CN103613480A

CN103613480A - 一种低浓度有机溶剂的回收装置和方法

Info

Publication number: CN103613480A
Application number: CN201310587499.6A
Authority: CN
Inventors: 叶舟; 曾淼
Original assignee: HANGZHOU SHANGYI ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU SHANGYI ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: CN103613480B

Abstract

本发明公开了一种低浓度有机溶剂的回收装置和方法，属于环保技术领域，它解决了现有技术存在的能耗高、回收的有机溶剂纯度低等技术问题。它包括分离系统、提浓系统和脱水系统；所述的分离系统包括原料液槽、第一输送泵、第一加热器、渗透汽化膜组件、第一冷凝器和第一真空泵，所述的提浓系统包括分离液槽、第二输送泵、第二加热器、蒸馏塔和第二冷凝器，所述的脱水系统包括提浓液槽、第三输送泵、第三加热器、蒸汽渗透膜组件、第三冷凝器、第二真空泵、产品槽。本发明在回收低浓度有机溶剂时能耗低且能回收得到高纯度的有机溶剂，既节约了能源，又保护了环境，达到变废为宝的效果。

Description

一种低浓度有机溶剂的回收装置和方法

技术领域

本发明涉及一种有机溶剂的回收装置和方法，尤其涉及一种低浓度有机溶剂的回收装置和方法，属于环保技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展，对环境保护的要求越来越高，可用资源越来越少。在工业生产过程中，特别在石油化工、精细化工等行业，产生大量的工业副产物，其中具有很大利用价值的废有机溶剂，如低浓度含醇溶液等。如这些废水废液不加妥善处理直接排放，将对周围环境产生恶劣的影响，影响人体健康。同时，该类具有利用价值的有机溶剂的废弃或排放，也造成了资源的严重浪费。

目前，对于有机溶剂，特别是低浓度有机溶剂的回收，多采用蒸馏等传统工艺。相比较，传统蒸馏应用较广，技术成熟稳定，但蒸馏工艺对浓度小于10%以下的有机溶剂进行蒸馏提浓能耗过大，同时，也较难获取高纯度的有机溶剂，如采用对蒸馏乙醇溶液进行提浓，仅能获得95%纯度的乙醇，产品品质较低。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种低浓度有机溶剂的回收装置和方法，解决了现有技术存在的能耗高、回收的有机溶剂纯度低等技术问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种低浓度有机溶剂的回收装置，包括分离系统、提浓系统和脱水系统；所述的分离系统包括原料液槽、第一输送泵、第一加热器、渗透汽化膜组件、第一冷凝器和第一真空泵，所述的提浓系统包括分离液槽、第二输送泵、第二加热器、蒸馏塔和第二冷凝器，所述的脱水系统包括提浓液槽、第三输送泵、第三加热器、蒸汽渗透膜组件、第三冷凝器、第二真空泵、产品槽；其中，原料液槽通过第一输送泵连接第一加热器，第一加热器的连接渗透汽化膜组件的进料口，渗透汽化膜组件的出料口连接第一冷凝器，第一冷凝器分别连接第一真空泵和分离液槽的进料口，分离液槽的出料口通过第二输送泵连接第二加热器，第二加热器连接蒸馏塔的进料口，蒸馏塔的出料口通过第二冷凝器连接提浓液槽的进料口，提浓液槽的出料口通过第三输送泵连接第三加热器，第三加热器连接蒸汽渗透膜组件的进料口，蒸汽渗透膜组件分别连接产品槽和第三冷凝器，第三冷凝器连接第二真空泵。

