CN113750556A - 一种高效蒸馏系统和蒸馏方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效蒸馏系统和蒸馏方法，负压蒸汽压缩机的所述压缩进口通过管路与蒸馏罐的蒸汽出口连通；冷凝设备的预热装置用于对蒸馏罐内的溶液进行预热，所述压缩出口通过管路经由预热装置的高温通道与冷凝溶液存储装置连通；通过设置负压蒸汽压缩机将蒸馏罐的低温蒸汽压缩形成高温蒸汽，高温蒸汽通过预热装置对蒸馏罐内的溶液进行预热，一方面，无需单独设置冷却系统在蒸汽排出前为其降温，同时实现蒸馏蒸汽的能量回收，大大提高系统能效，另一方面，通过负压蒸汽压缩机的设置，能够实现沸点差异较小的溶液蒸馏，从而大大提高蒸馏后目标液体的纯度。

Description

一种高效蒸馏系统和蒸馏方法
技术领域
本发明涉及蒸馏工艺技术领域，尤其涉及一种高效蒸馏系统和蒸馏方法。
背景技术
蒸馏是一种热力学分离工艺，其利用混合液体各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发再冷凝以分离各个组分，是蒸发和冷凝两种物理过程的结合。同时，蒸馏过程可以去除绝大部分杂质并能够杀死微生物。因此蒸馏工艺在很多领域中被广泛应用。
现有蒸馏方法中，由于蒸馏过程输入换热介质(导热油、蒸汽等)温度较高，导致在目标液体容器内，沸点低于目标液体以及沸点高于目标液体20℃以内的非目标液体一同被蒸馏出来，从而造成目标液体纯度较差，杂质较多。
此外，现有蒸馏方法耗能量很大，目标液体汽化过程中，换热介质温度较高，消耗大量热量，冷凝过程又要通过循环水冷却，需要消耗循环泵电能和冷却塔电能，造成能源被极大浪费。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种高效蒸馏系统和蒸馏方法。
本发明提出的一种高效蒸馏系统和蒸馏方法，包括：蒸馏罐、负压蒸汽压缩机和至少一个冷凝装置；
蒸馏罐上设有蒸汽出口和溶液进口，负压蒸汽压缩机上设有压缩进口和压缩出口，所述压缩进口通过管路与蒸馏罐的蒸汽出口连通；
冷凝设备包括预热装置和冷凝溶液存储装置，预热装置用于对蒸馏罐内的溶液进行预热，所述压缩出口通过管路经由预热装置的高温通道与冷凝溶液存储装置连通。
优选地，还包括真空泵，冷凝溶液存储装置上设有负压出口，所述负压出口与真空泵连通。
优选地，包括多个冷凝设备，多个冷凝设备在真空泵和负压蒸汽压缩机之间并联。
优选地，预热装置采用换热列管，蒸馏罐侧壁设有预热进口和预热出口，换热列管位于蒸馏罐内且两端分别与预热进口和预热出口连通。
优选地，蒸馏罐底部设有出液口。
优选地，冷凝溶液存储装置底部设有排液口，所述排液口处连接有负压泵。
优选地，所述压缩出口和所述预热装置之间的管路上设有第一电磁阀。
优选地，冷凝溶液存储装置和真空泵之间的管路上设有第二电磁阀。
本发明还提出一种基于上述的高效蒸馏系统实现的高效蒸馏方法，包括下列步骤：
通过预热装置对蒸馏罐内的溶液进行预热，通过蒸馏罐将预热后的溶液加热至预设温度形成低温蒸汽，通过负压蒸汽压缩机将所述低温蒸汽压缩形成高温蒸汽，然后通过所述预热装置对所述高温蒸汽进行降温获得沸点低于所述预设温度的冷凝溶液。
优选地，通过控制蒸馏罐的加热温度依次梯度增加，并通过多个冷凝设备分别获得沸点依次升高的多种冷凝溶液。
本发明中，所提出的高效蒸馏系统和蒸馏方法，负压蒸汽压缩机的所述压缩进口通过管路与蒸馏罐的蒸汽出口连通；冷凝设备的预热装置用于对蒸馏罐内的溶液进行预热，所述压缩出口通过管路经由预热装置的高温通道与冷凝溶液存储装置连通；通过设置负压蒸汽压缩机将蒸馏罐的低温蒸汽压缩形成高温蒸汽，高温蒸汽通过预热装置对蒸馏罐内的溶液进行预热，一方面，无需单独设置冷却系统在蒸汽排出前为其降温，同时实现蒸馏蒸汽的能量回收，大大提高系统能效，另一方面，通过负压蒸汽压缩机的设置，能够实现沸点差异较小的溶液蒸馏，从而大大提高蒸馏后目标液体的纯度。
