CN101491739A - 蒸馏系统以及蒸馏方法 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种蒸馏系统以及蒸馏方法。该蒸馏系统包括：发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、吸收剂结晶器以及蒸馏塔。吸收器的换热器与发生器的换热器相连接，形成热循环回路，用于将吸收器中产生的热量输送至发生器中；吸收剂结晶器的吸收溶液入口连接于吸收器的吸收溶液出口，吸收剂结晶器的吸收溶液出口连接于发生器的吸收溶液入口，吸收剂结晶器的结晶输出口连接于吸收器的吸收溶液入口；蒸馏塔的塔顶馏出物管线连接于蒸发器的换热器，形成塔顶馏出物循环回路，塔底液管线连接于冷凝器的换热器，形成塔底液循环回路。采用上述蒸馏系统不需要专门的驱动热源即可进行物料的蒸馏分离，从而显著提高能量效率。

Description

蒸馏系统以及蒸馏方法
技术领域
本发明涉及一种热能工程领域的蒸馏技术，特别涉及一种在无外部驱动热源条件下进行蒸馏的蒸馏系统以及蒸馏方法。
背景技术
请参阅图1所示，是现有的蒸馏系统的流程图。其由蒸馏塔300、冷却器310、物料循环储罐320以及再沸器330组成。该蒸馏塔300用于将物料中的组分进行分离，蒸馏塔的塔顶设有冷却器310，低沸点组分从蒸馏塔顶输出后在冷却器310中冷却，进入物料回流储罐320，一部分物料输出，一部分物料回流至蒸馏塔300内。蒸馏塔300的塔底输出高沸点组分，一部分物料输出，一部分物料经再沸器330加热后输送到蒸馏塔中，继续进行蒸馏。
上述的现有的蒸馏系统，其需要有热源提供给再沸器330用于使蒸馏塔的塔底物料温度升高，而需要有冷源提供给蒸馏塔塔顶的冷却器310用于使物料降温。该蒸馏系统的冷却器310是向外界输出热量，但该热量并无法被再沸器所利用，因为再沸器需要的温度显著高于冷却器输出的温度。所以，现有的蒸馏系统的能量效率较低。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有的蒸馏系统存在的问题，而提供一种新的蒸馏系统以及蒸馏方法，所要解决的技术问题是使其能够在无外部驱动热源的条件下进行物料的蒸馏过程，从而显著提高蒸馏系统的能量效率，更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种蒸馏系统，其包括：发生器，其内设有换热器，用于浓缩吸收溶液并产生蒸气；冷凝器，其内设有换热器；蒸发器，其内设有换热器；吸收器，其内设有换热器，该吸收器的换热器与发生器的换热器相连接，形成热循环回路，用于将吸收器中产生的热量输送至发生器中；吸收剂结晶器，具有吸收溶液入口、吸收溶液出口和结晶输出口，该吸收剂结晶器的吸收溶液入口连接于吸收器的吸收溶液出口，该吸收剂结晶器的吸收溶液出口连接于发生器的吸收溶液入口，该吸收剂结晶器的结晶输出口连接于吸收器的吸收溶液入口；以及蒸馏塔，其设有塔顶馏出物管线连接于蒸发器的换热器，形成塔顶馏出物循环回路，还设有塔底液管线连接于冷凝器的换热器，形成塔底液循环回路。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的蒸馏系统，其中所述的热循环回路上设有外部热源加热装置，用于补偿由于散热损失等引起的发生器热量的不足部分。
优选的，前述的蒸馏系统，还包括一混合器，用于将来自吸收剂结晶器的结晶输出口输出的含结晶溶液和来自发生器的吸收溶液进行混合，该混合器的吸收溶液输出口连接于吸收器的吸收溶液入口。