在上述的一种低浓度有机溶剂的回收装置中，所述的蒸馏塔上还设置有一个再沸器。

在上述的一种低浓度有机溶剂的回收装置中，所述的渗透汽化膜组件为有机复合膜或无机复合膜，所述的蒸汽渗透膜组件为有机复合膜或无机复合膜。

在上述的一种低浓度有机溶剂的回收装置中，所述的渗透汽化膜组件为卷式平板或中空纤维的有机复合膜；所述的蒸汽渗透膜组为板式或管式的分子筛无机复合膜。

在上述的一种低浓度有机溶剂的回收装置中，所述的分子筛无机复合膜为NaA型或NaY型。

在上述的一种低浓度有机溶剂的回收装置中，所述的蒸馏塔为板式塔或填料塔。

本发明还提供了一种低浓度有机溶剂的回收方法，包括以下步骤：

（1）将质量浓度为0.1%-10%的低浓度有机溶液通过分离系统的渗透汽化膜组件4进行渗透汽化，获得质量浓度为10%-40%的有机溶剂分离液；

（2）将质量浓度为10%-40%的有机溶剂分离液经过提浓系统的蒸馏塔蒸馏获得质量浓度为70%-90%有机溶剂提浓液；

（3）将质量浓度为70%-90%的有机溶剂提浓液通过脱水系统的蒸汽渗透膜组件16进行蒸汽渗透，获得质量浓度大于99.0%的高纯度有机溶剂。

在上述的一种低浓度有机溶剂的回收方法中，在步骤（1）中，质量浓度为0.1%-10%的低浓度有机溶液用第一加热器加热后输送到渗透汽化膜组件中，在步骤（2）中，质量浓度为10%-40%的有机溶剂分离液通过第二加热器加热后输送到蒸馏塔，在步骤（3）中，70%-90%的有机溶剂提浓液通过第三加热器加热后输送到蒸汽渗透膜组件中。

在上述的一种低浓度有机溶剂的回收方法中，在步骤（2）中，对沸点大于100℃的有机溶剂，将蒸馏塔釜液作为提浓液，对沸点小于100℃的有机溶剂，将蒸馏塔冷凝液作为提浓液。

在上述的一种低浓度有机溶剂的回收方法中，在步骤（1）中，所述的渗透汽化膜组件的渗透汽化是在负压下进行的，在步骤（3）中，所述的蒸汽渗透膜组件的蒸汽渗透是在负压下进行的。

本发明的有益效果是：

1、针对多组分、质量浓度不到10%的低浓度有机溶液，采用渗透汽化膜分离技术并利用优先透有机物的有机膜组件进行有效的分离脱水，替代传统高能耗区的蒸馏工段，有效降低运行能耗，大大提升了低浓度有机溶剂回收的经济性；

2、利用传统蒸馏工艺的低能耗区进行有机溶液的提浓，有效减轻脱水系统的分子筛膜组件的脱水负担；

3、采用蒸汽渗透膜技术并利用优先透水的无机分子筛膜组件进行高效脱水，将最终产品的质量浓度提升至99.0%以上，获得高纯度有机溶剂产品进行回收；

综上所述，本发明在回收低浓度有机溶剂时能耗低且能回收得到高纯度的有机溶剂，既节约了能源，又保护了环境，达到变废为宝的效果。

附图说明

图1是本发明提供的一种低浓度有机溶剂的回收装置的结构示意图。

图中：原料液槽1、第一输送泵2、第一加热器3、渗透汽化膜组件4、第一冷凝器5、第一真空泵6、分离液槽7、第二输送泵8、第二加热器9、蒸馏塔10、再沸器11、第二冷凝器12，提浓液槽13、第三输送泵14、第三加热器15、蒸汽渗透膜组件16、第三冷凝器17、第二真空泵18、产品槽19。

具体实施方式

如图1所示，一种低浓度有机溶剂的回收装置，包括分离系统、提浓系统和脱水系统；所述的分离系统包括原料液槽1、第一输送泵2、第一加热器3、渗透汽化膜组件4、第一冷凝器5和第一真空泵6，所述的提浓系统包括分离液槽7、第二输送泵8、第二加热器9、蒸馏塔10、和第二冷凝器12，所述的脱水系统包括提浓液槽13、第三输送泵14、第三加热器15、蒸汽渗透膜组件16、第三冷凝器17、第二真空泵18、产品槽19；其中，原料液槽1通过第一输送泵2连接第一加热器3，第一加热器3的连接渗透汽化膜组件4的进料口，渗透汽化膜组件4的出料口连接第一冷凝器5，第一冷凝器5分别连接第一真空泵6和分离液槽7的进料口，分离液槽7的出料口通过第二输送泵8连接第二加热器9，第二加热器9连接蒸馏塔10的进料口，蒸馏塔10的出料口通过第二冷凝器12连接提浓液槽13的进料口，提浓液槽13的出料口通过第三输送泵14连接第三加热器15，第三加热器15连接蒸汽渗透膜组件16的进料口，蒸汽渗透膜组件16分别连接产品槽19和第三冷凝器17，第三冷凝器17连接第二真空泵18。