附图说明
图1为本发明提出的一种高效蒸馏系统的一种结构示意图。
图2为本发明提出的一种高效蒸馏系统的另一种结构示意图。
图3为本发明提出的一种高效蒸馏系统的预热装置的结构示意图。
图4为本发明提出的一种高效蒸馏系统和蒸馏方法的工作原理图。
具体实施方式
如图1至4所示，图1为本发明提出的一种高效蒸馏系统和蒸馏方法的结构示意图，图2为本发明提出的一种高效蒸馏系统的另一种结构示意图，图3为本发明提出的一种高效蒸馏系统的预热装置的结构示意图，图4为本发明提出的一种高效蒸馏系统和蒸馏方法的工作原理图。
参照图1，本发明提出的一种高效蒸馏系统和蒸馏方法，包括：蒸馏罐1、负压蒸汽压缩机2和至少一个冷凝装置；
蒸馏罐1上设有蒸汽出口和溶液进口，负压蒸汽压缩机2上设有压缩进口和压缩出口，所述压缩进口通过管路与蒸馏罐1的蒸汽出口连通；
冷凝设备包括预热装置4和冷凝溶液存储装置5，预热装置4用于对蒸馏罐1内的溶液进行预热，所述压缩出口通过管路经由预热装置的高温通道与冷凝溶液存储装置5连通。
本实施例的高效蒸馏系统的具体工作过程中，通过预热装置4对蒸馏罐1内的溶液进行预热，通过蒸馏罐1将预热后的溶液加热至预设温度形成低温蒸汽，通过负压蒸汽压缩机2将所述低温蒸汽压缩形成高温蒸汽，然后通过所述预热装置4对所述高温蒸汽进行降温获得沸点低于所述预设温度的冷凝溶液。
在具体实施方式中，还包括真空泵3，冷凝溶液存储装置4上设有负压出口，所述负压出口与真空泵3连通。
在本实施例中，所提出的高效蒸馏系统和蒸馏方法，负压蒸汽压缩机的所述压缩进口通过管路与蒸馏罐的蒸汽出口连通；冷凝设备的预热装置用于对蒸馏罐内的溶液进行预热，所述压缩出口通过管路经由预热装置的高温通道与冷凝溶液存储装置连通；通过设置负压蒸汽压缩机将蒸馏罐的低温蒸汽压缩形成高温蒸汽，高温蒸汽通过预热装置对蒸馏罐内的溶液进行预热，一方面，无需单独设置冷却系统在蒸汽排出前为其降温，同时实现蒸馏蒸汽的能量回收，大大提高系统能效，另一方面，通过负压蒸汽压缩机的设置，能够实现沸点差异较小的溶液蒸馏，从而大大提高蒸馏后目标液体的纯度。
为了保证冷凝溶液的纯度，参照图2，本实施例所述的高效蒸馏系统可包括多个冷凝设备，多个冷凝设备在真空泵3和负压蒸汽压缩机2之间并联。在具体工作过程中，通过控制蒸馏罐1的加热温度依次梯度增加，并通过多个冷凝设备分别获得沸点依次升高的多种冷凝溶液；具体地，首先蒸馏罐的加热温度设置为T1，蒸发获得的蒸汽通过负压蒸汽压缩机压缩后，进入第一组冷凝设备冷凝获得第一冷凝溶液，然后将蒸馏罐的加热温度升高至T2，蒸发获得的蒸汽通过负压蒸汽压缩机压缩后，进入第二组冷凝设备冷凝获得第二冷凝溶液，以此类推，获得纯度较高的多种冷凝溶液。
在进一步具体设计方式中，蒸馏罐1底部设有出液口，当蒸馏冷凝结束后，杂质和沸点较高的非目标溶液残留在蒸馏罐中，通过出液口排出。
参照图3，在预热装置的具体设计方式中，预热装置4采用换热列管，蒸馏罐1侧壁设有预热进口和预热出口，换热列管位于蒸馏罐1内且两端分别与预热进口和预热出口连通。
在冷凝溶液存储装置的具体设计方式中，冷凝溶液存储装置5底部设有排液口，所述排液口处连接有负压泵，可通过负压泵将获得的目标冷凝溶液排出。
为了便于系统的自动控制，所述压缩出口和所述预热装置之间的管路上设有第一电磁阀6，和/或，冷凝溶液存储装置和真空泵3之间的管路上设有第二电磁阀7。
参照图4，下面通过实例详细说明本实施例的高效蒸馏系统的工作过程，预设目标液体的沸点为X℃。
第一步：分离沸点低于目标液体5℃左右的非目标液体
首先，利用真空泵维持目标溶液容器内的绝压10Kpa，启动时，蒸馏罐开始加热，维持目标溶液温度为(X-5)℃。电磁阀1、2打开，3、4关闭，开启负压蒸汽压缩机，建立蒸馏汽体压缩后与目标液体的换热循环，蒸馏罐停止加热。
