CN102875329B - 一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺及装置，包括精馏塔、热泵、再沸器、缓冲罐、驱动换热器和回流泵，所述精馏塔设有塔顶汽相口和塔顶出料口，塔顶汽相口通过管道与热泵的入口密闭连接，再沸器设有壳程入口、壳程出口、管程入口和管程出口，所述壳程入口通过管道与热泵的出口密闭连接，所述再沸器管程入口通过管道与所述精馏塔的塔底密闭连接，管程出口通过管道与所述精馏塔下部汽相口连接，壳程出口与缓冲罐相连接，缓冲罐底部有液相出料口，液相出料口与回流泵的入口连接，回流泵的出口分两股物流，一股物流通过管道与精馏塔的塔顶回流口连接，一股物流作为塔顶出料。

Description

一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺及装置
技术领域
本发明属于化工分离及节能改造技术领域，具体涉及一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺及装置。
背景技术
杂醇油是发酵法生产酒精的副产物。我国发酵酒精产量约600万吨，其中杂醇油占0.3％。异戊醇又名3-甲基丁醇，与其同分异构体2-甲基丁醇(俗称光学异戊醇)是构成杂醇油的主要成分。
目前，国内多使用两种同分异构体的混合物，其质量分数约为2-甲基丁醇15％，3-甲基丁醇85％，用作香料的起始原料，也做进一步反应生成醛类、缩醛、酸类以及酯类等产品。其混合物生产相对容易，但附加值比较低。2-甲基丁醇以其特殊的手性结构成为合成手性液晶材料的重要中间体，目前国内高纯的2-甲基丁醇基本依赖进口，实现异戊醇同分异构的分离具有更大的附加值。
异戊醇与其同分异构体2-甲基丁醇，常温下，均是无色、有不愉快气味的液体。微溶于水，可混溶于醇、醚等有机溶剂。两者沸点差仅为2.8℃，相对挥发度1.078，分子量、分子体积、极化度相同。异戊醇同分异构体高纯度分离难，耗能大。目前国内外分离异戊醇同分异构体主要采用精馏的方法：如普通精馏、共沸精馏(U.S.5,658,436、U.S.3,356,593、U.S.5,360,520)、萃取精馏(李肖华在《浙江工业大学学报》，1998，26(2)：104-107的“分离旋性戊醇与异戊醇萃取剂的选择”一文中有所说明)、精密精馏(CN100369875C、CN1181026C)等。
异戊醇同分异构体2-甲基丁醇、3-甲基丁醇分离节能技术的应用较少，专利CN102010292将塔顶蒸汽的热能对原料进料进行预热，取得较好的分离效果，但并未对其节能效益进行阐述。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺及装置，该装置操作简单，安全可靠，高效节能。所述装置包括精馏塔、热泵、再沸器、驱动换热器、泵、阀门等，将精馏塔塔顶的气体经热泵压缩成为过热蒸汽，然后，作为塔底液体的热源与再沸器换热，换热后的过热蒸汽冷却为液体，部分液体经泵打回到塔顶高处作为回流，部分液体作为塔顶出料。
本发明的技术方案为：一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺及装置，包括精馏塔、热泵、再沸器、缓冲罐、驱动换热器和回流泵，所述精馏塔设有塔顶汽相口和塔顶出料口，塔顶汽相口通过管道与热泵的入口密闭连接，再沸器设有壳程入口、壳程出口、管程入口和管程出口，所述壳程入口通过管道与热泵的出口密闭连接，所述再沸器管程入口通过管道与所述精馏塔的塔底密闭连接，管程出口通过管道与所述精馏塔下部汽相口连接，壳程出口与缓冲罐相连接，缓冲罐底部有液相出料口，液相出料口与回流泵的入口连接，回流泵的出口分两股物流，一股物流通过管道与精馏塔的塔顶回流口连接，一股物流作为塔顶出料。
