CN101363147B - 回收微量丙酮的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
回收微量丙酮的装置，包括：水吸收塔，含微量丙酮的气体从其底部进入，贫气体从其顶部出来，喷淋水从其上部进入，稀丙酮水从其底部流出；丙酮蒸馏塔，稀丙酮水经预热后从其中部偏下位置处进入，蒸汽从底部进入，丙酮气体从顶部出来后进入塔顶冷凝器；其中，稀丙酮水通过从丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液预热。及回收微量丙酮的方法。具有节约能源、运行平稳等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种回收空气中微量丙酮的装置及回收微量丙酮的方法，特别是用于烟用醋酸纤维丝束生产过程中的回收微量丙酮的装置及方法。
背景技术
在烟用醋酸纤维丝束生产过程中，丙酮作为溶剂用来溶解二醋酸纤维素醋片，经纺丝和干燥后，挥发出来的丙酮蒸汽与空气混合形成含有微量丙酮的混合气，需通过丙酮回收单元对丙酮进行回收、净化。由于烟用醋酸纤维丝束生产过程中丙酮空气混合气中所含丙酮的浓度低，只有1.72％或17150ppm左右，其他的回收或净化方法工业化难度较大，目前多采用固定床活性碳吸附法进行回收，通过蒸汽解析、冷凝为稀丙酮水后，再通过蒸馏得到浓度约为99％的丙酮供生产循环使用。但固定床吸附法回收丙酮的缺点之一是能耗大，热能利用率低，约有1/3的解析蒸汽热能利用率仅达5％；之二是生产过程中汽、气流动和量均不连续，过程需频繁切换，不但使锅炉的负荷不断产生波动，而且自控系统投资及维护成本较高；之三是物料输送和吸收工序均以气态方式运行，存在爆炸危险。
发明内容
本发明要解决的问题之一是提供一种用于烟用醋酸纤维丝束生产中的回收微量丙酮的装置。
本发明要解决的另一问题是提供一种用于烟用醋酸纤维丝束生产过程的回收微量丙酮的方法。
为实现本发明的目的之一，本发明提供的技术方案为：回收微量丙酮的装置，包括：水吸收塔，含微量丙酮的气体从其底部 进入，贫气体从其顶部出来，喷淋水从其上部进入，稀丙酮水从其底部排出；丙酮蒸馏塔，稀丙酮水经预热后从其中部偏下位置处进入，蒸汽从底部进入，高纯丙酮气体从顶部排出后进入塔顶冷凝器；换热器，从丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液与来自稀丙酮储槽的稀丙酮水进行逆流换热，以对稀丙酮水进行预热。
较好的方案是丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液与所述稀丙酮水逆流换热后，一部分经循环水冷却后作为水吸收塔喷淋水循环使用，另一部分排放。
更好的方案是作为喷淋水循环使用的塔釜液与排放的塔釜液的重量比为62.76∶1。
再好的方案是水吸收塔为包含15-20层塔板的浮阀塔。
为解决本发明的另一目的，本发明提供的技术方案为：回收空气中微量丙酮的方法，包括以下过程：
A、水吸收
含微量丙酮的气体从底部进入水吸收塔，喷淋水从顶部进入水吸收塔，溶解了气体中丙酮的稀丙酮水从水吸收塔底部流出，贫气体从其顶部排放；
B、蒸馏
稀丙酮水先与从丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液在换热器中进行逆流换热，从而被从丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液预热，然后从中部偏下位置处进入丙酮蒸馏塔，丙酮气体从蒸馏塔顶部出来后经蒸馏塔塔顶冷凝器冷凝得到原料丙酮液。
较好的方案是蒸馏塔底部的塔釜液先经换热器与稀丙酮水逆流换热后，一部分经循环水冷却作为水吸收塔喷淋水循环使用，另一部分排放。
更好的方案是水吸收塔的液气摩尔比为3.5-4，进入水吸收塔的含微量丙酮的气体温度控制在30-40℃，进入水吸收塔的喷淋水的温度控制在30℃左右。籍此，丙酮回收率可达99.6％。
再好的方案是稀丙酮水在进入丙酮蒸馏塔前先经丙酮蒸馏塔的塔釜液逆流加热至97℃左右。