所述的蒸馏塔10上还设置有一个再沸器11。

所述的渗透汽化膜组件4为有机复合膜或无机复合膜，所述的蒸汽渗透膜组件16为有机复合膜或无机复合膜。

所述的渗透汽化膜组件4为卷式平板或中空纤维的有机复合膜；所述的蒸汽渗透膜组件16为板式或管式的分子筛无机复合膜。

所述的分子筛无机复合膜为NaA型或NaY型。

所述的蒸馏塔10为板式塔或填料塔。

设备之间采用管阀件连接。与料液直接接触的所有设备和部件，除原料槽和产品槽外，包括输送泵、管道、阀门、膜、膜壳、热交换器、蒸馏塔应是耐高温、耐腐蚀材质，如SUS304材质。

一种低浓度有机溶剂的回收方法，包括以下步骤：

（2）将质量浓度为10%-40%的有机溶剂分离液经过提浓系统的蒸馏塔10蒸馏获得质量浓度为70%-90%有机溶剂提浓液；

在步骤（1）中，质量浓度为0.1%-10%的低浓度有机溶液用第一加热器3加热后输送到渗透汽化膜组件4中，在步骤（2）中，质量浓度为10%-40%的有机溶剂分离液通过第二加热器9加热后输送到蒸馏塔10，在步骤（3）中，70%-90%的有机溶剂提浓液通过第三加热器15加热后输送到蒸汽渗透膜组件16中。

在上述的一种低浓度有机溶剂的回收方法中，在步骤（2）中，对沸点大于100℃的有机溶剂，将蒸馏塔10釜液作为提浓液，对沸点小于100℃的有机溶剂，将蒸馏塔10冷凝液作为提浓液。

在步骤（1）中，所述的渗透汽化膜组件4的渗透汽化是在负压下进行的，在步骤（3）中，所述的蒸汽渗透膜组件16的蒸汽渗透是在负压下进行的。

渗透汽化技术是在混合物组分化学位梯度推动下，利用各组分在膜内溶解（或表面吸附）与扩散速率的不同实现分离的过程。其中以液体形式供料称为渗透汽化，以蒸汽形式供料称为蒸汽渗透；渗透侧通过抽真空冷凝（或气体吹扫、吸附）的方式转移收集渗透物。

渗透汽化和分离应用技术虽发展较晚，但与传统精馏、吸附、萃取等分离工艺相比，具有分离效率高、设备简单、操作方便、能耗低的优点，作为一种新型的膜分离技术，被誉为21世纪最有前途的分离技术。

下面结合实施例，对本发明的工作过程做进一步说明：

实施例一

原料液槽1内原料液为质量浓度为含乙醇0.1%、含水99.9%的乙醇水溶液，经第一输送泵2经过第一加热器3加热后进入渗透汽化膜组件4进行有机溶剂分离，渗透汽化膜组件4用第一真空泵6抽真空，透过液用第一冷凝器5冷凝器，第一加热器加热3温度为40℃，第一真空泵6操作压力为800Pa，透过液为质量浓度10%的乙醇水溶液并进入分离液槽7；第二输送泵8将乙醇水溶液经过第二加热器9加热后打到蒸馏塔10中进行蒸馏提浓，蒸馏塔10的操作压力为常压，蒸馏温度控制在90℃，获得质量浓度为70%的乙醇提浓液，其中再沸器11将蒸馏塔10底部的釜液进行再次加热蒸馏，以提高蒸馏塔10的蒸馏效率，从蒸馏塔10出来的乙醇提浓液通过第二冷凝器12冷凝后进入到提浓液槽13中；第三输送泵14将乙醇提浓液通过第三加热器15加热后进入到蒸汽渗透膜组件16中进行分离，分离得到蒸汽和透过液，蒸汽用第三冷凝器17冷凝器，透过液进入到产品槽19，所述的透过液为99.8%的高纯度乙醇，其中，蒸汽渗透膜组件16通过第三冷凝器17连接第二真空泵18，第三加热器15加热温度为120℃，第二真空泵18操作压力300Pa。