优选的，前述的蒸馏系统，其还包括由吸收剂结晶-蒸发器、压缩机、吸收溶液换热-冷凝器、节流阀以及压缩式制冷工质管道构成的压缩式制冷装置，用于向上述吸收剂结晶器提供冷量。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种蒸馏方法，采用上述的蒸发装置，其包括以下步骤：
(1)在发生器中浓缩吸收溶液同时产生蒸气，并将上述蒸气输送到冷凝器；
(2)将蒸馏塔塔底液输送到冷凝器中加热，然后输送回蒸馏塔，来自发生器的蒸气在冷凝器中冷凝为冷凝水，并将该冷凝水输送至蒸发器；
(3)将蒸馏塔的塔顶馏出物输送到蒸发器中放热并冷凝，然后一部分回流至蒸馏塔，来自冷凝器的冷凝水在蒸发器中蒸发为蒸气，并将该蒸气输送至吸收器中；
(4)来自发生器的吸收溶液吸收来自蒸发器的蒸气并产生吸收热，同时吸收溶液浓度降低并被输送至吸收剂结晶器中；
(5)在吸收剂结晶器中进行吸收溶液冷却结晶和固液分离，固液分离后的分离液输送至发生器中，而含结晶溶液与来自发生器的浓缩后的吸收溶液混合后输送至吸收器中；以及
(6)在吸收器和发生器之间进行热循环，将吸收溶液在吸收器中吸收蒸气时产生的吸收热输送至发生器中。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的蒸馏方法，所述的吸收器输出的吸收溶液和吸收剂结晶器输出的吸收溶液进行热交换。
优选的，前述的蒸馏方法，在所述的步骤(6)的热循环过程中，通过外部热源补偿发生器热量的不足部分。
优选的，前述的蒸馏方法，通过压缩式制冷循环向上述的步骤(5)提供吸收溶液冷却结晶所需的冷量。
优选的，前述的蒸馏方法，所述的步骤(5)中的吸收溶液冷却结晶的温度为-18～20℃。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的蒸馏系统以及蒸馏方法，由于采用了吸收式热泵循环将蒸馏塔塔顶馏出物的冷凝热转化为对塔底液升温的热源，并且本蒸馏系统具有了吸收剂结晶器，并且吸收器所产生的热量通过热循环回路直接供给发生器，因而可以在供热装置中省去吸收式热泵循环所需的外部驱动热源，实现驱动热源自供而进行吸收式热泵循环，从而有效地节约了燃料资源，从而更加适于实用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是现有的蒸馏系统的流程图。
图2是本发明实施例1的蒸馏系统的流程图。
图3是本发明实施例2的蒸馏系统的流程图。
11：发生器            12：冷凝器
13：蒸发器            14：吸收器
17：冷凝水管道        18、19：蒸气通路
20、30：吸收溶液管道         40：分离液管道
50：含结晶溶液管道           60：热循环工质管道
110、120、130、140：换热器
141：吸收剂结晶器            142：混合器
150：吸收溶液自换热器        160：外部热源加热装置
200：吸收剂结晶-蒸发器       210：压缩机
220：吸收溶液换热-冷凝器     230：节流阀
240：压缩式制冷工质管道      300：蒸馏塔
310：冷却器                  320：物料循环储罐
330：再沸器                  410：蒸馏塔
401：进料管线                402：塔顶馏出物管线
