CN102258877A - 乙苯和水共沸物的蒸发方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种乙苯和水共沸物的蒸发方法和装置，蒸发装置包括汽液分离器、水相输送泵、油相输送泵、混合器和蒸发器，汽液分离器内设有隔板，隔板底部与汽液分离器内底相连接，隔板一侧的汽液分离器底部设有水相出口，另一侧设有油相出口，水相出口上部有乙苯入口、水入口和循环物入口，汽液分离器的上部有共沸蒸汽出口，水相输送泵与水相出口相连接，油相输送泵与油相出口连接，水相输送泵和油相输送泵出口与混合器相连接，混合器的出口与蒸发器的内腔相连接，混合器设在蒸发器外或设在蒸发器内，蒸发器的蒸汽出口与汽液分离器的循环物入口连接。本发明使传热推动力大大提高，并可以利用95-100℃的低位能蒸汽，从而达到显著节能的目的。

Description

乙苯和水共沸物的蒸发方法和装置

技术领域

本发明涉及一种将乙苯和水混合液蒸发为气相的方法和装置。 

背景技术

乙苯和水是不互溶的两种液体，在常压下，33.3％(质量)的水和66.7％(质量)乙苯可以形成共沸物，具有最低恒沸点为91.8℃。在不同的压力下，75KP，33.3％(质量)的水和66.7％(质量)乙苯的最低恒沸点为84.3℃；80KP，最低恒沸点为86.0℃；85KP，最低恒沸点为87.5℃；90KP，最低恒沸点为89.0℃；95KP，最低恒沸点为90.4℃。 

水和乙苯的共沸蒸汽，是用于节能型乙苯脱氢制苯乙烯工艺的原料，首先美国LUMMUS公司在US4628136，CN86108265专利中，揭示了利用乙苯和苯乙烯分离塔，塔顶乙苯蒸汽的冷凝热，来蒸发乙苯和水的混合物，节省乙苯蒸发蒸汽和一次配汽，从而达到节能的目的。对于20万吨/年的苯乙烯装置，乙苯42吨/小时，可以节省蒸汽达到42/2X0.85＝17.85吨/小时，年节省蒸汽14万吨，按吨蒸汽150元计，年经济效益达到2100万元。 

中国发明专利申请公布说明书200710047195.5揭示了一种共沸蒸发方法，更加详细地描述了US4628136，CN86108265专利中描述的实施方法； 

中国专利申请公开说明书CN200910056821.6中公开了一种乙苯/苯乙烯塔顶热能回收的换热器的结构形式.并通过在下管箱中换热管进口处分别设置水\乙苯的分布器，获得均匀的水\乙苯的分布，从而获得水和乙苯的共沸蒸发。 

但是以上技术方案是不完备的。取相同体积的水和乙苯各200ml，倒入 500ml烧瓶中，静置，水和乙苯分成两层，上层是乙苯，下层是水，水和乙苯的相界面清晰可见。烧瓶与冷凝管相联，接通冷却水用于冷却蒸发出来的汽相，用烧杯接汽相凝液。在常压下，加热烧瓶中的液体到达沸腾，沸点为92℃。 

有趣的是沸腾的汽泡不是来自烧瓶的外表的加热面，而是来自水和乙苯的相界面。此时水和乙苯本身都没有到达沸点。此现象说明在实际的共沸蒸发器中，传热表面并非是真正起作用的传热面积，只有水和乙苯充分混合后，水乙苯界面面积大于传热表面时，真正的传热表面才起作用。所以得出技术的关键点之一水和乙苯充分的混合。 

继续加热水和乙苯，处于下层的水温会继续上升，直到到达100℃；上层的乙苯始终是92℃。此现象说明如果水和乙苯不混合好，实际的传热推动力也要大为减少，造成设计方案达不到预期的效果，导致蒸发过程偏离共沸组成。 

收集汽相凝液，分析其组成，得到水的质量为33.3％和乙苯质量为66.7％，与已知事实相符。有趣的是我们发现在高温60-90℃冷凝下来的水和乙苯是完全乳化的，需经过相当长的时间，静置时间超过数分钟，才会分层。这给了我们一个启示： 

