через систему распределения-сбора, соединенную с панелью, а текучие среды, которые должны быть извлечены, перед подачей через соединительные трубопроводы в кольцевые камеры, собираются в распределителях 43 или 44.

Отверстия или проход для текучих сред могут относиться по геометрии к любому типу, такому как одна прорезь, несколько прорезей или в другом случае несколько отверстий.

Маршруты впуска и извлечения идентичны маршрутам, которые описаны для схемы группировки по назначению.

Пространство для сбора основной текучей среды предпочтительно имеет форму, которая приспособлена для снижения до минимума остающихся объемов и турбулентности текучей среды. Оно имеет высоту, например, от 3 до 25 мм, предпочтительно от 7 до 15 мм, и форму, близкую к прямоугольной или конической. Оно может иметь характеристики, которые приведены в вышеупомянутом патенте US 5755960, принадлежащем заявителю настоящего изобретения.

Параметры пространства для распределения смеси перед решеткой будут определяться, например, с учетом физических характеристик основной текучей среды.

Объем смесительной камеры будет предпочтительно приспособлен для снижения до минимума остающихся объемов текучей среды. Ее размеры могут выбираться из тех, которые приведены в одном из патентов US 5792346 и US 5755960.

Внутрь смесительной камеры могут быть добавлены любые средства, увеличивающие турбулентность текучей среды. Эти средства могут быть выполнены в виде препятствий, перегородок или любых других средств, предназначенных для увеличения эффективности смешивания. Объем этой камеры будет выбираться достаточно небольшим для снижения до минимума влияния явления повторного перемешивания.

Параметры РСЭ и системы распределения-сбора, приведенные выше в качестве примера для разделительной колонны с формой, близкой к цилиндрической, могут применяться, без выхода за пределы объема данного изобретения, к разделительной колонне, которая имеет практически любую форму, при этом система распределения-сбора будет иметь форму, адаптированную к форме колонны.

Подобным же образом, тарелка может быть разделена на несколько РСЭ в соответствии с разделением, отличным от разделения по параллелям, например, с разделением на секторы круга.

Без выхода за пределы объема данного изобретения описанные выше РСЭ и система распределения-сбора могут быть также использованы в разделительных устройствах, которые могут включать или не включать центральную поддерживающую балку и имеют диаметр, который изменяется, например, в диапазоне от 3 до 10 м.

Они также могут использоваться для разделительных колонн, которые имеют диаметр 5 м и меньше и которые не содержат центральной опорной балки.

Реферат

Изобретение относится к химической промышленности и касается системы распределения-сбора текучей среды для устройства, предназначенного для приведения в контакт текучих сред и твердых веществ, при этом устройство содержит камеру, по меньшей мере, один трубопровод для введения основной текучей среды и, по меньшей мере, один трубопровод для отвода основной текучей среды и несколько распределительных тарелок, при этом каждая из распределительных тарелок содержит несколько панелей для смешивания, распределения или извлечения текучих сред (РСЭ). Система включает, по меньшей мере, один трубопровод, который обеспечивает соединение между устройством и внешним пространством, по меньшей мере, одну камеру, которая соединена с трубопроводом или трубопроводами, один или более соединительных трубопроводов, которые соединяют камеру и, по меньшей мере, один РСЭ тарелки, каждый из соединительных трубопроводов имеет длину, выбираемую так, чтобы время прохождения текучих сред между панелью (РСЭ) и трубопроводом или трубопроводами было по существу одинаковым для всех текучих сред. Данная система поддерживает однородность пробкового потока. 3 с. и 21 з.п.ф-лы, 10 ил.

Формула