403：塔底液出口              404：塔底液管线
405：塔顶馏出物出口
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的蒸馏系统以及蒸馏方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图2所示，是本发明实施例1的蒸馏系统的流程图。该蒸馏系统主要包括发生器11、冷凝器12、蒸发器13、吸收器14、吸收溶液自换热器150、吸收剂结晶器141、混合器142以及蒸馏塔410。发生器11和吸收器14之间循环有水-溴化锂工质对作为吸收溶液。
所述的发生器11用于浓缩吸收溶液，其内设有换热器110，在该换热器110通入来自吸收器14中的换热器140的热循环工质，对作为吸收溶液的溴化锂溶液进行加热使溶剂水蒸发，从而使吸收溶液的溴化锂浓度提高，其所产生的高温蒸气通过蒸气通路19输出至冷凝器12中。发生器11出口吸收溶液通过吸收溶液管道20进入到吸收器14内，而吸收器14出口吸收溶液通过吸收溶液管道30进入到发生器11内。通过吸收溶液管道20、30使吸收溶液在发生器11和吸收器14之间循环。
所述的冷凝器12内设有换热器120，该换热器120连接蒸馏塔410的塔底液管线404，形成塔底液循环回路，使蒸馏塔输出的塔底液经冷凝器12的换热器后返回到蒸馏塔内，该塔底液在换热器120内被加热升温，所以，冷凝器12以及换热器120充当了再沸器的作用。冷凝器12内的蒸气与塔底液进行换热后，冷凝为冷凝水，并通过冷凝水管道17输送到蒸发器13中。另外，还在塔底液管线404上设有塔底液出口403用于输出该蒸馏系统的产品。
所述的蒸发器13内设有换热器130，该换热器130连接于蒸馏塔410的塔顶馏出物管线402，形成塔顶馏出物循环回路，使塔顶馏出物经蒸发器13的换热器后冷凝，一部分回流至蒸馏塔内，所以，蒸发器13以及换热器130充当了塔顶冷凝器的作用。另外，在塔顶馏出物循环回路上设有塔顶馏出物出口405，用于输出该蒸馏系统的塔顶产品。在该蒸发器13内，塔顶馏出物放出的热量使来自冷凝器12的冷凝水蒸发为蒸气，并通过蒸气通路18输送至吸收器14中。
所述的吸收器14内设有换热器140，来自发生器11的高浓度的吸收溶液吸收来蒸发装置的蒸气并产生吸收热，从而提高换热器140中的热循环工质的温度。该换热器140与发生器11中的换热器110由热循环工质管道60相连形成热循环回路，以便使吸收器14产生的吸收热作为发生器的驱动热源供应给发生器11。在热循环回路上设置有外部热源加热装置160，用于补偿由于散热损失等引起的发生器热量的不足部分。
所述的吸收溶液自换热器150、吸收剂结晶器141和混合器142设置于吸收器14和发生器11之间。该吸收剂结晶器141具有吸收溶液入口、吸收溶液出口和结晶输出口。该吸收剂结晶器141的吸收溶液入口经吸收溶液自换热器150连接于吸收器14的吸收溶液出口，该吸收剂结晶器的吸收溶液出口经吸收溶液自换热器150连接于发生器11的吸收溶液入口，该吸收剂结晶器的结晶输出口连接于吸收器11的吸收溶液入口。在有混合器142的情况下，上述的结晶输出口经混合器142后连接于吸收器11的吸收溶液入口。发生器11出口吸收溶液通过吸收溶液管道20经混合器142进入到吸收器14，而吸收器14出口吸收溶液通过吸收溶液管道30，经吸收溶液自换热器150进入到吸收剂结晶器141。在吸收剂结晶器141中采用低温冷量对吸收溶液进行冷却结晶，由于溴化锂水溶液达到凝固点时会出现结晶，凝固点温度越低液相的溴化锂平衡浓度就越低，因此，通过冷却结晶，无论冷却结晶前的吸收溶液溴化锂浓度有多高，结晶后液相的溴化锂浓度可达到或接近冷却温度下的溴化锂平衡浓度。结晶并进行固液分离后，吸收剂结晶器141中的分离液即溴化锂稀溶液经吸收溶液自换热器150由吸收溶液管道30输送到发生器11中。上述的吸收剂结晶器141所采用的冷源可以为0～20℃的水。