分离工艺为：驱动换热器在系统启动时为精馏塔提供热能，操作稳定后，启动热泵系统，驱动换热器转换为备用换热器，精馏塔塔顶蒸汽经热泵压缩后，出口蒸汽的压力、温度升高，升温升压后的蒸汽进入再沸器冷凝换热，换热后的蒸汽冷凝为液体，部分液体经回流泵回塔顶作为回流，部分作为塔顶出料；蒸汽在再沸器壳程中被冷凝的同时，由精馏塔塔底液相物料进入再沸器管程，管程液体被加热，部分汽化返回精馏塔，从而维持精馏过程的连续进行，部分由塔底出料口排出作为塔底产品。
精馏塔还设有一个进料口和一个塔底出料口，进料口位置在精馏塔塔高的2/10-5/10，所述塔底出料口通过一个塔底出料控制阀门与精馏塔密闭连接。
所述的热泵为有机蒸汽压缩机。
进料口的进料的组分中，2-甲基丁醇含量按质量百分比占整个进料的5％-90％，精馏塔工作压力为0.01-0.05MPa，精馏塔回流比为50-70。
3-甲基丁醇纯度在99.0％以上，回收率大于99％。
2-甲基丁醇纯度在99.0％以上，回收率大于99％。
再沸器为卧式换热器。
本发明的有益效果为：
1)本发明所需要的载热介质是现成的，在普通精馏异戊醇生产装置的基础上，增设一套热泵系统，省去塔顶冷凝器，将热泵、精馏塔、再沸器等设备组合在一起构成开放的热泵循环系统，通过消耗少量的电能，从较低温位的塔顶物料蒸汽取热，用于再沸器的供热，达到节能降耗的目的。
2)本发明将塔顶气相经热泵压缩升压、升温，在塔底放热冷却，能够节省加热蒸汽和冷却水，提高精馏分离过程的用能效率。
3)本发明热泵系统只需要一个再沸器，热泵的压缩比通常低于单独工质循环式的压缩比，系统简单，安全可靠。
4)本发明采用驱动换热器为精馏塔开车提供热能，提高了系统的操作弹性，解决了系统热能不匹配问题，适用于现有普通精馏塔异戊醇同分异构体分离装置的节能改造。
附图说明
附图为本发明结构示意图。
图中，1、精馏塔；2、热泵；3、驱动器；4、再沸器；5、驱动换热器；6、回流泵；7、塔底出料控制阀门；8、塔顶出料控制阀；9、回流量控制阀；10、缓冲罐；11、进料口；12、抽真空管道；13、塔底出料口；14、塔顶出料口。
具体实施方式
下面结合实施例进一步详细描述本发明：
参见附图所示，本发明包括精馏塔1、热泵2、驱动换热器5、再沸器4、缓冲罐10和回流泵6。所述精馏塔1通过管道将塔顶与热泵2进口密闭连接，热泵2设有驱动设备3，热泵出口蒸汽通过管道与再沸器4壳程密闭连接，再沸器4管程进口通过管道与所述精馏塔的塔底连接，管程出口与精馏塔1汽相入口相连。再沸器壳程出料口与缓冲罐10密闭连接，缓冲罐10与回流泵6入口密闭连接，回流泵的出口分两股物流，一股物流通过管道控制阀9与精馏塔1塔顶液相进口连接，一个端口作为塔顶出料通过管道与管道控制阀8连接。
系统启动时，由驱动换热器5为精馏塔1提供热能，操作稳定后，启动热泵精馏系统，驱动换热器5转换为备用换热器。精馏塔1塔顶蒸汽经热泵压缩后，出口蒸汽的压力、温度升高，升温升压后的蒸汽进入再沸器4冷凝换热，换热后的蒸汽冷却为液体，部分经回流泵6回塔顶作为回流，部分作为塔顶出料。蒸汽在再沸器壳程中被冷凝的同时，由精馏塔1塔底进入再沸器，管程液体被加热，部分汽化返回精馏塔1，从而维持精馏过程的连续进行。塔底出料口排出部分物料作为塔底产品。
精馏塔设有一个进料口11和一个塔底出料口14，进料口位置在精馏塔塔高的2/10-4/10，所述塔底出料口通过一个塔底出料控制阀门7与精馏塔密闭连接。所述的热泵2为有机蒸汽热泵。进料口11的进料的组分中，2-甲基丁醇含量按质量百分比占整个进料的15％-35％，精馏塔工作压力为0.01-0.05MPa，精馏塔回流比为50-70。缓冲罐10通过抽真空管道进行抽真空。
实施实例采用附图的装置，生产工艺如下：
根据权利要求1所述的方法，来自异戊醇精馏塔塔顶的气体由99.0wt％的2-甲基丁醇、1.0wt％的3-甲基丁醇组成，塔底得到99.0wt％的3-甲基丁醇，其工作压力为0.02MPa、温度为88.1℃，所述塔顶气体经压缩后，其压力为0.04MPa，温度为104.5℃。
与普通精馏工艺相比，每生产1吨2-甲基丁醇能够节约能耗费用409.2元，节约能耗90.7％，具体节省的能耗如表1所示。
表1实施例1能耗表
