CN107405535A - 利用废热的蒸馏系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用废热的蒸馏系统，本发明的利用废热的蒸馏系统的特征在于，包括：废热供给源，用于接收供给原料并利用沸点差对所述供给原料进行分离，且在所述供给原料的分离过程中产生废热；换热部，用于使从供水源供给的水在所述换热部中与从所述废热供给源供给的所述废热进行换热而蒸发；机械蒸气再压缩(MVR：Mechanical Vapor Recompression)模块，用于接收所述换热部中生成的水蒸气并进行压缩；及废水供给部，用于将其他工序中生成的废水向所述换热部供给，从而增加向所述机械蒸气再压缩模块供给的水蒸气的量。

Description

利用废热的蒸馏系统

技术领域

本发明涉及一种利用废热的蒸馏系统，更为详细地，涉及一种在向机械蒸气再压缩模块供给通过使从废热供给源供给的废热和水在换热部进行换热而生成的水蒸气时，向换热部供给在其他工序中使用后剩余的废水，从而能够增加向机械蒸气再压缩模块供给的水蒸气的量的利用废热的蒸馏系统。

背景技术

蒸馏系统用于利用沸点差对供给原料内存在的混合物质进行蒸发分离。在蒸馏系统的上部，低沸点物质(high volatile component)被蒸发而以塔顶蒸气(overheadvapor)的形式分离，在蒸馏系统的下部，高沸点物质(low volatile component)以未蒸馏形式分离。此时，低沸点物质和高沸点物质可分别为单一成分，也可分别为两种成分以上的混合物。

图1是示意地表示具备汽提容器的以往的蒸馏系统的图。参照图1，具备汽提容器的以往的蒸馏系统10包括用于使从供给部15供给的供给原料分离成高沸点物质与低沸点物质的汽提容器11和用于使低沸点物质的塔顶蒸气冷凝的冷凝器12。

利用汽提容器11，对低沸点物质进行去除及提纯而作为原料物质来回收，对高粘度的高沸点物质进行干燥而得到最终产品。当从蒸汽供给部14向汽提容器11供给蒸汽时，蒸汽直接与汽提容器11下部的高粘度混合物质接触而传热，并且因该热，混合物质中的低沸点物质被蒸发并与水蒸气一起作为塔顶蒸气来排出，而混合物质中的高沸点物质与蒸汽的冷凝水一起向外部排出。

冷凝器12为对从汽提容器11供给的塔顶蒸气进行冷凝而向水传递最大的热量，从而生成与传递热量相应热量的水蒸气的结构。接收塔顶蒸气传递的热的水成为饱和水蒸气后被供给到压缩模块(未图示)。

为了解决在直接压缩塔顶蒸气时需要过多的压缩的问题，冷凝器12对通过与塔顶蒸气的换热所生成的饱和水蒸气进行压缩。

然而，向冷凝器12供给的塔顶蒸气局限于从汽提容器11排出的塔顶蒸气，因此具有所生成的饱和水蒸气的量受限的问题。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的是解决这种以往的问题，其涉及一种利用废热的蒸馏系统，该系统在向机械蒸气再压缩模块供给通过使从废热供给源供给的废热和水在换热部进行换热而生成的水蒸气时，向换热部供给在其他工序中使用后剩余的废水，并使该水蒸气在与机械蒸气再压缩模块的抽吸压力相同的压力下减压蒸发，从而在无需额外的结构的情况下能够增加向机械蒸气再压缩模块供给的饱和水蒸气的量。

技术方案

所述目的通过本发明的利用废热的蒸馏系统来实现，该利用废热的蒸馏系统的特征在于，包括：废热供给源，用于接收供给原料并利用沸点差对所述供给原料进行分离，且在所述供给原料的分离过程中产生废热；换热部，用于使从供水源供给的水在所述换热部中与从所述废热供给源供给的所述废热进行换热而蒸发；机械蒸气再压缩(MVR：Mechanical Vapor Recompression)模块，用于接收所述换热部中生成的水蒸气并进行压缩；及废水供给部，用于将其他工序中生成的废水向所述换热部供给，从而增加向所述机械蒸气再压缩模块供给的水蒸气的量。