所述的蒸馏塔410，其设有进料管线401，塔顶设有塔顶馏出物管线402，连接于蒸发器的换热器130形成塔顶馏出物循环回路，并在该循环回路上设有塔顶馏出物出口405；在蒸馏塔底部设有塔底液管线404，连接于冷凝器的换热器120，形成塔底液循环回路，并在该循环回路上设有塔底液出口403。物料的蒸馏过程在蒸馏塔内进行。
本实施例1的蒸馏系统除必要的动力设备外，不需要提供专门的驱动热源用于加热塔底液，即可进行物料的蒸馏过程。
请参阅图3所示，是本发明实施例2的蒸馏系统的流程图。本实施例提出的蒸馏系统与实施例1基本相同，不同之处在于，其还包括压缩式制冷循环装置，用于向吸收剂结晶器141提供低温冷量。该压缩式制冷循环装置包括：吸收剂结晶-蒸发器200、压缩机210、吸收溶液换热-冷凝器220、节流阀230以及压缩式制冷工质管道240。压缩式制冷工质在吸收溶液换热-冷凝器220进行冷凝后，经节流阀230，在吸收剂结晶-蒸发器200中进行蒸发，从而实现为吸收剂结晶器141提供低温冷量。吸收剂结晶-蒸发器200出口压缩式制冷工质的蒸气经压缩机210压缩后进入吸收溶液换热-冷凝器220，从而完成压缩式制冷循环。
由于部分溴化锂的结晶析出，在吸收剂结晶器141固液分离后的分离液的溴化锂浓度得到了降低。上述分离液即溴化锂稀溶液通过分离液管道50，经吸收溶液换热-冷凝器220和吸收溶液自换热器150被引入到发生器11中。另一方面，在吸收剂结晶器141固液分离后的含结晶溶液通过含结晶溶液管道40，经吸收溶液换热-冷凝器220、吸收溶液自换热器150被引入到混合器142。吸收溶液自换热器150的作用在于使来自吸收器14的温度较高的吸收溶液与来自吸收剂结晶器的温度较低的分离液和含结晶溶液进行热交换，从而提高供给发生器11和混合器142的溶液温度，同时降低供给吸收剂结晶器的吸收溶液的温度。而吸收溶液换热-冷凝器220的作用在于使压缩式制冷循环子系统压缩机210出口的温度较高的压缩式制冷工质蒸气与吸收剂结晶器141出口的温度较低的分离液和含结晶溶液进行热交换，从而使上述制冷工质蒸气冷凝，同时部分或全部融解溴化锂结晶并提高溶液温度。通过发生器11的浓缩，溴化锂浓度得到了提升的发生器11出口吸收溶液通过吸收溶液管道20被引入到混合器142中与含结晶溶液混合，然后一起被引入到吸收器14中。本发明可分别设定和优化吸收器14和发生器11的吸收溶液的工作浓度。也就是说，本发明可实现一种对于吸收式热泵循环十分有益的工艺条件，即，使吸收器在高溴化锂浓度条件下工作的同时，发生器在比吸收器低的溴化锂浓度条件下工作，而这是传统的吸收式热泵循环所难以做到的。由于具有了吸收剂结晶器141，并且吸收器14所产生的热量通过热循环回路直接供给发生器11，从而可以基本省去现有吸收式热泵循环中向发生器11供热的外部驱动热源，实现驱动热源自供而进行吸收式热泵过程，由发生器11对冷凝器12提供蒸气用于加热塔底液。
本实施例的蒸馏系统可以在不需要专门的再沸器驱动热源的情况下，实现对物料的蒸馏。
本发明的实施例3提出了一种蒸馏方法，采用实施例1所述的蒸馏系统对以蒸馏物料进行蒸馏分离，该蒸馏方法包括以下步骤：