实施例二

原料液槽1内原料液为质量浓度为含丙酮10%、含水90%的丙酮水溶液，经第一输送泵2经过第一加热器3加热后进入渗透汽化膜组件4进行有机溶剂分离，渗透汽化膜组件4用第一真空泵6抽真空，透过液用第一冷凝器5冷凝器，第一加热器加热3温度为50℃，第一真空泵6操作压力为500Pa，透过液为质量浓度40%的丙酮水溶液并进入分离液槽7；第二输送泵8将丙酮水溶液经过第二加热器9加热后打到蒸馏塔10中进行蒸馏提浓，蒸馏塔10的操作压力为常压，蒸馏温度控制在99℃，获得质量浓度为90%的丙酮提浓液，其中再沸器11将蒸馏塔10底部的釜液进行再次加热蒸馏，以提高蒸馏塔10的蒸馏效率，从蒸馏塔10出来的丙酮提浓液通过第二冷凝器12冷凝后进入到提浓液槽13中；第三输送泵14将丙酮提浓液通过第三加热器15加热后进入到蒸汽渗透膜组件16中进行分离，分离得到蒸汽和透过液，蒸汽用第三冷凝器17冷凝器，透过液进入到产品槽19，所述的透过液为99.5%的高纯度丙酮，其中，蒸汽渗透膜组件16通过第三冷凝器17连接第二真空泵18，第三加热器15加热温度为130℃，第二真空泵18操作压力350Pa。

实施例三

原料液槽1内原料液为质量浓度为含异丙醇6.5%、含水93.5%的异丙醇水溶液，经第一输送泵2经过第一加热器3加热后进入渗透汽化膜组件4进行有机溶剂分离，渗透汽化膜组件4用第一真空泵6抽真空，透过液用第一冷凝器5冷凝器，第一加热器加热3温度为45℃，第一真空泵6操作压力为500Pa，透过液为质量浓度30%的异丙醇水溶液并进入分离液槽7；第二输送泵8将丙酮水溶液经过第二加热器9加热后打到蒸馏塔10中进行蒸馏提浓，蒸馏塔10的操作压力为常压，蒸馏温度控制在99℃，获得质量浓度为85%的异丙醇提浓液，其中再沸器11将蒸馏塔10底部的釜液进行再次加热蒸馏，以提高蒸馏塔10的蒸馏效率，从蒸馏塔10出来的丙酮提浓液通过第二冷凝器12冷凝后进入到提浓液槽13中；第三输送泵14将异丙醇提浓液通过第三加热器15加热后进入到蒸汽渗透膜组件16中进行分离，分离得到蒸汽和透过液，蒸汽用第三冷凝器17冷凝器，透过液进入到产品槽19，所述的透过液为99.6%的高纯度异丙醇，其中，蒸汽渗透膜组件16通过第三冷凝器17连接第二真空泵18，第三加热器15加热温度为120℃，第二真空泵18操作压力200Pa。