在此，优选所述废水供给部向所述换热部的气液分离部供给所述废水。

在此，优选所述气液分离部为用于对由所述水蒸发而成的水蒸气和未蒸发的水进行分离的区域。

在此，优选所述废水为热水。

在此，优选所述废热供给源为蒸发分离器，所述废热为从所述蒸发分离器排出的塔顶蒸气。

在此，优选在所述机械蒸气再压缩模块中被压缩的饱和水蒸气中的至少一部分被供给到所述废热供给源。

在此，优选所述换热部为立式降膜蒸发器(VFFE：Vertical Falling FilmEvaporator)。

在此，优选所述换热部为卧式降膜蒸发器(HFFE：Horizontal Falling FilmEvaporator)。

在此，优选所述换热部为釜式换热器。

发明效果

根据本发明，提供一种利用废热的蒸馏系统，该系统在向机械蒸气再压缩模块供给通过使从废热供给源供给的废热和水在换热部进行换热而生成的水蒸气时，向换热部供给在其他工序中使用后剩余的废水，从而能够增加向机械蒸气再压缩模块供给的水蒸气的量。

此外，采用废水对减压水蒸气进行压缩来再使用的机械蒸气再压缩模块的投资经济性较低，从而被排除在研究对象外。但本发明提供一种利用废热的蒸馏系统，该系统将通过对废水进行减压蒸发而生成的水蒸气与通过从废热供给源供给的废热和水的换热而生成的水蒸气一起向机械再压缩模块130供给，从而获得在彼此不同的废热源之间互相提高经济价值的效果。

此外，提供一种利用废热的蒸馏系统，该系统通过向换热部供给废水并且压缩成机械蒸气再压缩模块所要求的温度及压力，从而无需用于使废水膨胀蒸发的闪蒸器(flashvessel)等额外的结构。

此外，提供一种利用废热的蒸馏系统，该系统在换热部中使作为废热的塔顶蒸气和水进行换热，从而能够与低沸点物质的成分或饱和蒸气压的差异无关地应用，因此不受汽提对象物质种类的限制。

附图说明

图1为示意地表示具备汽提容器的以往的蒸馏系统的图，

图2为示意地表示根据本发明的一实施例的利用废热的蒸馏系统图，

图3为表示在图2的利用废热的蒸馏系统中未向换热部供给热水的情况的示意的说明图，

图4为图2的利用废热的蒸馏系统的应用例，

图5为图2的利用废热的蒸馏系统的换热部的立体图，

图6为示意地表示在图2的利用废热的蒸馏系统的换热部中的换热状态的图，

图7为图2的利用废热的蒸馏系统的另一应用例，

图8为图2的利用废热的蒸馏系统的另一应用例。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的一实施例的利用废热的蒸馏系统进行详细的说明。

图2为示意地表示根据本发明的一实施例的利用废热的蒸馏系统图。参照图2，本发明的一实施例的利用废热的蒸馏系统100包括：废热供给源110，用于接收供给原料及蒸汽且对供给原料进行分离时产生废热；换热部120，用于使从废热供给源110排出的废热在所述换热部120与水进行换热；机械蒸气再压缩模块130，用于接收换热部120中生成的饱和水蒸气并对饱和水蒸气进行压缩；及废水供给部140，向换热部120供给废水。

废热供给源110为用于利用沸点差对通过供给部(未图示)供给的供给原料进行分离，并向换热部120供给在分离供给原料时产生的废热，从而在换热部120中使水蒸发的结构。在此，供给原料例如可为合成橡胶的聚合反应后生产的混合物质等。

蒸馏系统必须包括利用沸点差来分离物质的蒸发分离器，这种蒸发分离器具有蒸馏塔(distillation column)、精馏塔(rectification column)、汽提塔(strippingcolumn)和汽提容器(stripping vessel，stripper)等。

在蒸发分离器中，当提取低沸点物质用作目标对象产品时使用精馏塔，当提取高沸点物质用作目标对象产品时使用汽提塔或者汽提容器。汽提塔主要用于提取低粘度的高沸点物质，汽提容器主要用于提取高粘度的高沸点物质。