物料从进料管线401输送到蒸馏塔中，在蒸馏塔内进行蒸馏，从蒸馏塔塔顶输出塔顶馏出物，从蒸馏塔塔底输出塔底液。
(1)在发生器中浓缩吸收溶液同时产生蒸气，并将上述蒸气输送到冷凝器；
(2)将蒸馏塔塔底液通过塔底液管线404输送到冷凝器的换热器120中加热，然后输送回蒸馏塔，来自发生器的蒸气在冷凝器中冷凝为冷凝水，并将该冷凝水输送至蒸发器；
(3)将蒸馏塔的塔顶馏出物通过塔顶馏出物管线402输送到蒸发器的换热器130中放热并冷凝，然后一部分回流至蒸馏塔，来自冷凝器的冷凝水在蒸发器中蒸发为蒸气，并将该蒸气输送至吸收器中；
(4)来自发生器的吸收溶液吸收来自蒸发器的蒸气并产生吸收热，同时吸收溶液浓度降低并被输送至吸收剂结晶器中；
(5)在吸收剂结晶器中进行吸收溶液冷却结晶和固液分离，固液分离后的分离液输送至发生器中，而含结晶溶液与来自发生器的浓缩后的吸收溶液混合后输送至吸收器中；以及
(6)在吸收器和发生器之间进行热循环，将吸收溶液在吸收器中吸收蒸气时产生的吸收热输送至发生器中。
塔底液从塔底液出口403被输出一部分；塔顶馏出物从塔顶馏出物出口405输出一部分，以便控制合适的回流比。从塔底液出口403和塔顶馏出物出口405处得到蒸馏产物。
较佳的，对吸收器14输出的吸收溶液与吸收剂结晶器141输出的分离液和含结晶溶液进行热交换，其效果之一在于，由于在上述的方法中具有溴化锂结晶过程，从而在保持较低的发生器吸收溶液溴化锂工作浓度的前提下，可显著提高吸收器14吸收溶液的溴化锂工作浓度，从而可在吸收器14中得到温度更高的吸收热，使得该吸收热能够用作发生器11的驱动热能并使发生器11的工作温度更高，即能够产生温度更高的蒸气。
较佳的，在上述的热循环过程中进行热补偿，即设置有外部热源加热装置160以补偿由于散热损失等引起的发生器热量的少量不足，从而可以保证整个热泵循环过程的持续进行。
本实施例的各个步骤在运行中是同时进行的没有先后顺序，各个步骤共同构成本实施例的蒸馏方法。
本发明的实施例4提供了另一种蒸馏方法，该方法与实施例3基本相同，不同之处在于，吸收剂结晶器141中进行的吸收溶液冷却结晶所需的低温冷量来自压缩式制冷循环过程。具体的，吸收剂结晶-蒸发器200出口压缩式制冷工质的蒸气经压缩机210压缩后进入吸收溶液换热-冷凝器220进行冷凝，冷凝后的压缩式制冷工质经节流阀230，在吸收剂结晶-蒸发器200中进行蒸发，从而完成压缩式制冷循环。由于本实施例的压缩式制冷工质在吸收溶液换热-冷凝器220冷凝时的冷量来自溴化锂结晶器141出口溶液所具有的冷量，因此本循环的蒸发温度和冷凝温度较为接近，从而可达到较高的制冷性能系数。也就是说，本实施例的压缩式制冷循环的能耗较低。该压缩式制冷循环过程为吸收溶液提供的冷却结晶的温度为-18～7℃。
本发明的上述实施例所述的技术方案对所采用吸收溶液的种类并无特别的限制，上述实施例皆以水-溴化锂为工质对的吸收溶液为例进行说明，也可以采用以LiBr，LiCl，NaBr，KBr，CaCl2，MgBr2等的混合物作为吸收剂的吸收溶液。
以下通过具有具体参数的实施例来说明上述实施例的可实施性。
实施例5
本实施例采用实施例3所述的方法，对乙醇水溶液进行蒸馏，其水含量为(质量百分含量)为50％，采用160℃饱和蒸气作为外部热源对热循环回路中的工质进行加热，以补偿由于散热损失等引起的发生器驱动热源的热量不足部分，采用二甲基硅油作为热循环工质，而采用20℃的冷却水来冷却吸收剂结晶器141。
实施例6
