CN107163074A - 近沸点物系循环双效精馏设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种近沸点物系循环双效精馏设计方法，包括：构建精馏系统，包括泵(1)、高压精馏塔(2)、高压精馏塔再沸器(3)、冷热物流换热器(4)和低压精馏塔(5)、低压精馏塔冷凝器(6)，待精馏的原始进料与来自低压精馏塔(5)塔顶的循环物流相混合，通过泵(1)加压进入高压精馏塔(2)，高压精馏塔设计要求只保塔顶，而不对塔底进行分离要求设置；由冷热物流换热器(4)作为低压精馏塔塔底再沸器和高压精馏塔的冷凝器，高压精馏塔(2)塔顶产品为低压精馏塔塔底再沸器提供能量以保证其正常操作；高压精馏塔塔底物流经过高压精馏塔再沸器(3)后进入低压精馏塔(5)；低压塔设计要求只保塔底，即只有塔底满足分离要求。
Description
技术领域
本发明属于化学工程领域，涉及化工工业中近沸点物系精馏分离操作设计方法。
背景技术
精馏是工业中分离液液均相混合物的一种重要单元操作，它是现代化工工业中最为成熟并且应用最为广泛的分离技术。但是精馏操作往往耗能巨大，且精馏塔及其附属设备制造安装也十分昂贵。高能耗与高投资在精馏分离近沸点物系上尤为凸显。由于近沸点物系中各组分之间的相对挥发度较小，常规精馏塔分离往往需要很高的理论板数，造成精馏塔过高，制造及安装成本较大，且安全性能较差。同时，近沸点物系的高分离难度造成精馏塔塔底再沸器蒸汽耗量增加，设备操作费用也相应增加。
除了常规精馏以外，萃取精馏和膜精馏也经常用于分离近沸点物系，但这类操作往往需要引进分离介质(萃取剂和分离膜)。一般来说，不同物系需要不同的分离介质，目前还没有具有普适性的分离介质。经常出现的情况是找不到一种合适的分离介质来增大待分离物系的相对挥发度(如甲基环戊烷/环己烷；甲基三氯硅烷/二甲基氯硅烷；异丁醇/正丁醇等)以降低分离难度。
发明内容
本发明专利针对常规精馏塔的不足之处，提供一种结构紧凑、投资量较少、能耗低且便于工厂应用的针对分离近沸点物系的循环双效精馏设计方法，以解决常规精馏塔应用中的技术瓶颈。通过采用该方案，可以实现设备投资和能量消耗的降低，安全性能提高等优势。本发明的技术方案如下：
一种近沸点物系循环双效精馏设计方法，包括：构建精馏系统，包括泵(1)、高压精馏塔(2)、高压精馏塔再沸器(3)、冷热物流换热器(4)和低压精馏塔(5)、低压精馏塔冷凝器(6)，待精馏的原始进料与来自低压精馏塔(5)塔顶的循环物流相混合，通过泵(1)加压进入高压精馏塔(2)，高压精馏塔设计要求只保塔顶，而不对塔底进行分离要求设置；由冷热物流换热器(4)作为低压精馏塔塔底再沸器和高压精馏塔的冷凝器，高压精馏塔(2)塔顶产品为低压精馏塔塔底再沸器提供能量以保证其正常操作；高压精馏塔塔底物流经过高压精馏塔再沸器(3)后进入低压精馏塔(5)；低压塔设计要求只保塔底，即只有塔底满足分离要求。
作为优选方式，通过控制低压精馏塔塔顶的循环物流的循环流量，使得低压精馏塔塔顶分离至与原始进料组成相同，以保证精馏系统不发生返混现象。
原始进料可以为甲基三氯硅烷/二甲基氯硅烷(Me1/Me2)，高压精馏塔的塔顶压力为210-230kPa，塔顶温度为90-96℃；低压精馏塔的塔顶压力为100-120kPa，塔顶温度为68-74℃。原始进料可以为甲基环戊烷/环己烷(MCP/CH)，高压精馏塔2的塔顶压力为230--250kPa，塔顶温度为99-105℃；低压精馏塔的塔顶压力为100-120kPa，塔顶温度为68-74℃。原始进料可以为异丁醇/正丁醇，高压精馏塔2的塔顶压力为260--280kPa，塔顶温度为134-140℃；低压精馏塔的塔顶压力为100-120kPa，塔顶温度为68-74℃。
附图说明
图1：本发明的循环双效精馏设计方案(1—泵；2—高压精馏塔；3—高压精馏塔再沸器；4—冷热物流换热器；5—低压精馏塔；6—低压精馏塔冷凝器)
图2：实施例1的主要操作参数示意图。
图3：实施例2的主要操作参数示意图。
图4：实施例3的主要操作参数示意图。
具体实施方式