即，废热供给源110表示蒸发分离器，可根据对象产品由蒸馏塔、精馏塔、汽提塔及汽提容器中的至少一个来设置。

从原料供给部(未图示)向废热供给源110内部供给供给原料，为了分离供给原料从蒸汽供给部(未图示)向废热供给源110内部供给蒸汽。蒸汽直接与包括在供给原料中的高沸点物质接触而传递热量，通过该传递的热量使包括在供给原料中的低沸点物质蒸发并与水蒸气一起作为塔顶蒸气排出，该塔顶蒸气被供给到换热部120。即，废热表示在分离供给原料时产生的塔顶蒸气。

换热部120对从废热供给源110供给的塔顶蒸气进行冷凝后，向水传递最大的量，从而生成对传递热量相应热量的水蒸气。从额外的供水源向换热部120供给水，换热部120对塔顶蒸气进行冷凝而向水传递热量，从而使水的温度和压力成为机械蒸气再压缩模块130所要求的温度及压力。

在本实施例中不对塔顶蒸气进行压缩，而对与塔顶蒸气进行换热而生成的水蒸气进行压缩，因此在蒸馏饱和蒸气压不同的两种成分以上的低沸点物质时也能不受限制地得到应用。而且，用水的蒸发潜热去除塔顶蒸气的冷凝潜热，从而与采用循环冷却水的显热来去除塔顶蒸气的冷凝潜热相比，能够减少相当多的量的所需的水。

机械蒸气再压缩模块(MVR：Mechanical Vapor Recompression)130为用于将换热部120中生成的饱和水蒸气压缩成在废热供给源110中所需的温度及压力的结构。

向机械蒸气再压缩模块130供给的饱和水蒸气被压缩，优选被压缩成在废热供给源110中所要求的温度及压力后，向废热供给源110供给并且用作分离供给原料的热源。

废水供给部140用于增加向机械蒸气再压缩模块130流入的饱和水蒸气的量。本发明中的废水表示在其他工序中使用后剩余的热水。

在机械蒸气再压缩模块130中压缩的饱和水蒸气向废热供给源110供给，并且用作分离供给原料的热源。即，本发明利用废热供给源110中生成的废热即塔顶蒸气，在换热部120中由水生成饱和水蒸气后，对饱和水蒸气进行压缩并将压缩的饱和水蒸气再于分离供给原料中使用。

但是，在废热供给源110分离供给原料而生成的塔顶蒸气的量有限，因此具有与塔顶蒸气进行换热而生成的饱和水蒸气的量也有限的问题。即，由于向机械蒸气再压缩模块130供给的饱和水蒸气的量有限，因此具有不足以再次将饱和水蒸气向废热供给源110供给而作为热源来使用的问题。

因此，在本发明中通过废水供给部140向换热部120供给在其他工序中使用后剩余的工程用水即热水，从而增加饱和水蒸气的量。此时，可使用分别在其他工序中使用后剩余的热水，此时，热水的温度可为100℃～250℃等不同的温度。

热水流入换热部120。在此，气液分离部为通过水和塔顶蒸气的换热使饱和水蒸气分离的区域。或者，气液分离部为水和饱和水蒸气共存的区域。更为详细地，在气液分离部中，从与塔顶蒸气换热的水生成的饱和水蒸气向机械蒸气再压缩模块130移动，剩余水被排出并且再向换热部120供给。从废水供给部140供给的热水被供给到换热器120的气液分离部，该热水被减压到与机械蒸气再压缩模块130的抽吸压力相同的压力而成为相同温度的饱和水蒸气后，被供给到机械蒸气再压缩模块130。

例如，当温度为165℃且饱和蒸气压为7barA的热水被供给到气液分离部并被减压至1barA(饱和蒸气温度＝100℃)时，成为100℃的水的同时放出65000kcal/h的热量，并且变为120.6kg/h的水蒸气。此时，水放出的热量65000kcal/h从(165-100)℃×1000kg/h×1kcal/kg℃导出，120.6kg/h的水蒸气从(65000kcal/h)/(539kcal/kg)导出。在此，539kcal/kg为100℃水蒸气的潜热。