基于Q(低沸点非目标液体汽化热)+Q(蒸汽压缩功)-Q(列管换热损耗)>Q(低沸点非目标液体所需汽化热)；
然后，让低于(X-5)℃沸点的非目标溶液先汽化，通过负压蒸汽压缩机将温度提升至(X+20)℃后，进入预热装置的列管1。
最后，压缩后的非目标汽体(绝压20Kpa、(X+20)℃状态)，通过列管1换热，将热量交换至目标溶液容器内，列管1中的非目标汽体(在绝压20Kpa、X℃状态)，部分变为液体，部分仍为汽态，该部分非目标液体和非目标气体收集后，通过负压泵1排出。
第二步：分离沸点高于目标液体5℃左右的非目标液体
首先，利用真空泵维持目标溶液容器内的绝压10Kpa，启动时，蒸馏罐开始加热，维持目标溶液温度为(X+5)℃。电磁阀1、2关闭，3、4打开，开启负压蒸汽压缩机，建立蒸馏汽体压缩后与目标液体的换热循环，蒸馏罐停止加热。
基于Q(目标液体汽化热)+Q(蒸汽压缩功)-Q(列管换热损耗)>Q(目标液体所需汽化热)
然后，目标溶液先汽化，沸点高于(X+5)℃非目标溶液不会汽化，通过负压蒸汽压缩机将温度提升至(X+20)℃后，进入容器内列管2。
最后，压缩后的目标气体(绝压20Kpa、(X+20)℃状态)，通过列管2换热，将热量交换至目标溶液容器内，列管2中的目标汽体(在绝压20Kpa、X℃状态)，变为液体，该目标液体收集后送至下一工序，该部分非目标液体留在蒸馏罐中，通过负压泵2排出，目标液体提纯度可达99.5％～99.999％。
最终，蒸馏罐内留下的为沸点高于(X+5)℃非目标溶液以及杂质，通过负压泵3排出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效蒸馏系统，其特征在于，包括：蒸馏罐(1)、负压蒸汽压缩机(2)和至少一个冷凝装置；
蒸馏罐(1)上设有蒸汽出口和溶液进口，负压蒸汽压缩机(2)上设有压缩进口和压缩出口，所述压缩进口通过管路与蒸馏罐(1)的蒸汽出口连通；
冷凝设备包括预热装置(4)和冷凝溶液存储装置(5)，预热装置(4)用于对蒸馏罐(1)内的溶液进行预热，所述压缩出口通过管路经由预热装置(4)的高温通道与冷凝溶液存储装置(5)连通。
2.根据权利要求1所述的高效蒸馏系统，其特征在于，还包括真空泵(3)，冷凝溶液存储装置(5)上设有负压出口，所述负压出口与真空泵(3)连通。
3.根据权利要求2所述的高效蒸馏系统和蒸馏方法，其特征在于，包括多个冷凝设备，多个冷凝设备在真空泵(3)和负压蒸汽压缩机(2)之间并联。
4.根据权利要求1所述的高效蒸馏系统，其特征在于，预热装置(4)采用换热列管，蒸馏罐(1)侧壁设有预热进口和预热出口，换热列管位于蒸馏罐(1)内且两端分别与预热进口和预热出口连通。
5.根据权利要求1所述的高效蒸馏系统，其特征在于，蒸馏罐(1)底部设有出液口。
6.根据权利要求1所述的高效蒸馏系统，其特征在于，冷凝溶液存储装置(5)底部设有排液口，所述排液口处连接有负压泵。
7.根据权利要求1所述的高效蒸馏系统，其特征在于，所述压缩出口和所述预热装置(4)之间的管路上设有第一电磁阀(6)。
8.根据权利要求1所述的高效蒸馏系统，其特征在于，冷凝溶液存储装置(5)和真空泵(3)之间的管路上设有第二电磁阀(7)。
9.一种基于根据权利要求1-8任一项所述的高效蒸馏系统实现的高效蒸馏方法，其特征在于，包括下列步骤：
通过预热装置(4)对蒸馏罐(1)内的溶液进行预热，通过蒸馏罐(1)将预热后的溶液加热至预设温度形成低温蒸汽，通过负压蒸汽压缩机(2)将所述低温蒸汽压缩形成高温蒸汽，然后通过所述预热装置(4)对所述高温蒸汽进行降温获得沸点低于所述预设温度的冷凝溶液。
10.根据权利要求9所述的高效蒸馏方法，其特征在于，通过控制蒸馏罐(1)的加热温度依次梯度增加，并通过多个冷凝设备分别获得沸点依次升高的多种冷凝溶液。
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