其中：蒸汽以110元/t，电以0.6元/kWh，水以0.8元/计算。
与普通精馏工艺相比本发明需要增加一套热泵系统，同时省去塔顶冷凝器、循环水冷却系统。由于塔顶物料气体作为工质，再沸器总传热系数较水蒸气要低，因此塔顶再沸器的换热面积要适当增大，或者采用强化传热技术。
本发明的设备投资效益见表2.
表2设备投资效益表
热泵精馏设备投资少，回收期短，效益高，具有较高的经济价值。
上面结合附图所描述的本发明选择的具体实施实例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求书内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施实例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术和权力保护范围。

Claims (8)

1.一种热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺方法，其特征是：该工艺方法使用了具有如下连接的装置：该装置包括精馏塔、热泵、再沸器、缓冲罐、驱动换热器和回流泵，所述精馏塔设有塔顶汽相口和塔顶出料口，塔顶汽相口通过管道与热泵的入口密闭连接，再沸器设有壳程入口、壳程出口、管程入口和管程出口，所述壳程入口通过管道与热泵的出口密闭连接；所述再沸器管程入口通过管道与所述精馏塔的塔底密闭连接，管程出口通过管道与所述精馏塔下部汽相口连接，壳程出口与缓冲罐相连接，缓冲罐底部有液相出料口，液相出料口与回流泵的入口连接，回流泵的出口分两股物流，一股物流通过管道与精馏塔的塔顶回流口连接，一股物流作为塔顶出料；所述精馏塔工作压力为0.01至小于0.05MPa，精馏塔回流比为50-70。
2.根据权利要求1所述的热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺方法，其特征是：分离工艺为驱动换热器在系统启动时为精馏塔提供热能，操作稳定后，启动热泵系统，驱动换热器转换为备用换热器，精馏塔塔顶蒸汽经热泵压缩后，出口蒸汽的压力、温度升高，升温升压后的蒸汽进入再沸器冷凝换热，换热后的蒸汽冷凝为液体，部分液体经回流泵回塔顶作为回流，部分作为塔顶出料；蒸汽在再沸器壳程中被冷凝的同时，由精馏塔塔底液相物料进入再沸器管程，管程液体被加热，部分汽化返回精馏塔，从而维持精馏过程的连续进行，部分由塔底出料口排出作为塔底产品。
3.根据权利要求1所述的热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺方法，其特征是：精馏塔还设有一个进料口和一个塔底出料口，进料口位置在精馏塔塔高的2/10-5/10，所述塔底出料口通过一个塔底出料控制阀门与精馏塔密闭连接。
4.根据权利要求1所述的热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺方法，其特征是：所述的热泵为有机蒸汽压缩机。
5.根据权利要求3所述的热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺方法，其特征是：进料口的进料的组分中，2-甲基丁醇含量按质量百分比占整个进料的5％-90％。
6.根据权利要求1所述的热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺方法，其特征是：3-甲基丁醇纯度在99.0％以上，回收率大于99％。
7.根据权利要求1所述的热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺方法，其特征是：2-甲基丁醇纯度在99.0％以上，回收率大于99％。
8.根据权利要求1所述的热泵精馏分离异戊醇同分异构体的工艺方法，其特征是：再沸器为卧式换热器。
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