另外，由于机械蒸气再压缩模块130抽吸气液分离部的蒸发蒸气，因此水的蒸发压力和热水的减压蒸发压力相同。

图3为表示在图2的利用废热的蒸馏系统中未向换热部供给热水情况下的示意的说明图。参照图3，在未向换热部供给热水的情况下，需要闪蒸器(flash vessel)，以便能够由热水生成饱和水蒸气并向机械蒸气再压缩模块130供给。即，需要一种用于对水进行减压蒸发的额外的装置。

但是，本发明具备换热部120，以便通过水的蒸发潜热来去除塔顶蒸气的冷凝潜热，而不压缩塔顶蒸气，从而与通过显热去除的冷却水量相比使用相当少的水。向该换热部120供给在其他工序中使用后剩余的废水即热水，从而获得无需额外的闪蒸器且能增加向机械蒸气再压缩模块130供给的饱和水蒸气量的优异效果。

此外，废水所具有的热量根据起始温度和减压后温度的差异而变化。例如，当温度差为10℃时，根据热水的热量10kcal/h和用于向机械蒸气再压缩模块供给的水蒸气的蒸发潜热(540～560)kcal/kg计算经过减压蒸发而能够水蒸气化的流量，则该流量仅为10/(540～560)kg/h。因此，采用废热水对减压水蒸气进行压缩来再使用的机械蒸气再压缩模块的投资经济性较低，从而被排除在研究对象外，但在本发明中将通过对废水进行减压蒸发而生成的水蒸气与通过从废热供给源供给的废热和水的换热所生成的水蒸气一起向机械再压缩模块130供给，从而获得在彼此不同的废热源之间互相提高经济价值的效果。

下面，对本发明的一实施例的利用废热的蒸馏系统的应用例进行说明。

图4为图2的利用废热的蒸馏系统的应用例。参照图4，本发明的一实施例的利用废热的蒸馏系统包括：汽提模块110，用于接收供给原料；换热部120，用于使从汽提模块110排出的塔顶蒸气和水进行换热；机械蒸气再压缩模块130，用于接收换热部120中生成的饱和水蒸气并对饱和水蒸气进行压缩；废水供给部140，用于向换热部120供给废水；冷凝器150，用于接收在换热部120未被冷凝的塔顶蒸气并对其进行冷凝；蒸馏塔160及再沸器170。

汽提模块110用于去除在供给原料中的低沸点单体，并获取高粘度的高沸点聚合物，意味着汽提容器模块。在此，供给原料可以例举合成橡胶的聚合反应后生产的混合物质等。

通过根据汽提模块110所要求的温度等条件来控制的阀门等，从蒸汽供给部(未图示)向汽提模块110供给蒸汽。此外，在机械蒸气再压缩模块130中压缩的饱和水蒸气被供给到汽提模块110中。即，蒸汽和饱和水蒸气为相同的物质。从蒸汽供给部(未图示)供给的蒸汽直接与汽提模块110下部的高沸点物质接触而传热，并且通过该热，包括在混合物质中的低沸点物质蒸发并与水蒸气一起作为塔顶蒸气排出。

另外，在本应用例中汽提模块110由单个汽提容器设置，但并不一定限于此，也可由多个汽提容器设置，并在各个汽提容器中分离沸点不同的物质。

图5为图2的利用废热的蒸馏系统的换热部的立体图。换热部120为对从废热供给源110供给的塔顶蒸气进行冷凝，向水传递最大的热量，从而生成与传递的热量相应热量的水蒸气的结构。在换热部120中，从额外的供水源供给水，换热部120对塔顶蒸气进行冷凝而向水传递热量，以使水具有机械蒸气再压缩模块130所要求的温度及压力。在本应用例中，换热部120为立式降膜蒸发器(VFFE：Vertical Falling Film Evaporator)。