本实施例采用实施例4所述的方法，对乙醇水溶液进行蒸馏，其水含量为(质量百分含量)为50％，采用160℃饱和蒸气作为外部热源对热循环回路中的工质进行加热，以补偿由于散热损失等引起的发生器驱动热源的热量不足部分，采用二甲基硅油作为热循环工质，而采用压缩式制冷循环提供的-18℃的压缩式制冷工质来冷却吸收剂结晶器141。
下表1为上述实施例5-6的工作参数和性能。
表1
Figure A20081000433700131
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1、一种蒸馏系统，其特征在于其包括：
发生器，其内设有换热器(110)，用于浓缩吸收溶液并产生蒸气；
冷凝器，其内设有换热器(120)；
蒸发器，其内设有换热器(130)；
吸收器，其内设有换热器(140)，该换热器(140)与换热器(110)相连接，形成热循环回路，用于将吸收器中产生的吸收热输送至发生器中；
吸收剂结晶器，具有吸收溶液入口、吸收溶液出口和结晶输出口，该吸收剂结晶器的吸收溶液入口连接于吸收器的吸收溶液出口，该吸收剂结晶器的吸收溶液出口连接于发生器的吸收溶液入口，该吸收剂结晶器的结晶输出口连接于吸收器的吸收溶液入口；以及
蒸馏塔，其设有塔顶馏出物管线连接于换热器(130)，形成塔顶馏出物循环回路，还设有塔底液管线连接于换热器(120)，形成塔底液循环回路。
2、根据权利要求1所述的蒸馏系统，其特征在于其中所述的热循环回路上设有外部热源加热装置，用于补偿发生器热量的不足部分。
3、根据权利要求1所述的蒸馏系统，其特征在于其还包括一混合器，用于将来自吸收剂结晶器的结晶输出口输出的含结晶溶液和来自发生器的吸收溶液进行混合，该混合器的吸收溶液输出口连接于吸收器的吸收溶液入口。
4、根据权利要求1～3任一项所述的蒸馏系统，其特征在于其还包括由吸收剂结晶-蒸发器、压缩机、吸收溶液换热-冷凝器、节流阀以及压缩式制冷工质管道构成的压缩式制冷装置，用于向上述吸收剂结晶器提供冷量。
5、一种蒸馏方法，采用权利要求1所述的蒸馏系统，其包括以下步骤：
(1)在发生器中浓缩吸收溶液同时产生蒸气，并将上述蒸气输送到冷凝器；
(2)将蒸馏塔塔底液输送到冷凝器中加热，然后输送回蒸馏塔，来自发生器的蒸气在冷凝器中冷凝为冷凝水，并将该冷凝水输送至蒸发器；
(3)将蒸馏塔的塔顶馏出物输送到蒸发器中放热并冷凝，然后一部分回流至蒸馏塔，来自冷凝器的冷凝水在蒸发器中蒸发为蒸气，并将该蒸气输送至吸收器中；
(4)来自发生器的吸收溶液吸收来自蒸发器的蒸气并产生吸收热，同时吸收溶液浓度降低并被输送至吸收剂结晶器中；
(5)在吸收剂结晶器中进行吸收溶液冷却结晶和固液分离，固液分离后的分离液输送至发生器中，而含结晶溶液与来自发生器的浓缩后的吸收溶液混合后输送至吸收器中；
(6)在吸收器和发生器之间进行热循环，将吸收溶液在吸收器中吸收蒸气时产生的吸收热输送至发生器中。
6、根据权利要求5所述的蒸馏方法，其特征在于所述的吸收器输出的吸收溶液和吸收剂结晶器输出的吸收溶液进行热交换。
7、根据权利要求5所述的蒸馏方法，其特征在于在所述的步骤(6)的热循环过程中，通过外部热源补偿发生器热量的不足部分。
8、根据权利要求5所述的蒸馏方法，其特征在于通过压缩式制冷循环向上述的步骤(5)提供吸收溶液冷却结晶所需的冷量。
9、根据权利要求5～8任一项所述的蒸馏方法，其特征在于所述的步骤(5)中的吸收溶液冷却结晶的温度为-18～20℃。
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