CN108704330B - 一种低能耗变压精馏系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低能耗变压精馏系统，主要包括高压塔、低压塔、第一换热器和第一冷凝器，高压塔的进料口与进料管道连通；高压塔底部的物料出口与低压塔的进料口连通，低压塔的产品出口与产品输出管道A连通；高压塔顶部的物料出口与第一换热器的热源入口连通，第一换热器的热源出口与第一冷凝器的热源入口连通，第一冷凝器的热源出口与高压塔连通，第一冷凝器的热源出口与产品输出管道B连通；所述第一换热器的冷源入口与低压塔的底部入口连通，第一换热器的冷源出口与高压塔连通；第一换热器的冷源出口与低压塔连通。本发明的有益效果为：本发明设置两组换热器，利用高压塔内流出的温度高的物流与低压塔内的低温度物流进行预热，减少高压塔的热负荷。

Description

一种低能耗变压精馏系统
技术领域
本发明涉及变压精馏技术领域，具体涉及一种低能耗变压精馏系统。
背景技术
对于共沸体系，普通的精馏分离方法很难将其进行有效的分离。特殊精馏方法，如萃取精馏、共沸精馏、加盐萃取精馏等虽然可以实现共沸体系的有效分离，但因存在夹带剂的选择难、回收提纯难、能耗大等问题，因此在工业生产中应用受到限制。
对压力敏感的共沸体系可以采用变压精馏的方法分离。下面以分离乙二胺-水最大共沸体系来描述变压精馏过程的能耗问题。乙二胺又称1，2-二氨基乙烷、二胺基乙烯、乙烯二胺，具有碱性和表面活性的特点，是一种重要的化工原料和精细化工中间体，用途十分广泛，而乙二胺-水可形成最高共沸体系；对该体系采用变压精馏分离，并进行部分热集成。然而，在热集成变压精馏过程中，低压塔的再沸器能耗由高压塔塔顶蒸汽提供，因此整个系统的能耗主要源于高压塔，高压塔的高能耗，导致整个系统的设备投资成本和运营成本高。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技的不足，提供一种低能耗变压精馏系统，减少高压塔热负荷，解决现有技术中高压塔能耗高、设备投资大的问题。
本发明采用的技术方案为：一种低能耗变压精馏系统，主要包括高压塔、低压塔、第一换热器和第一冷凝器，高压塔的进料口与进料管道连通；高压塔底部的物料出口与低压塔的进料口连通，低压塔的产品出口与产品输出管道A连通；高压塔顶部的物料出口与第一换热器的热源入口连通，第一换热器的热源出口与第一冷凝器的热源入口连通，第一冷凝器的热源出口经回流管道A与高压塔的回流口A连通，第一冷凝器的热源出口与产品输出管道B连通；所述第一换热器的冷源入口与低压塔的底部入口连通，第一换热器的冷源出口通过回流管道B与高压塔连通，回流管道B上安设循环泵；第一换热器的冷源出口与低压塔连通。
按上述方案，所述变压精馏系统还包括第二换热器，高压塔的底部出口通过管道与第二换热器的热源入口连通，第二换热器的热源出口与低压塔连通；所述循环泵的出口与第二换热器的冷源入口连通，第二换热器的冷源出口通过管道与高压塔连通。
按上述方案，所述变压精馏系统还包括再沸器，再沸器的入口与高压塔的底部出口连通，再沸器的蒸汽出口通过管道与高压塔的内部连通，再沸器的液体出口与第二换热器的热源入口连通。
按上述方案，所述变压精馏系统还包括第二冷凝器，所述第二冷凝器的入口与低压塔的产品出口连通，第二冷凝器的出口经回流管道B与低压塔顶部的回流口B连通。
按上述方案，进料管道上配置加压泵。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述变压精馏系统设置两组换热器，利用高压塔内流出的温度高的物流与低压塔内的低温度物流进行预热，减少高压塔的热负荷；
2、本发明所述变压精馏系统提高高压塔的压力时，高压塔塔顶温度升高，低压塔塔底需要加热物流与高压塔塔顶的蒸汽物流热集成时的传热推动力增大；由于需加热的物流所需的热流量一定，因此热集成外加换热器的换热面积减小，设备投资费用减小；当共沸体系对压力较为敏感，适当增大高压塔的压力可使共沸物的组分发生改变，有利于分离，高压塔塔顶塔底热负荷减小，操作费用减小；
3、本发明所述变压精馏系统提高高压塔的压力时，高压塔塔顶的热负荷减少，低压塔塔底的热负荷改变不大，部分热集成回用的能量比例增大，额外冷凝器的负荷减小，能耗降低，投资成本减少；
4、本发明所述变压精馏系统适用于变压精馏分离二元共沸物、乙二胺-水最大共沸体系、甲苯-异丙醇最小共沸体系、乙醇-甲苯最小共沸体系、甲醇-乙腈最小共沸体系等的分离。
5、本发明所述变压精馏系统设计合理，稳定性高。
附图说明
图1本发明一个具体实施例的流程图。
其中：1、加压泵；2、高压塔；3、低压塔；4、第一换热器；5、循环泵；6、第二换热器；7、第一冷凝器；8、再沸器；9、第二冷凝器。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步地描述。
