CN114044551B - 用于处理凝结水的分离塔及其方法 - Google Patents

Abstract

用于处理凝结水的分离塔及其方法，为改变现有技术中装置投资高，能耗大，且需采用有机相作为萃取剂，安全性要求高的缺陷，本发明提出一种用于处理凝结水的分离塔，所述的水分离塔包括有塔体，所述的塔体内设有用于纯化所述凝结水的蒸发单元，所述的蒸发单元下方设有末效冷凝单元，所述的末效冷凝单元连接有真空泵；本发明的有益效果在于：1）利用重力，省去中间泵，节省动力成本，以及配套控制系统；2）设计各效之间的压力差，利用由第一效提供的热能，不断的蒸发达到分离的目的，后续各效不需要外界提供热源；3）集成度高，密封性好，真空容易实现，后序真空系统小，能耗低，设备占地小，建设安装成本低，操作简单。

Description

用于处理凝结水的分离塔及其方法

技术领域

本发明涉及一种水分离塔，具体来说是精对苯二甲酸（英文缩写PTA）短流程工艺中尾气凝结水的纯化用水分离塔。

背景技术

PTA装置生产过程中的水循环是实现短流程工艺的关键，其中自脱水塔排出的蒸汽和氧化尾气进入冷凝器冷凝后产生大量的凝结水，该凝结水中含有一定量醋酸、PT酸（对甲基苯甲酸），对凝结水的循环利用产生影响，凝结水中醋酸不仅会导致精制单元设备腐蚀加重，而且当凝结水作为精制单元洗涤用水时，PT酸会影响产品的质量。现有短流程工艺为提高凝结水水质，普遍采用萃取装置，该装置投资高，能耗大，且需采用有机相作为萃取剂，安全性要求高。

发明内容

针对上述处理技术存在的问题，本发明提出一种低能耗、高效、本质安全的新型塔式水分离塔及其分离方法。

一种用于处理凝结水的分离塔，所述的水分离塔包括有塔体，所述的塔体内设有用于纯化所述凝结水的蒸发单元，所述的蒸发单元下方设有末效冷凝单元，所述的末效冷凝单元连接有真空泵；

所述的蒸发单元包括有第一效蒸发单元和第二效蒸发单元，或者更多效的蒸发单元，如第三、第四或者第五效蒸发单元；所述的第一效蒸发单元包括有凝结水入口和第一换热室，所述的第一换热室上方设有供凝结水换热后产生的汽相除雾的第一除雾器和供液相通过流向下一效蒸发单元的第一降液管，所述的第一除雾器连通有供汽相进入下一效蒸发单元的第一蒸汽廊道，所述的第一降液管底部设有第一回形装置；所述的第二效蒸发单元包括有第二换热室，所述的第二换热室上方设有供凝结水换热后产生的汽相除雾的第二除雾器和供液相通过的第二降液管，所述的第二除雾器连通有第二蒸汽廊道，所述的第二降液管底部设有第二回形装置；所述的第二换热室下方设有供换热后冷凝液流向下一效的第一凝液通道，所述的第一凝液通道底部设有第一U型管。

所述的第一回形装置位于第二换热室和第二除雾器之间，起到隔断第一效蒸发单元和第二蒸发单元以在两者之间引起压力差的作用，同时，该第一回形装置也是一个自蒸发装置，同理的是第二回形装置及其其他效蒸发单元的回形装置。

第一U型管除了将凝液引流到塔的底部，和回形装置一样，还能起到隔断每一效蒸发单元和下一效蒸发单元以在两者之间引起压力差的作用。

所述的第一效蒸发单元由外部提供热源，热源可以为0.05~0.5 Mpa低压蒸汽作为加热介质，也可以使用工业废热等非清洁热源。

进一步的，所述的末效冷凝单元下方还设有净化水储存区。

进一步的，所述的凝结水入口设于第一效蒸发单元的下部。

进一步的，所述的外部热源由通至第一换热室内的换热管道外部热蒸汽提供。

本发明的目的还在于提供一种用于凝结水的处理方法，其特征在于，所述的处理方法包括如下步骤：

1）打开真空泵，通过凝结水入口向第一效蒸发单元注入凝结水，向第一换热室内的管道外部通入换热用热源；

2）所述的凝结水和热源在第一换热室内进行热交换，凝结水被分为第一汽相和第一液相，第一汽相通过第一除雾器后进入第一蒸汽廊道，通过第一蒸汽廊道进入下一效蒸发单元，第一液相从第一降液管经过第一回形装置流向下一效蒸发单元成为第一浓缩液相，第一浓缩液相会在第一回形装置内实现自蒸发，然后产生的汽相进入第二除雾器后进入第二蒸汽廊道，未能自蒸发的液相会进入下一效换热室进行换热；