图6为示意地表示在图2的利用废热的蒸馏系统的换热部中的换热状态的图。参照图6，如A所示，从额外的供水源向换热部120内部供给水，被供给的水沿管121的内部移动。另外，从汽提模块110排出的塔顶蒸气如B所示向换热部120的内部供给。管121内部的水和塔顶蒸气进行换热。塔顶蒸气被冷凝后如C所示被排出，水接收塔顶蒸气传递的热量后其中一部分成为饱和水蒸气。水和饱和水蒸气降落并被供给到气液分离部122的内部，水如E所示被排出，饱和水蒸气如D所示被排出。如D所示被排出的饱和水蒸气被供给到机械蒸气再压缩模块130，如E所示被排出的水被循环并如A所示再被供给到换热器内部。另外，从废水供给部140供给的热水被供给到气液分离部122。

图7为图2的利用废热的蒸馏系统的另一应用例，图8为图2的利用废热的蒸馏系统的另一应用例。在本应用例中，换热部120为立式降膜蒸发器(VFFE：Vertical FallingFilm Evaporator)，但并不一定限于此，可由卧式降膜蒸发器(HFFE：Horizontal FallingFilm Evaporator)或者釜式换热器来设置。

机械蒸气再压缩模块(MVR：Mechanical Vapor Recompression)130为用于将换热部120中生成的饱和水蒸气压缩为汽提模块110所需温度及压力的结构。被供给到机械蒸气再压缩模块130中的饱和水蒸气被压缩，优选地，饱和水蒸气被压缩为汽提模块110所需温度及压力后，被供给到汽提模块110并作为用于分离供给原料的热源来使用。

机械蒸气再压缩模块130可使用高速压缩器、低速送风离心压缩器等。当使用送风离心压缩器时，送风离心压缩器为10000rpm以下低速的送风离心压缩器，其价格较为低廉，且由于低速运行，具有在长时间运行时能够稳定运行而无压缩器损伤的优点。只是，送风离心压缩器为10000rpm以下，优选为4000～7000rpm的低速压缩器，与高速多级涡轮压缩器相比压缩比小，因此为了弥补低压缩比，由多个送风离心压缩器构成。即，在换热部120中饱和的饱和水蒸气根据规定的压缩比在多个送风离心压缩器中多级压缩。在本实施例中，机械式蒸气再压缩装置以低速送风离心压缩器为例进行了说明，但是若能将换热部120中生成的饱和水蒸气压缩成汽提模块110所要求的温度及压力，则并不限于此。

机械蒸气再压缩模块130的流入端可设置有流量控制部131。在汽提模块110的初始驱动时塔顶蒸气量不多，因此，可能会导致换热部120中生成的饱和水蒸气的量少，当少于机械式蒸气再压缩模块130所要求的流量时，有可能发生噪音及振动，导致机械式蒸气再压缩模块130受损。此时，可通过设置流量控制部131来防止上述问题。流量控制部131可包括进气导叶(IGV：Inlet Guide Vane)或者变频电动机控制等。

冷凝器150为用于对换热部120中未冷凝的塔顶蒸气进行冷凝的结构。在换热部120中未冷凝的塔顶蒸气被供给到冷凝器150，在冷凝器150中最终冷凝。在冷凝器150中生成的冷凝液根据比重分离后被供给到蒸馏塔160。

蒸馏塔160为用于接收冷凝器150中生成的冷凝水并进行精馏的结构，再沸器(reboiler)170为用于向蒸馏塔160供给蒸汽的结构。向蒸馏塔160供给蒸汽后，在再沸器170中生成的蒸汽的冷凝水被膨胀蒸发后作为用于分离供给原料的热源来被供给到汽提模块110，并且在蒸馏塔160中生成的塔顶蒸气被供给到换热部120。即在本应用例中，最初汽提模块110为废热供给源，在蒸馏塔160中生成塔顶蒸气后汽提模块110和蒸馏塔160为废热供给源。

下面，对上述本发明实施例的利用废热的蒸馏系统的应用例的操作进行说明。

首先，从供给部(未图示)向汽提模块110供给供给原料。通过根据汽提模块110所要求的温度等条件来控制的阀门，从蒸汽供给部(未图示)向汽提模块110供给蒸汽。蒸汽直接与汽提模块110下部的高沸点物质接触而传热。通过该热，供给原料中具有一定温度以下沸点的低沸点物质蒸发并与水蒸气一起作为塔顶蒸气排出，高沸点物质未被蒸馏而分离。