上述回收微量丙酮的装置及方法具有如下优点：一、工艺过程简单、连续、稳定，可彻底解决由于蒸汽频繁开关对锅炉负荷造成的波动影响，保证锅炉、汽机工作的稳定，减少设备的检修频次，延长设备的使用寿命。二、通过丙酮蒸馏塔下部排出的高温塔釜液对吸收塔底部排出的稀丙酮水进行加热，可实现热能的大部分回收，有效降低装置的能耗，与现在所用的活性炭吸附法相比，其综合能耗同比可降低45％左右。三、丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液与稀丙酮水热交换后，其大部分经冷却后作为水吸收塔的喷淋水循环使用，可有效节约循环水的使用量，节约水资源。四、吸收工序后的物料输送工序均是液体，运行过程的安全可靠性大大提高。
附图说明
图1是回收微量丙酮的装置的工艺流程示意图。
以下结合附图和具体实施方式对本发明予以详细说明。
具体实施方式
回收微量丙酮的装置包括：水吸收塔、换热器、蒸馏塔、冷凝器、稀丙酮储槽，各设备之间通过工艺管线相连。与现有技术中的化工装置一样，在回收微量丙酮的各设备的出、入口及各工艺管线上还依需要设有阀门、仪表、泵等。
含微量丙酮的气体经混合气管线从水吸收塔的底部进入水吸收塔，与从水吸收塔顶部进入的喷淋水逆流相遇，丙酮被喷淋水吸收后，从水吸收塔底部经稀丙酮管线流出，进入稀丙酮储槽，被吸收丙酮后的贫气体从水吸收塔顶部经贫气体管线排出。
本发明中水吸收塔的液气摩尔比LM/GM为喷淋水与进入水吸收塔的混合气的摩尔流量比，其中，LM为吸收剂流量，kmol/(m·2s)；GM为载气流量，kmol/(m2·s)。本发明水吸收塔工作时的液气比LM/GM可以在3.5-4(M)间。优选3.77M，相当于体积流量比为2.7/1000。
进入水吸收塔的含微量丙酮的气体温度可控制在30℃-40℃间。贫气中的丙酮浓度40ppm，温度约为29.3℃。
稀丙酮水从稀丙酮储槽出来后，先由泵打入换热器，经与丙酮蒸馏塔的塔釜液逆流换热后，从丙酮蒸馏塔的进料段进入丙酮蒸馏塔。丙酮蒸馏塔的进料段可以设在丙酮蒸馏塔的中部偏下位置处。丙酮蒸馏塔用的蒸汽从底部进入，蒸汽可以用180℃左右的蒸汽。蒸馏后获得的丙酮气体基本为纯丙酮气体，从顶部出来后进入塔顶冷凝器，经冷凝可得到浓度为99.79％的丙酮溶液，一部分作为原料丙酮供生产系统使用，另一部供丙酮蒸馏塔自回流用。塔顶冷凝器的回流比可以为1∶1。蒸馏塔底部的塔釜液排出时温度可以控制在100-110℃间。塔釜液与稀丙酮水逆流换热后，温度可降至40℃左右，其中一部分经循环水冷却至30℃左右作为水吸收塔喷淋水循环使用，另一部分排放。通过塔釜液与稀丙酮水之间的热交换，可将蒸馏塔所用蒸汽的大部分热能回收利用，有效降低能耗，节省系统的运行成本。
本发明中，作为喷淋水使用的塔釜液与排放的塔釜液的重量比可以达到62.76∶1，不但可节约工业水的用量，有效减少废水的排放，而且可减少因废水排放而造成的热能损失。
本发明回收微量丙酮所使用的水吸收塔可以选择结构简单、制造容易、检修方便、生产能力和操作弹性大、塔板效率高浮阀塔，塔板数可以为15-20层。
丙酮蒸馏塔的塔顶温度约为50℃-60℃。
实施例一
参见图1，含微量丙酮的气体经混合气管线11从水吸收塔1的底部进入水吸收塔1，与从水吸收塔1顶部进入的喷淋水逆流相遇，丙酮被喷淋水吸收后，从水吸收塔1底部经稀丙酮管线12流出，进入稀丙酮储槽2；混合气中的丙酮被吸收后，贫气体从水吸收塔1顶部经贫气体管线13排出。
从稀丙酮储槽2出来稀丙酮水，先由泵3打入换热器4，经与丙酮蒸馏塔5的塔釜液逆流换热后，从丙酮蒸馏塔5的进料段进入丙酮蒸馏塔5。蒸馏后获得的丙酮气体基本为纯丙酮气体，从顶部出来后进入塔顶冷凝器6，经冷凝可得到浓度为99.79％的丙酮溶液，一部分作为原料丙酮供生产系统使用，另一部作为丙酮蒸馏塔5的自回流。
上述过程的主要工艺参数见下表：
| 水吸收塔液气比(LM/GM) | 3.77 |
| 进入水吸收塔的混合气温度、流量 | 35℃、244930m3/hr |
| 贫气中的丙酮浓度 | □40ppm |
| 贫气温度、流量 | 29.3℃、244930m3/hr |
| 水吸收塔排出的稀丙酮水的温度、流 | 34℃、674187kg/hr |
| 丙酮蒸馏塔的塔釜液的温度、流量 | 104℃、671500kg/hr |