在该步骤中，第一浓缩液在向下流动的过程中先在第一回形装置内汇集，当汇集到一定程度，将会对第一效蒸发单元和第二蒸发单元实现隔离，由于真空泵一直在工作，因此，会在第一效蒸发单元和第二蒸发单元形成压差，会造成第一回形装置在第一效蒸发单元的入口的压力要大于其位于第二蒸发单元的出口的压力，所以，第一液相会在第二蒸发单元的出口实现自蒸发。

热交换是由处于换热室内的管道外的高温热源和管道内的低温液相之间完成。

3）第一汽相经过第一蒸汽廊道进入第二换热室内的管道外部作为第二次热交换热源和第一浓缩液相进行热交换，热交换结束后，第一汽相冷凝后成为凝液从第一凝液通道向下流进入第一U型管，第一浓缩液第二次热交换后得到第二汽相和第二液相，所述的第二汽相向上通过第二除雾器进入第二蒸汽廊道再进入到下一效蒸发单元当做热源进行热交换或末效冷凝单元，第二液相通过第二降液管进入第二回形装置内流向下一效蒸发单元或者进行自蒸发；

在该过程中，第一凝液通道向下流进入第一U型管时，首先也会在第一U型管汇集，当汇集到一定程度，将会对第二蒸发单元和下一效进行隔断，由此形成压差。

4）最终，汽相进入末效冷凝单元冷凝并和所述的凝液混合，成为纯净水排出，而被多效蒸发后留下的增浓水也被排出另做处理，最终实现纯水和其他物质的分离。

除了第一效蒸发单元，后面的蒸发单元可以不需要外供热源进行第二次热交换。

作为优先的，还可以设有第三效蒸发单元，所述的第三效蒸发单元包括有第三换热室，所述的第三换热室上方设有第三汽相出口和第三液相出口，所述的第三汽相出口上方设有第三除雾器，所述的第三除雾器连通有第三蒸汽廊道，所述的第三液相出口连通至第三降液管，所述的第三降液管底部设有第三回形装置，所述的第三换热室底部连接有通向第四换热室上部的第二凝液通道；所述的第二蒸汽廊道末端连通到第三换热室，所述的第二回形装置出口位于所述的第三换热室的上方；第二凝液通道底部设有第二U型管，第二U型管内存留的凝液会起到隔离第三效蒸发单元和第四效蒸发单元的作用，同时在两者之间造成压力差。

第三效蒸发单元的气液相的分离原理和第二效蒸发单元相同。

作为优先的，还可以设有第四效蒸发单元，第四效蒸发单元包括有第四换热室，所述的第四换热室上方设有第四汽相出口和增浓水出口，所述的第四汽相出口上方设有第四除雾器，所述的第四除雾器连通有第四蒸汽廊道，被不断蒸发后留下的增浓水可从所述的增浓水出口流出；所述的第四换热室底部连接有通向末效冷凝单元的第三凝液通道；第三凝液通道底部设有第三U型管，第三U型管内存留的凝液会起到隔离第四效蒸发单元和第末效冷凝单元的作用，同时在两者之间造成压力差。

净化过程中，位于塔底部的真空泵一直工作，结合各蒸发单元之间的U型管和回形装置的隔断作用，会导致塔从上至下压力逐渐降低，从上到下真空度逐渐增大，会导致每一效蒸发单元之间都存在压力差，该压力差也会增加蒸发的速度；同时本案还利用了重力的作用，整个净化过程从上而下，层层递进。

在该净化过程中，H₂O在每一效中不断的蒸发为汽相然后通过蒸汽廊道进入下一效，同时还带走热量供下一效蒸发单元和液相进行热交换，热交换后的凝液通过凝液通道向下流动最终达到末效冷凝单元，最后成为纯净水排出，由此，在每一效蒸发单元蒸发过程中，水（常压沸点100℃）不断被蒸发成汽相，其他的物质如醋酸（常压沸点117.9 ℃）、PT酸（常压沸点274-275℃）则会被留下不断的浓缩，最终成为增浓水排出。