取相同体积的水和乙苯各150ml，倒入500ml烧瓶中，预热至80℃，强烈摇晃烧瓶，到达基本乳化，此时水乙苯基本成为一相，未见水乙苯相界面。加热至92℃，沸腾；继续加热一直维持在92℃沸腾，直到只在烧瓶底下剩余过量的水。此时温度会持续升高到100℃，分析此时的汽相，基本是水。 

此现象说明1)可以通过确保水和乙苯的完全混合，来保证共沸蒸发； 2)蒸发过程必须同时有过剩的水和乙苯，才能确保蒸汽是共沸蒸汽；对于连续蒸发过程必须同时有液相的水和乙苯存在、和共沸蒸汽一起离开蒸发器。 

由此可见，目前的技术普遍存在一个问题：在以上所有专利中，都描述了需要采用共沸蒸发技术，但是没有任何人描述过怎样才能在技术上保证共沸蒸发，本发明目的之一就是要解决此问题。同时解决共沸蒸发的技术方案过于复杂、设备成本太高的缺点。 

发明内容

本发明的目的是提供一种乙苯和水共沸物的蒸发方法和装置，以克服现有技术存在的上述缺陷。 

本发明的乙苯和水共沸物的蒸发装置，包括汽液分离器、水相输送泵、油相输送泵、混合器和蒸发器； 

所述汽液分离器内设有隔板，隔板的底部与汽液分离器的内底相连接，隔板一侧的汽液分离器的底部设有水相出口，另一侧设有油相出口，水相出口的上部设有乙苯入口、水入口和循环物入口，汽液分离器的上部设有共沸蒸汽出口； 

水相输送泵与所述水相出口通过管线相连接，油相输送泵与所述油相出口通过管线相连接，水相输送泵和油相输送泵的出口通过管线与混合器相连接，混合器的出口与蒸发器的内腔相连接，所述混合器可设置在蒸发器外，也可设置在蒸发器内； 

蒸发器的蒸汽出口通过管线与汽液分离器的循环物入口相连接； 

本发明的有益效果是：本发明先将乙苯和水的混合乳化，然后再进行共沸蒸发，从而使实际的传热推动力大大提高，达到节省能耗的目的。更 为重要的是由于共沸蒸发的沸点大大低于水的沸点和乙苯的沸点，可以利用工艺过程95-100℃的低位能蒸汽，从而达到显著节能的目的。 

附图说明

图1是本发明的流程图。 

图2是混合器设置在蒸发器内时的流程图。 

具体上述方式 

本发明的乙苯和水共沸物的蒸发装置，包括汽液分离器1、水相输送泵2、油相输送泵3、混合器4和蒸发器5； 

所述汽液分离器1内设有隔板103，隔板103的底部与汽液分离器1的内底相连接，隔板103一侧的汽液分离器1的底部设有水相出口101，另一侧设有油相出口102，水相出口101的上部设有乙苯入口104、水入口105和循环物入口107，汽液分离器1的上部设有共沸蒸汽出口106； 

水相输送泵2与所述水相出口101通过管线相连接，油相输送泵3与所述油相出口102通过管线相连接，水相输送泵2和油相输送泵3的出口通过管线与混合器4相连接，混合器4的出口与蒸发器5的内腔相连接，所述混合器4可设置在蒸发器5外，也可设置在蒸发器5内，如图2； 

蒸发器5的蒸汽出口501通过管线与汽液分离器1的循环物入口107相连接； 

所述的混合器4优选管道混合器或静态混合器，以确保乙苯和水的乳化混合，从而实现共沸蒸发。 

所述的管道混合器或静态混合器的结构可参见《JB/T7660-1995静态混合器》的描述。 

本发明的方法，包括如下步骤： 

将乙苯和水送入汽液分离器1，水相由水相出口101通过水相输送泵2 送入混合器4，油相由油相出口102通过油相输送泵3送入混合器4，水相和油相在混合器4中，乙苯和水的混合乳化，然后从底部进入蒸发器5加热蒸发，获得含有过量的液态乙苯和液态水以及乙苯和水的共沸物蒸汽的混合产物送入汽液分离器1，进行汽液分离，其中，液态的乙苯和液态的水再次循环使用，乙苯和水的共沸物蒸汽送往后续的工段。 