| 喷淋水温度、流量 | 30℃、660800kg/hr |
| 排放水温度、流量 | 40.76℃、10700kg/hr |
| 稀丙酮水经塔釜液预热后温度 | 97℃ |
| 塔釜液与稀丙酮水热交换后温度 | 40.76℃ |
| 丙酮蒸馏塔蒸汽温度、流量 | 180℃、10774.47kg/hr |
| 丙酮蒸馏塔塔顶丙酮气体温度、流量 | 57℃、9700kg/hr |
| 丙酮蒸馏塔塔顶压力 | -20mmH2O |
| 蒸馏塔冷凝器回流比 | 1∶1 |
| 冷凝后丙酮液温度 | 35℃ |
本实施例中水吸收塔为18层塔板的浮阀塔。
水吸收法回收微量丙酮的特点是用水量相当大，因此丙酮水蒸馏回收丙酮时需耗费大量的热能，本发明通过丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液对水吸收塔排出的稀丙酮水进行加热，最大限度地回收了热能，有效降低了热能的消耗。本发明回收微量丙酮的方法与活性炭吸附床回收方法相比，同等规模下其综合能耗同比可降低45％左右。
本发明回收微量丙酮的装置设备较庞大且过程介质为稀丙酮水，有腐蚀性，所以所用设备最好选择不锈钢。本发明利用工艺水在丙酮吸收塔内吸收空气中的微量丙酮，吸收后的稀薄丙酮水经与蒸馏塔下部排出的高温塔釜液换热后送往蒸馏塔，蒸馏塔的塔釜液经换热后作为水吸收塔的吸收液循环使用。
本发明中的换热器及冷凝器等可根据所选择的工艺参数按现有技术中的换热器及冷凝器进行设计制造。
基于本发明精神或主要特征的具体形式并不仅限于上述实施例，还可有多种组合或变化，因此，本发明的上述实施例都只能认为是对本发明的说明而不是限制，在与本发明权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
Claims (8)
1.回收微量丙酮的装置，其特征在于包括：
水吸收塔，含微量丙酮的气体从其底部进入，贫气体从其顶部排放，喷淋水从其上部进入，稀丙酮水从其底部流出；
丙酮蒸馏塔，所述稀丙酮水经预热后从其中部偏下位置处进入，蒸汽从底部进入，丙酮气体从顶部出来后进入塔顶冷凝器；
换热器，从所述丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液与所述稀丙酮水进行逆流换热，以对所述稀丙酮水进行预热。
2.根据权利要求1所述回收微量丙酮的装置，其特征在于：
所述丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液与所述稀丙酮水逆流换热后，一部分经循环水冷却后作为喷淋水循环使用，另一部分排放。
3.根据权利要求2所述回收微量丙酮的装置，其特征在于：
所述作为喷淋水使用的塔釜液与排放的塔釜液的重量比为62.76∶1。
4.根据权利要求1所述回收微量丙酮的装置，其特征在于：
所述水吸收塔为包含15-20层塔板的浮阀塔。
5.回收微量丙酮的方法，其特征在于包括以下过程：
A、水吸收
含微量丙酮的气体从底部进入水吸收塔，喷淋水从顶部进入水吸收塔，溶解了气体中微量丙酮的稀丙酮水从水吸收塔底部流出，贫气体从水吸收塔顶部排出；
B、蒸馏
稀丙酮水先与从所述丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液在换热器中进行逆流换热，从而被从丙酮蒸馏塔底部排出的塔釜液预热，然后从中部偏下位置处进入丙酮蒸馏塔，丙酮气体从丙酮蒸馏塔顶部排出后经丙酮蒸馏塔塔顶冷凝器冷凝得到丙酮液。
6.根据权利要求5所述回收微量丙酮的方法，其特征在于：
所述丙酮蒸馏塔底部的塔釜液先经换热器与所述稀丙酮水逆流换热后，一部分经循环水冷却作为喷淋水循环使用，另一部分排放。
7.根据权利要求5所述回收微量丙酮的方法，其特征在于：
水吸收塔工作时的液气比为3.5-4(M)，进入水吸收塔的含微量丙酮的气体温度控制在30-40℃，进入水吸收塔的喷淋水的温度控制在30℃左右。
8.根据权利要求5所述回收微量丙酮的方法，其特征在于：
稀丙酮水在进入丙酮蒸馏塔前先经丙酮蒸馏塔的塔釜液逆流加热至97℃左右。
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