当然，其他的化学物质在生产过程中也有可能存在需要对凝结水进行处理的情况，也适用于该装置和方法。

本发明的有益效果在于：1）利用重力，靠重力流逐级向下进入各效，省去中间泵，节省动力成本，以及配套控制系统；2）巧妙的设计各效之间的压力差，利用由第一效提供的热能，不断的蒸发达到分离的目的，后续各效不需要外界提供热源；3）所有单元之间管道均布置在塔内，塔外无管道布置，集成度高，密封性好，真空容易实现，后序真空系统小，能耗低，设备占地小，建设安装成本低，操作简单。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的解释和说明。

请参照图1，本实施例中，水分离塔一共包括有四效蒸发单元。

用于精对苯二甲酸制备过程中凝结水处理的水分离塔，所述的水分离塔包括有塔体、设于塔体内从上至下依次排列的用于纯化所述凝结水的第一效蒸发单元1、设于第一效蒸发单元1下方的第二效蒸发单元2、设于所述的第二效蒸发单元2下方的第三效蒸发单元3和设于第三效蒸发单元3底部的第四效蒸发单元4、设于所述第四效蒸发单元4下方的末效冷凝单元5；为了保持塔体的密封性，塔体的顶部和底部均设有封头。

每一效蒸发单元均设有不凝气出口03，以备不凝气的排放，用于必要时调整塔内的各效蒸发单元内的气压。

每一效蒸发单元之间设有分隔板进行隔离。

所述的第一效蒸发单元1包括有第一换热室11，所述的第一换热室11上方设有第一汽相出口和第一液相出口，所述的第一汽相出口上方设有第一除雾器12，所述的第一除雾器12连通有第一蒸汽廊道13（第一蒸汽廊道13优选位于塔内），所述的第一液相出口连通至第一降液管14，所述的第一降液管14底部设有第一回形装置15；所述的第一效蒸发单元1底部设有凝结水入口16。

作为优选的，所述的第一效蒸发单元1设有用于给所述的第一效蒸发单元1提供热源以完成换热的蒸汽入口01和凝液出口02，热源可以为0.05~0.5 Mpa低压蒸汽作为加热介质，也可以使用工业废热等非清洁热源。

第一效蒸发单元1净化过程中，待净化凝结水从凝结水入口16进入到第一效蒸发单元1的底部，然后在第一换热室11进行换热，换热后，凝结水一部分汽化成为第一汽相从第一汽相出口通过第一除雾器12后进入到第一蒸汽廊道13，通过第一蒸汽廊道13进入到第二效蒸发单元2作为下一效蒸发单元的热交换用热源，凝结水另外一部分未能转化为汽相的凝结水以第一液相的形式从第一液相出口进入到第一降液管14，再通过第一回形装置15流入第二效蒸发单元2成为第一浓缩液，第一浓缩液相会第一回形装置15内实现部分自蒸发后通过第二除雾器22再进入第二蒸汽廊道23，未能自蒸发部分会进入下一效进行换热。

在上述过程中，有热蒸汽从蒸汽入口01进入到第一换热室11的管道内，和凝结水换热，换热后冷却的蒸汽从蒸汽出口02排出，第一效蒸发单元1的温度大约为100℃左右（95-105℃），且第一效蒸发单元1的压力和外界压力相当。

所述的第二效蒸发单元2包括有第二换热室21，所述的第二换热室21上方设有第二汽相出口和第二液相出口，所述的第二汽相出口上方设有第二除雾器22，所述的第二除雾器22连通有第二蒸汽廊道23（优选位于塔内），所述的第二液相出口连通至第二降液管24，所述的第二降液管24底部设有第二回形装置25，所述的第二换热室21底部连接有通向第三换热室31上部的第一凝液通道26（优选位于塔内），第一凝液通道26底部设有第一U型管27，第一U型管27内存留的凝液会起到隔离第二效蒸发单元2和第三效蒸发单元3的作用，同时在两者之间造成压力差。其中第一蒸汽廊道13末端连通到第二换热室21，所述的第一回形装置15出口位于所述的第二换热室21的上方。