送入混合器4的乙苯和水的重量比为： 

乙苯∶水＝1∶0.5～2； 

蒸发温度为70～95℃； 

采用上述的方法，蒸发过程中，由于乙苯和水为乳化物，并有过剩的水和乙苯，从而能确保获得的蒸发产物中，同时含有过量液相的水和液相乙苯以及乙苯和水的共沸物蒸汽；因为只有存在过量液相水和液相乙苯，才能保证汽相是共沸组成，任何一个组分缺少，都将导致另一个组分在汽相中过量，从而导致汽相偏离共沸组成。 

实施例1 

采用图1的流程。 

将乙苯和水送入汽液分离器1，水相由水相出口101通过水相输送泵2送入混合器4，油相由油相出口102通过油相输送泵3送入混合器4，水相和油相在混合器4中，乙苯和水的混合乳化，然后从底部进入蒸发器5加热蒸发，获得混合产物，其中，含有过量的液态乙苯和液相水以及乙苯和水的共沸物蒸汽，将上述的混合产物送入汽液分离器1，进行汽液分离，其中，液态的乙苯再次循环使用，乙苯和水的共沸物蒸汽送往后续的工段。 

送入混合器4的乙苯和水的重量比为： 

乙苯∶水＝1∶1；蒸发温度为90℃。 

混合器4采用国营启东混合器有限公司的SV-5型的静态混合器。 

实施例2 

采用图2的流程。 

混合器4采用国营启东混合器有限公司的SV-5型的静态混合器，设置在蒸发器内。 

送入混合器4的乙苯和水的重量比为： 

乙苯∶水＝1∶2；蒸发温度为80℃。 

其他同实施例1。 

Claims (6)

1.乙苯和水共沸物的蒸发装置，其特征在于，包括汽液分离器(1)、水相输送泵(2)、油相输送泵(3)、混合器(4)和蒸发器(5)；

所述汽液分离器(1)内设有隔板(103)，隔板(103)的底部与汽液分离器(1)的内底相连接，隔板(103)一侧的汽液分离器(1)的底部设有水相出口(101)，另一侧设有油相出口(102)，水相出口(101)的上部设有乙苯入口(104)、水入口(105)和循环物入口(107)，汽液分离器(1)的上部设有共沸蒸汽出口(106)；

水相输送泵(2)与所述水相出口(101)通过管线相连接，油相输送泵(3)与所述油相出口(102)通过管线相连接，水相输送泵(2)和油相输送泵(3)的出口通过管线与混合器(4)通过管线相连接，混合器(4)的出口与蒸发器(5)的内腔相连接，所述混合器(4)设置在蒸发器(5)外或设置在蒸发器(5)内；

蒸发器(5)的蒸汽出口(501)通过管线与汽液分离器(1)的循环物入口(107)相连接。

2.根据权利要求1所述的乙苯和水共沸物的蒸发装置，其特征在于，所述的混合器(4)为管道混合器或静态混合器。

3.采用权利要求1或2所述的乙苯和水共沸物的蒸发装置，进行乙苯和水共沸物的蒸发方法，其特征在于，包括如下步骤：

将乙苯和水送入汽液分离器，水相由水相出口通过水相输送泵送入混合器，油相由油相出口通过油相输送泵送入混合器，水相和油相在混合器中，乙苯和水的混合乳化，然后从底部进入蒸发器加热蒸发，获得含有过量的液态乙苯和液态水以及乙苯和水的共沸物蒸汽的混合产物送入汽液分离器，进行汽液分离，液态的乙苯和液态的水再次循环使用，乙苯和水的共沸物蒸汽送往后续的工段。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，送入混合器的乙苯和水的重量比为：乙苯∶水＝1∶0.5～2。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，蒸发温度为70～95℃。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，蒸发温度为70～95℃。

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