本发明的循环双效精馏设计方案的简图如图1所示。近沸点物系A/B其中A为轻组分，B为重组分与来自低压精馏塔5塔顶的循环物流相混合，通过泵1加压进入高压精馏塔2。高压精馏塔设计要求“只保塔顶”，而不对塔底进行分离要求设置。由于该塔在高压下操作，高压塔塔顶产品可以为低压塔塔底再沸器提供能量以保证低压塔的正常操作。这种精馏模式构成“双效精馏”。冷热物流换热发生在冷热物流换热器4中，该换热设备既是高压塔的冷凝器又是低压塔的再沸器。随后，高压塔塔底物流进入低压塔。低压塔设计要求“只保塔底”，即只有塔底满足分离要求。通过控制循环流量，使得低压塔塔顶分离至与原始进料组成相同，以保证精馏系统不发生返混现象。高压塔能量输入以及低压塔能量输出分别发生在高压精馏塔再沸器3和冷热物流换热器4中。
具体实施方式应针对不同工厂的实际需求而定。若涉及新工厂设计问题，则可在初步设计中考虑使用循环双效精馏方案。若涉及旧工厂改造，则应全面考察循环双效的可行性。一般来说，通过适当改变塔内件，现场可以将已存在的常规精馏塔改造成该专利提到的高压塔或低压塔。常规精馏塔的再沸器和冷凝器可以改造利用，同时需要增加一个新的换热器来实现冷热物流交换(即设备(4)的功能)。实际应用中，可利用工厂停工期来实现改造设计。
【实施例1】
某装置采用如图1所示的新型循环双效精馏设计方案，原料为等摩尔流率的甲基三氯硅烷/二甲基氯硅烷(Me1/Me2)，总流量为1000kmol/h，塔2塔顶物流出口和塔5塔底物流出口流率均设置为500kmol/h， Me1和Me2的分离要求为摩尔分数达到99.9％，主要操作参数如图2所示，主要操作条件及消耗见表1。
【实施例2】
某装置采用原料等摩尔流率的甲基环戊烷/环己烷(MCP/CH)，总流量为1000kmol/h，塔2塔顶物流出口流率为500kmol/h，MCP摩尔分数为99.9％，塔5塔底物流出口流率为500千摩尔/小时，CH摩尔分数为 99.9％。主要参数如图3所示，主要操作条件及消耗见表2。
【实施例3】
某装置采用如图1所示工艺，原料摩尔组成为(异丁醇/正丁醇)各占0.5，总流量为1000kmol/h，塔2塔顶物流出口流率为500kmol/h，异丁醇摩尔分数为99.9％，塔5塔底物流出口流率为500kmol/h,正丁醇摩尔分数为99.9％。主要参数如图4所示，主要操作条件及消耗见表3。
表1循环双效精馏与常规精馏塔比较(Me1/Me2)
表2循环双效精馏与常规精馏塔比较(MCP/CH)
表3循环双效精馏与常规精馏塔比较(异丁醇/正丁醇)
Claims (5)
1.一种近沸点物系循环双效精馏设计方法，设近沸点物系为A/B，其中A为轻组分，B为重组分，包括：构建精馏系统，包括泵(1)、高压精馏塔(2)、高压精馏塔再沸器(3)、冷热物流换热器(4)和低压精馏塔(5)、低压精馏塔冷凝器(6)，待精馏的原始进料与来自低压精馏塔(5)塔顶的循环物流相混合，通过泵(1)加压进入高压精馏塔(2)，高压精馏塔设计要求只保塔顶，而不对塔底进行分离要求设置；由冷热物流换热器(4)作为低压精馏塔塔底再沸器和高压精馏塔的冷凝器，高压精馏塔(2)塔顶产品为低压精馏塔塔底再沸器提供能量以保证其正常操作；高压精馏塔塔底物流经过高压精馏塔再沸器(3)后进入低压精馏塔(5)；低压塔设计要求只保塔底，即只有塔底满足分离要求。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，通过控制低压精馏塔塔顶的循环物流的循环流量，使得低压精馏塔塔顶分离至与原始进料组成相同，以保证精馏系统不发生返混现象。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，原始进料为甲基三氯硅烷/二甲基氯硅烷(Me1/Me2)，高压精馏塔的塔顶压力为210-230kPa，塔顶温度为90-96℃；低压精馏塔的塔顶压力为100-120kPa，塔顶温度为68-74℃。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，采用原始进料为甲基环戊烷/环己烷(MCP/CH)，高压精馏塔2的塔顶压力为230--250kPa，塔顶温度为99-105℃；低压精馏塔的塔顶压力为100-120kPa，塔顶温度为68-74℃。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，采用原始进料为异丁醇/正丁醇，高压精馏塔2的塔顶压力为260--280kPa，塔顶温度为134-140℃；低压精馏塔的塔顶压力为100-120kPa，塔顶温度为68-74℃。
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