第一液相停留在第一回形装置15内，当第一液相集到一定程度，一方面起到隔断第一效蒸发单元1和第二效蒸发单元2的作用，从而使得第一效蒸发单元1和第二效蒸发单元2存在一定的压力差（塔底部连接有真空泵），第二效蒸发单元2内的压力会小于第一效蒸发单元1，因此，第一回形装置15位于第二效蒸发单元2的出口的压力会小于其在第一效蒸发单元1中的入口的压力（即第一回形装置15内的液相在出入口之间存在压差），所以，第一回形装置15同时也是一个自蒸发装置，由于压力差会进行自蒸发，第一液相会在该自蒸发过程中再次分为两相，即气态的第一自蒸发汽相和第一浓缩液相，所述的第一自蒸发汽相向上进入到第二除雾器22，经第二除雾器22进入到第二蒸汽廊道23再进入到第三效蒸发单元3，第一浓缩液相则向下流入第二换热室21，在该第二换热室21中，第一浓缩液相和第一汽相进行第二次热交换（第一汽相的温度高于第一浓缩液相），第一浓缩液相再次被分为汽相和液相，即第二汽相和第二液相，其中第二汽相向上通过第二除雾器22，经第二除雾器22进入到第二蒸汽廊道23再进入到第三效蒸发单元3作为热源进行热交换，而第二液相则是通过第二降液管24进入到第二回形装置25内实现自蒸发。

在第二效蒸发单元2净化过程中，第一汽相通过第一蒸汽廊道13进入到第二换热室21内的管道，在第二换热室21进行第二次换热后第一汽相冷却成为第一凝液，第一凝液从第一凝液通道26向下方流动，在向下流动过程中凝液首先会集满第一凝液通道26底部的第一U型管27，起到隔断第二效蒸发单元2和第三效蒸发单元的作用，在两者之间造成压力差。

第二效蒸发单元2可以不需要外供热源进行第二次热交换，第二从热交换中的热源由来自第一蒸发单元的第一汽相提供，热量由第一汽相向第一浓缩液相流动。

第二效蒸发单元2的温度大约为80℃左右（75-90℃），且第二效蒸发单元2的压力大约为0.038-0.07MPa。

同样的，所述的第三效蒸发单元3包括有第三换热室31，所述的第三换热室31上方设有第三汽相出口和第三液相出口，所述的第三汽相出口上方设有第三除雾器32，所述的第三除雾器32连通有第三蒸汽廊道33（优选位于塔内），所述的第三液相出口连通至第三降液管34，所述的第三降液管34底部设有第三回形装置35，所述的第三换热室31底部连接有通向下一效换热室上部的第二凝液通道36；所述的第二蒸汽廊道23末端连通到第三换热室31，所述的第二回形装置25出口位于所述的第三换热室31的上方，且位于第三除雾器32下方；第二凝液通道26底部设有第二U型管27，第二U型管27内存留的凝液会起到隔离第二效蒸发单元2和第三效蒸发单元3的作用，同时在两者之间造成压力差。同样的，第二凝液通道36的底部也设有第三U型管37，第三U型管37作用和第二U型管27相同。

第三效蒸发单元3的气液相的分离原理和第二效蒸发单元2相同，第三效蒸发单元3也可以不需要外供热源进行第三次热交换，热交换方向也和第二效蒸发单元2中的一样。

第三效蒸发单元3的温度大约为60℃左右（55-80℃），且第三效蒸发单元3的压力大约为0.02-0.047MPa。

和第三效蒸发单元3一样，第四效蒸发单元4包括有第四换热室41，所述的第四换热室41上方设有第四汽相出口和增浓水出口，所述的第四汽相出口上方设有第四除雾器42，所述的第四除雾器42连通有第四蒸汽廊道43，被不断蒸发后留下的增浓水可从所述的增浓水出口6流出；所述的第四换热室41底部连接有通向末效冷凝单元5的第三凝液通道46；第三凝液通道46底部设有第四U型管47，第四U型管47的作用也和上一效的U型管作用相同。

第四效蒸发单元4的温度大约为45℃左右40-70℃），且第四效蒸发单元4的压力大约为0.007-0.03MPa。

净化过程中，位于塔底部的真空泵7一直工作以调节每一效蒸发单元的压力大小，塔内从下至上压力逐渐降低，从上到下真空度逐渐增大，同时由于U型管和回形装置的隔断作用，会导致每一效蒸发单元之间都存在压力差，该压力差也会增加蒸发的速度；同时本案还利用了重力的作用，整个净化过程从上而下，层层递进。

在该净化过程中，H₂O被不断的蒸发然后通过蒸汽廊道进入下一效，同时还带走热量供下一效蒸发单元和液相进行热交换，冷凝后的部分H₂O最终通过凝液通道流入到末效冷凝单元5，而未能冷凝的部分则是继续进入下一效蒸发单元进行热交换，最终通过第四蒸汽通道43也进入末效冷凝单元5冷凝成纯净水排出，而经过多次蒸发后的增浓水则是通过增浓水出口排出，另做其他处理。末效冷凝单元5设有冷却水入口05和冷却水出口06，用于和纯净水蒸汽进行换热冷却, 冷却水入口05位于末效冷凝单元5底部，冷却水出口06位于末效冷凝单元5顶部。

