Ректификация

Высокоэффективная ректификация

Одна из первых статей, посвящённых высокоэффективной ротационной ректификации (ВЭРР, ERDB — Efficient Rotating Distillation Bed), была опубликована в 1939 году, поэтому назвать эту технологию новой нельзя. Беверидж Дж. Мэйр
и Чарльз Б. Уиллингем в статье «Эффективность вращающейся дистилляционной колонны» (1) описали процесс разделения смеси метилциклогексан / Н-гептан на вертикальной колонне
с вращающимися тарелками, которая ранее была использована в другом исследовании в 1936 году. Исследование 1939 года
показало высокую эффективность ВЭРР с точки зрения получения большого числа теоретических тарелок в компактном корпусе.

ОДНАКО ВОЗМОЖНОСТИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ В ПЕРВОЙ ПО ЛОВИНЕ XX ВЕКА НЕ ПОЗВОЛЯЛИ ЭФФЕКТИВНО МАСШТАБИРОВАТЬ ДАННУЮ ТЕХНОЛОГИЮ
ДО ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК.

Схема основного узла ВЭРР:

1. Вращающийся ротор
2. Перегородка ротора
3. Вход паровой фазы
4. Неподвижная перегородка
5. Неподвижный диск
6. Выход паровой фазы
7. Подача флегмы
8. Подача разделяемой смеси
9. Корпус ротора
10. Отвод жидкости
11. Вал ротора

К активным исследованиям ВЭРР вернулись в 1990-х годах. Исследовалась как сама технология ВЭРР, так и эффективность различных типов ротора. Был изучен тип пото- ка жидкой фазы по ротору в зависимости от скорости вращения. Было показано, что при увеличении скорости вращения увеличивается поверхность смачивания ротора за счёт изменения типа течения жидкости «ручейки — капли — тонкая плёнка» (2).
Была изучена зависимость высоты теоретической тарелки (ВЭТТ, HETP) и величины перепада давления от скорости вращения ротора. Увеличение скорости ротора приводило к уменьшению ВЭТТ, то есть число ступеней разделения увеличивалось. Перепад давления (гидравлическое сопротивление) рос пропорционально увеличению скорости ротора. ВЭТТ в установке ротационной ректификации оказалась меньше в 8–10 раз в сравнении со стандартной насадочной ректификационной колонной (3).
Был показан более высокий коэффициент массообмена со стороны жидкости в (3–7 раз выше) в сравнении со стандартными колоннами. Коэффициент массообмена со стороны газа не превышает показателей колонной ректификации (4).
Изучено влияние флегмового числа и подачи разделяемой смеси на ВЭТТ. Рост указанных показателей приводит к уменьшению ВЭТТ, однако важен подбор оптимальных значений для эффективной работы установки (5).
Изучена эффективность различных конструкций ротора. Среди классических видов насадки для ректификации лучшую эффективность показала плетёная сетка из нержавеющей стали. Проприетарные конструкции роторов показали свою эффективность, но требуют дальнейшего исследования (6).
В данный момент технология ВЭРР набирает широкое распространение в регенерации и очистке растворителей, таких как метанол, этанол, изопропанол, ацетон, ацетонитрил, тетрагидрофуран, дихлорметан, этилацетат, толуол и других, которые активно используются в химической и фармацевтической промышленности.
Так как принцип работы ВЭРР не отличается от классической ректификации, то на данных установках возможно проводить процессы азеотропной ректификации.

Схема движения потоков в многоуровневом модуле ВЭРР:

1. Вход паровой фазы
2. Выход паровой фазы
3. Возврат флегмы
4. Отвод жидкости
5. Подача разделяемой смеси

Компания КВТ ИНЖИНИРИНГ представляет на российском рынке установки ВЭРР от своего надёжного китайского партнёра — компании AGT (Zhejiang Yaguang Technology co. Ltd).

ПРЕИМУЩЕСТВА УСТАНОВОК ВЭРР ОТ AGT:
Высокая разделяющая способность.
Небольшой размер
и более низкая стоимость
в сравнении с классическими ректификационными колоннами.
Благодаря высокой разделяющей способности, небольшому размеру, блочной конструкции и относительно низкой стоимости установка ВЭРР может быть размещена
в непосредственной близости к технологическому процессу.

В линейке поставляемого оборудования есть как пилотные (от 5–100 кг / ч), так и промышленные установки (до 3000 кг / ч). Установки  ВЭРР  от  AGT  выполняются в виде блока на собственной раме, что значительно сокращает время монтажа на площадке.
Для производства безводных этанола, изопропанола и ацетонитрила возможно изготовление и поставка установки ВЭРР в комплекте с модулем первопорации.

Компания «КВТ Инжиниринг» оказывает услуги по подбору установки ВЭРР, монтажу установки (с подготовкой рабочей документации и прохождению экспертизы промышленной безопасности), проведению пуско-наладочных работ, гарантийному и постгарантийному обслуживанию.


 Схема установки ВЭРР

Установка ВЭРР DN550

Практически все установки ВЭРР по количеству ЛВЖ в технологическом процессе и объему кубо- вой ёмкости (ребойлера) попадают минимум под
4 категорию ОПО (опасного производственного объекта). Для соблюдения требований российского законодательства компания «КВТ Инжиниринг» оказывает услуги по замене средств измерений, подтвержде- нию соответствия узлов установки требованиям ТР ТС 032 и ТР ТС 012.
При подготовке рабочей документации прово- дится расчёт категории взрывоопасности технологического блока. В зависимости от полученной категории блока компания «КВТ Инжиниринг» оказывает услуги по разработке системы мониторинга и контроля критических параметров или полноценной системы ПАЗ (противоаварийной защиты).

Установка ВЭРР DN1300

Установка ВЭРР DN300

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Beveridge J. Mair, Charles B. Willingham. Efficiency of a Rotary Distillation Column. Part of Journal
of Research of the National Bureau of Standards. Vol. 22, 1939.
J. R. BURNS, C. RAMSHAW. Process intensification: Visual study of liquid maldistribution in rotating packed beds. Chemical Engineering Science. Vol. 51, No. 8, pp. 1347–1352, 1996.
CHIA-CHANG LIN, TSUNG-JEN HO, WEN-TZONG LIU.
Distillation in a Rotating Packed Bed. Journal
of Chemical Engineering of Japan. Vol. 35, No. 12,
pp. 1298–1304, 2002.

D. P. Rao, A. Bhowal, P. S. Goswami. Process Intensification in Rotating Packed Beds (HIGEE):
An Appraisal. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 1150–1162.
LI Xiuping, LIU Youzhi, LI Zhiqiang, WANG Xiaoli. Continuous Distillation Experiment with Rotating Packed Bed. Chinese Journal of Chemical Engineering, 16 (4) 656–662 (2008).
Hina Qammar, Konrad Gładyszewski, Andrzej Gorak, Mirko Skiborowski. Towards the development of Advanced Packing Design for Distillation in Rotating Packed Beds. Chem. Ing. Tech. 91, No. 11, 1–12, 2019.