综上所述，本发明可以将质量浓度为0.1%-10%的低浓度有机溶液经过较低的能耗得到99%质量浓度的高纯度有机溶剂，达到了变废为宝，节约能源，保护环境的效果。

Claims

1.一种低浓度有机溶剂的回收装置，其特征在于，包括分离系统、提浓系统和脱水系统等；所述的分离系统包括原料液槽（1）、第一输送泵（2）、第一加热器（3）、渗透汽化膜组件（4）、第一冷凝器（5）和第一真空泵（6）等，所述的提浓系统包括分离液槽（7）、第二输送泵（8）、第二加热器（9）、蒸馏塔（10）和第二冷凝器（12）等，所述的脱水系统包括提浓液槽（13）、第三输送泵（14）、第三加热器（15）、蒸汽渗透膜组件（16）、第三冷凝器（17）、第二真空泵（18）、产品槽（19）等；其中，原料液槽（1）通过第一输送泵（2）连接第一加热器（3），第一加热器（3）的连接渗透汽化膜组件（4）的进料口，渗透汽化膜组件（4）的出料口连接第一冷凝器（5），第一冷凝器（5）分别连接第一真空泵（6）和分离液槽（7）的进料口，分离液槽（7）的出料口通过第二输送泵（8）连接第二加热器（9），第二加热器（9）连接蒸馏塔（10）的进料口，蒸馏塔（10）的出料口通过第二冷凝器（12）连接提浓液槽（13）的进料口，提浓液槽（13）的出料口通过第三输送泵（14）连接第三加热器（15），第三加热器（15）连接蒸汽渗透膜组件（16）的进料口，蒸汽渗透膜组件（16）分别连接产品槽（19）和第三冷凝器（17），第三冷凝器（17）连接第二真空泵（18）。

2.根据权利要求1所述的一种低浓度有机溶剂的回收装置，其特征在于，所述的蒸馏塔（10）上还设置有一个再沸器（11）。

3.根据权利要求1或2所述的一种低浓度有机溶剂的回收装置，其特征在于，所述的渗透汽化膜组件（4）为有机复合膜或无机复合膜，所述的蒸汽渗透膜组件（16）为有机复合膜或无机复合膜。

4.根据权利要求3所述的一种低浓度有机溶剂的回收装置，其特征在于，所述的渗透汽化膜组件（4）为卷式平板或中空纤维的有机复合膜；所述的蒸汽渗透膜组件（16）为板式或管式的分子筛无机复合膜。

5.根据权利要求4所述的一种低浓度有机溶剂的回收装置，其特征在于，所述的分子筛无机复合膜为NaA型或NaY型。

6.根据权利要求4或5所述的一种低浓度有机溶剂的回收装置，其特征在于，所述的蒸馏塔（10）为板式塔或填料塔。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种低浓度有机溶剂的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将质量浓度为0.1%-10%的低浓度有机溶液通过分离系统的渗透汽化膜组件（4）进行渗透汽化，获得质量浓度为10%-40%的有机溶剂分离液；

（2）将质量浓度为10%-40%的有机溶剂分离液经过提浓系统的蒸馏塔（10）蒸馏获得质量浓度为70%-90%有机溶剂提浓液；

（3）将质量浓度为70%-90%的有机溶剂提浓液通过脱水系统的蒸汽渗透膜组件（16）进行蒸汽渗透，获得质量浓度大于99.0%的高纯度有机溶剂。

8.根据权利要求7所述的一种低浓度有机溶剂的回收方法，其特征在于，在步骤（1）中，质量浓度为0.1%-10%的低浓度有机溶液用第一加热器（3）加热后输送到渗透汽化膜组件（4）中，在步骤（2）中，质量浓度为10%-40%的有机溶剂分离液通过第二加热器（9）加热后输送到蒸馏塔（10），在步骤（3）中，70%-90%的有机溶剂提浓液通过第三加热器（15）加热后输送到蒸汽渗透膜组件（16）中。

9.根据权利要求7所述的一种低浓度有机溶剂的回收方法，其特征在于，在步骤（2）中，对沸点大于100℃的有机溶剂，将蒸馏塔（10）釜液作为提浓液，对沸点小于100℃的有机溶剂，将蒸馏塔（10）冷凝液作为提浓液。

10.根据权利要求7所述的一种低浓度有机溶剂的回收方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述的渗透汽化膜组件（4）的渗透汽化是在负压下进行的，在步骤（3）中，所述的蒸汽渗透膜组件（16）的蒸汽渗透是在负压下进行的。