塔底部设有净化水储水池8，净化水储水池8底部设有净化水出口81。

以上实施例提供的四效蒸发单元组成，在实际操作中，可以2、3、4、5等多效中的任何一个方案。

Claims (3)

1.一种用于处理凝结水的分离塔，所述的分离塔包括有塔体，其特征在于，所述的塔体内设有用于纯化所述凝结水的蒸发单元，所述的蒸发单元下方设有末效冷凝单元，所述的末效冷凝单元连接有真空泵；

所述的蒸发单元包括有第一效蒸发单元和第二效蒸发单元，或者更多效的蒸发单元；所述的第一效蒸发单元包括有凝结水入口和第一换热室，所述的第一换热室上方设有供凝结水换热后产生的汽相除雾的第一除雾器和供液相通过流向下一效蒸发单元的第一降液管，所述的第一除雾器连通有供汽相进入下一效蒸发单元的第一蒸汽廊道，所述的第一降液管底部设有第一回形装置；所述的第二效蒸发单元包括有第二换热室，所述的第二换热室上方设有供凝结水换热后产生的汽相除雾的第二除雾器和供液相通过的第二降液管，所述的第二除雾器连通有第二蒸汽廊道，所述的第二降液管底部设有第二回形装置；所述的第二换热室下方设有供换热后冷凝液流向下一效的第一凝液通道，所述的第一凝液通道底部设有第一U型管；

所述的第一回形装置位于第二换热室和第二除雾器之间，起到隔断第一效蒸发单元和第二效蒸发单元以在两者之间引起压力差的作用，同时，该第一回形装置也是一个自蒸发装置，同理的是第二回形装置及其他效蒸发单元的回形装置；

第一U型管除了将凝液引流到塔体的底部，和回形装置一样，还能起到隔断每一效蒸发单元和下一效蒸发单元以在两者之间引起压力差的作用；

所述的凝结水入口设于第一效蒸发单元的下部；

外部热源由通至第一换热室内的换热管道外部热蒸汽提供。

2.如权利要求1所述的用于处理凝结水的分离塔，其特征在于，所述的末效冷凝单元下方还设有净化水储存区。

3.如权利要求1所述的一种用于处理凝结水的分离塔的处理方法，其特征在于，所述的处理方法包括如下步骤：

1）打开真空泵，通过凝结水入口向第一效蒸发单元注入凝结水，向第一换热室内的管道外部通入换热用热源；

2）所述的凝结水和热源在第一换热室内进行热交换，凝结水被分为第一汽相和第一液相，第一汽相通过第一除雾器后进入第一蒸汽廊道，通过第一蒸汽廊道进入下一效蒸发单元，第一液相从第一降液管经过第一回形装置流向下一效蒸发单元成为第一浓缩液相，第一浓缩液相会在第一回形装置内实现自蒸发，然后产生的汽相进入第二除雾器后进入第二蒸汽廊道，未能自蒸发的液相会进入下一效换热室进行换热；

在该步骤中，第一浓缩液在向下流动的过程中先在第一回形装置内汇集，当汇集到一定程度，将会对第一效蒸发单元和第二效蒸发单元实现隔离，由于真空泵一直在工作，因此，会在第一效蒸发单元和第二效蒸发单元形成压差，会造成第一回形装置在第一效蒸发单元的入口的压力要大于其位于第二效蒸发单元的出口的压力，所以，第一液相会在第二效蒸发单元的出口实现自蒸发；

3）第一汽相经过第一蒸汽廊道进入第二换热室内的管道外部作为第二次热交换热源和第一浓缩液相进行热交换，热交换结束后，第一汽相冷凝后成为凝液从第一凝液通道向下流进入第一U型管，第一浓缩液第二次热交换后得到第二汽相和第二液相，所述的第二汽相向上通过第二除雾器进入第二蒸汽廊道再进入到下一效蒸发单元当做热源进行热交换或末效冷凝单元，第二液相通过第二降液管进入第二回形装置内流向下一效蒸发单元或者进行自蒸发；

在该过程中，第一凝液通道向下流进入第一U型管时，首先也会在第一U型管汇集，当汇集到一定程度，将会对第二效蒸发单元和下一效进行隔断，由此形成压差；

4）最终，汽相进入末效冷凝单元冷凝并和所述的凝液混合，成为纯净水排出，而被多效蒸发后留下的增浓水也被排出另做处理，最终实现纯水和其他物质的分离。