从汽提模块110排出的塔顶蒸气流入换热部120。塔顶蒸气的一部分在换热部120中冷凝，并对从额外的供水源向换热部120供给的水传递热量。接收塔顶蒸气传递的热的水成为饱和水蒸气后被供给到机械蒸气再压缩模块130，未冷凝的塔顶蒸气被供给到冷凝器150。

另外，从废水供给部140向换热部120的气液分离部122供给热水。当热水被供给到气液分离部122时，热水通过减压蒸发成为饱和水蒸气并被供给到机械蒸气再压缩模块130，其中，气液分离部122用于对通过使水和塔顶蒸气进行换热而生成的饱和水蒸气和水进行分离。即，通过从额外的供水源供给的水生成的饱和水蒸气和通过从废水供给部140供给的热水生成的饱和水蒸气被供给到机械蒸气再压缩模块130。

在换热部120中未冷凝的塔顶蒸气被供给到冷凝器150，并且最终被冷凝。在冷凝器150生成且分离的冷凝液被供给到蒸馏塔160并被精馏。此时，为了在蒸馏塔160中的精馏，从再沸器170供给蒸汽。向蒸馏塔160供给蒸汽后，在再沸器170中生成的蒸汽的冷凝水被膨胀蒸发后向汽提模块110供给，在蒸馏塔160中生成的塔顶蒸气被供给到换热部120。

另外，被供给到机械蒸气再压缩模块130的饱和水蒸气被压缩成具有汽提模块110所要求的温度及压力后被供给到汽提模块110，且作为用于在汽提模块110分离供给原料的热源来使用。由于向换热部120供给热水，向机械蒸气再压缩模块130供给的饱和水蒸气的量充分，因此通过机械蒸气再压缩模块130向汽提模块110供给的蒸汽的量充分。

因此，本发明提供一种利用废热的蒸馏系统，该利用废热的蒸馏系统在向机械蒸气再压缩模块供给通过使从废热供给源供给的废热和水在换热部进行换热而生成的水蒸气时，向换热部供给在其他工序中使用后剩余的废水，从而在无需额外结构的情况下能够增加向机械蒸气再压缩模块供给的饱和水蒸气的量。

本发明的权利范围并不限于上述实施例，而是在所附的权利要求书的范围内可由多种形式的实施例来实现。在不脱离权利要求书所要求保护的本发明精神的范围内，本领域技术人员均能变形的多种范围均落入本发明的权利要求书中记载的范围内。

Claims (9)

1.一种利用废热的蒸馏系统，其特征在于，包括：

废热供给源，用于接收供给原料并利用沸点差对所述供给原料进行分离，且在所述供给原料的分离过程中产生废热；

换热部，用于使从供水源供给的水在所述换热部中与从所述废热供给源供给的所述废热进行换热而蒸发；

机械蒸气再压缩模块，用于接收所述换热部中生成的水蒸气并进行压缩；及

废水供给部，用于将其他工序中生成的废水向所述换热部供给，从而增加向所述机械蒸气再压缩模块供给的饱和水蒸气的量。

2.根据权利要求1所述的利用废热的蒸馏系统，其特征在于，

所述废水供给部向所述换热部的气液分离部供给所述废水。

3.根据权利要求2所述的利用废热的蒸馏系统，其特征在于，

所述气液分离部为用于对由所述水蒸发而成的水蒸气和未蒸发的水进行分离的区域。

4.根据权利要求1所述的利用废热的蒸馏系统，其特征在于，

所述废水为热水。

5.根据权利要求1所述的利用废热的蒸馏系统，其特征在于，

所述废热供给源为蒸发分离器，所述废热为从所述蒸发分离器排出的塔顶蒸气。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的利用废热的蒸馏系统，其特征在于，

在所述机械蒸气再压缩模块中被压缩的饱和水蒸气中的至少一部分被供给到所述废热供给源。

7.根据权利要求6所述的利用废热的蒸馏系统，其特征在于，

所述换热部为立式降膜蒸发器。

8.根据权利要求6所述的利用废热的蒸馏系统，其特征在于，

所述换热部为卧式降膜蒸发器。

9.根据权利要求6所述的利用废热的蒸馏系统，其特征在于，

所述换热部为釜式换热器。