如图1所示的一种低能耗变压精馏系统，主要包括高压塔2、低压塔3、第一换热器4和第一冷凝器7，高压塔2的进料口与进料管道连通，进料管道上配置加压泵1；高压塔2底部的物料出口与低压塔3的进料口连通，低压塔3的产品出口与产品输出管道A连通；高压塔3顶部的物料出口与第一换热器4的热源入口连通，第一换热器4的热源出口与第一冷凝器7的热源入口连通，第一冷凝器7的热源出口经回流管道A与高压塔2的回流口A连通(回流口A设于高压塔2的上部)，第一冷凝器7的热源出口与产品输出管道B连通；所述第一换热器4的冷源入口与低压塔3的底部入口连通，第一换热器4的冷源出口通过回流管道B与高压塔2连通，回流管道B上安设循环泵5；第一换热器4的冷源出口与低压塔3连通。
优选地，所述变压精馏系统还包括第二换热器6，高压塔2的底部出口通过管道与第二换热器6的热源入口连通，第二换热器6的热源出口与低压塔3的连通；所述循环泵5的出口与第二换热器6的冷源入口连通，第二换热器6的冷源出口通过管道与高压塔2连通。
优选地，所述变压精馏系统还包括再沸器8，再沸器8的入口与高压塔2的底部出口连通，再沸器8的蒸汽出口通过管道与高压塔2的内部连通，再沸器8的液体出口与第二换热器6的热源入口连通。
优选地，所述变压精馏系统还包括第二冷凝器9，所述第二冷凝器9的入口与低压塔3的产品出口连通，第二冷凝器9的出口经回流管道B与低压塔2顶部的回流口B连通。
以下以分离易形成共沸物的乙二胺和水两种物质为例，对本发明的工作原理进行说明。本实施例中，初始状态下高压塔2的操作压力为2atm,低压塔3的操作压力为0.1atm；进入高压塔2的乙二胺与水的共沸物流量为100kmol/h(其中乙二胺40％mol，水60％mol)，压力为0.15MPa，温度为50℃。乙二胺与水的混合物流经加压泵1加压后，沿管道进入高压塔2内精馏分离，含高纯度水的气相物流从高压塔2的顶部出口排出，并进入第一换热器4内换热，换热后的气相物流(含高纯度水)温度降低，未完全冷凝的蒸汽经第一冷凝器7全部冷凝，一部分冷凝液作为回流液回流进入高压塔2继续精馏分离，另一部分冷凝液(含高纯度水)则作为产品输出流量为60.1kmol/h，摩尔浓度99.5％的水；乙二胺-水形成的最大共沸物从高压塔2的底部出口排出，部分经再沸器8再沸后变成蒸汽，部分回流至高压塔2，部分蒸汽经第二换热器6换热液化后进入低压塔2继续精馏；低压塔2内的液相共沸物流进入第一换热器4换热后温度升高，部分再沸成蒸汽物流，蒸汽物流再次进入低压塔3的底部，部分液相共沸物流经循环泵5循环进入高压塔2；最后，在低压塔3的顶部采出流量为39.9kmol/h，摩尔浓度99.5％的乙二胺，此时再沸器8负荷为6089.52kW。
将高压塔2的压力由原来的2atm升高到4atm，再沸器8热负荷降低为3796.2kW，高压塔2内流出的共沸物流先进入第二换热器6内与经循环泵5的循环物流换热，换热后的高压塔2内流出的共沸物流温度从442K降为408K，循环物流温度从349K升高至403K，再沸器8的负荷降低为3703.46kW。由上可知，适当提高变压精馏过程中高压塔2的操作压力，可增加高压塔2内物流的温度，减少热集成中第一换热器4的换热面积，减小设备投资费用，同时减小高压塔2塔顶及塔底热负荷，降低能耗，降低操作费用；增大高压塔2的压力，高压塔2塔顶热负荷减少，低压塔3塔底热负荷改变不大，部分热集成回用的能量比例增大，冷凝器的负荷减小，能耗降低，该部分投资成本减少。高压塔2的压力不能无限制地增大或减小，否则会超出设备对压力的承受能力；根据国家对压力容器标准的划分，0.1～1.6MPa属于低压容器，故应控制高压塔2的操作压力变化范围为1～10atm。此外可利用高压塔2塔底高温物流给循环物流预热，进一步改进流程，减少高压塔2的热负荷。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低能耗变压精馏系统，其特征在于，主要包括高压塔、低压塔、第一换热器和第一冷凝器，高压塔的进料口与进料管道连通；高压塔底部的物料出口与低压塔的进料口连通，低压塔的产品出口与产品输出管道A连通；高压塔顶部的物料出口与第一换热器的热源入口连通，第一换热器的热源出口与第一冷凝器的热源入口连通，第一冷凝器的热源出口经回流管道A与高压塔的回流口A连通，第一冷凝器的热源出口与产品输出管道B连通；所述第一换热器的冷源入口与低压塔的底部入口连通，第一换热器的冷源出口通过回流管道B与高压塔连通，回流管道B上安设循环泵；第一换热器的冷源出口与低压塔连通；所述变压精馏系统还包括第二换热器，高压塔的底部出口通过管道与第二换热器的热源入口连通，第二换热器的热源出口与低压塔的上部连通；所述循环泵的出口与第二换热器的冷源入口连通，第二换热器的冷源出口通过管道与高压塔连通。
2.如权利要求1所述的低能耗变压精馏系统，其特征在于，所述变压精馏系统还包括再沸器，再沸器的入口与高压塔的底部出口连通，再沸器的蒸汽出口通过管道与高压塔的内部连通，再沸器的液体出口与第二换热器的热源入口连通。
3.如权利要求1所述的低能耗变压精馏系统，其特征在于，所述变压精馏系统还包括第二冷凝器，所述第二冷凝器的入口与低压塔的产品出口连通，第二冷凝器的出口经回流管道B与低压塔顶部的回流口B连通。
4.如权利要求1所述的低能耗变压精馏系统，其特征在于，进料管道上配置加压泵。
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