CN204601653U

CN204601653U - 一种适用于大温差的闭式热泵精馏系统

Info

Publication number: CN204601653U
Application number: CN201520037443.8U
Authority: CN
Inventors: 高秀峰; 冯诗愚; 邵振宇
Original assignee: SUZHOU TIANRONG ENERGY ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU TIANRONG ENERGY ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2025-01-20

Abstract

本实用新型公开了一种适用于大温差的闭式热泵精馏系统，包括精馏塔，所述精馏塔分别与回流泵和蒸发器连接，所述回流泵和所述蒸发器都与回流罐连接，所述蒸发器还分别与膨胀阀和压缩机连接，所述压缩机还与冷凝器连接，所述蒸发器和所述冷凝器都与冷媒储液罐连接，所述冷凝器还与容易让循环泵和所述精馏塔连接，所述压缩机与所述冷媒储液罐的封闭工作腔之间设有一个喷液管路，所述喷液管路上设有流量控制阀，所述压缩机的排气口设有压缩机排气温度传感器。本实用新型在大温差闭式热泵精馏系统中，能有效降低因大温差高压比带来的压缩机排气温度过高的问题，保护压缩机，保障压缩机的安全、稳定，可靠工作。

Description

一种适用于大温差的闭式热泵精馏系统

技术领域

本实用新型涉及一种精馏系统，具体涉及一种适用于大温差的闭式热泵精馏系统。

背景技术

大多数的化工生产中都存在物料分离过程，分离过程的能耗占生产总能耗的40%左右，其中95%的能耗又为精馏、蒸馏、干燥、蒸发、浓缩等过程所消耗。在常规精馏塔的操作流程中，塔底再沸器所输入的能量大约有95％在塔顶被冷却介质带走，这些能量大多数最终变成废热进入环境，造成巨大的能源浪费。热泵精馏技术是一种实现精馏过程节能的有效技术手段，这种系统中靠热泵装置将塔顶气态物料冷凝成液态，并将冷凝热的温度提高，用作塔釜再沸器的热源，从而实现能量的循环利用，全部或部分省去塔釜物料加热所需的蒸汽和塔顶物料冷凝所需的冷却水，达到减少公用工程消耗的目的。

热泵精馏系统中的热泵有“开式”和“闭式”两种形式，其中闭式热泵精馏系统的构成如附图1所示，由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、冷媒储液罐等构成封闭的热泵装置。热泵装置的蒸发器将塔顶的气态物料冷凝成液态产品，一部分进入回流罐通过回流泵回流到塔内，其余为塔顶产品出料；压缩机驱动封闭在热泵装置内的冷媒构成循环，将蒸发器吸收的塔顶物料冷凝热提高温度品位后送入冷凝器。制冷剂膨胀阀用于保持蒸发器和冷凝器的工作压力及温差；塔釜液态混合物料被溶液循环泵送入热泵装置的冷凝器加热，实现不同组分的分馏。系统需要输入机械功，用于驱动压缩机。热泵精馏系统实现了塔顶冷凝热的循环使用，从而实现了节省塔釜加热蒸汽和塔顶冷却介质的效果。

并非所有的精馏系统均适合采用热泵精馏工艺实现节能，热泵装置适于塔顶和塔釜温差不大的系统，一般温差不宜超过30～50℃。对于塔顶和塔釜温差比较大的精馏系统则难于使用传统的热泵装置，主要限制因素是塔顶和塔釜温差大会导致压缩机的压力比升高，进而导致压缩机的排气温度过高，可能超过压缩机的工作温度安全极限，使压缩机难以正常工作。对于这种大温差的精馏系统，解决压缩机排气温度过高的技术手段是采用带有中间冷却器的两级压缩机，但这种方案导致压缩机本身的复杂程度和成本大幅度提高，可靠性下降；这种方案最大的问题是中间冷却器要将蒸发器从塔顶吸收的热量的相当一部分释放掉，无法用于塔釜加热，因此系统经济性下降；此外，压缩机中间冷却器还要消耗冷却水或冷却空气，进一步增加了系统的运行成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种适用于大温差的闭式热泵精馏系统，能够主动控制压缩机的排气温度，保证压缩机安全工作。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种适用于大温差的闭式热泵精馏系统，包括精馏塔，所述精馏塔与回流泵连接，还与蒸发器连接，所述回流泵和所述蒸发器都与回流罐连接，所述蒸发器还分别与膨胀阀和压缩机连接，所述压缩机还与冷凝器连接，所述蒸发器和所述冷凝器都与冷媒储液罐连接，所述冷凝器还与容易让循环泵和所述精馏塔连接，所述压缩机与所述冷媒储液罐的封闭工作腔之间设有一个喷液管路，所述喷液管路上设有流量控制阀，所述压缩机的排气口设有压缩机排气温度传感器，所述流量控制阀与所述压缩机排气温度传感器之间通过电控元件连接。

进一步的，所述蒸发器，所述膨胀阀，所述压缩机，所述冷媒储液罐，所述冷凝器，所述喷液管路，所述流量控制阀，所述电控元件和所述压缩机排气温度传感器组成了热泵装置。

进一步的，所述喷液管路的一端与所述压缩机吸气结束并封闭、且尚未开始排气的工作腔相连；另一端与所述冷媒储液罐内液面以下的部位相连。

进一步的，所述流量控制阀及其所述电控元件为整体式结构。

优选的，所述流量控制阀带有一个感温包和一个压力执行元件，所述感温包与所述压力执行元件通过毛细管相连；所述感温包安装于压缩机排气管道上，感温包内密闭地充注有感温介质，所述感温介质的压力通过所述压力执行元件直接驱动所述流量控制阀的阀芯，系统中省去所述压缩机排气温度传感器和所述流量控制阀的电控元件。

本实用新型的有益效果是：

1）少量的液态冷媒在喷液流量控制阀的控制下喷入压缩机吸气结束并封闭之后的工作腔中，能够实现压缩机压缩过程的内冷却，从而可同时提高压缩机的压力比并降低排气温度，使压缩机能够适应塔顶和塔釜温差较大的工作场合。

2）喷液流量控制阀的开度由压缩机排气温度信号反馈控制，由此可根据压缩机排气温度的设定要求，精确控制喷入压缩机工作腔内的液态冷媒量，进而将压缩机的排气温度控制在安全的范围内，保证压缩机的工作安全与运行可靠性。

3）相比于使用两级压缩机来解决系统高压力比的方案，本实用新型的压缩机结构更为简单，基本与单级压缩机相当，也不存在因为压缩机中间冷却器所带来的能源利用率下降，系统复杂性和成本提高、安全可靠性降低，需要消耗额外的冷却介质等问题。

4）本实用新型所提出的技术方案，使塔顶和塔釜温差较大的精馏塔使用闭式热泵循环利用塔顶冷凝热，进而实现整个精馏装置的节能具有可行性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是为传统的闭式热泵精馏系统构成示意图；

图2是本实用新型适用于大温差的闭式热泵精馏系统的实施例1的示意图；

图3是本实用新型适用于大温差的闭式热泵精馏系统的实施例2的示意图。

图中标号说明：

1、精馏塔，2、回流泵，3、回流罐，4、蒸发器，5、膨胀阀，6、压缩机，7、冷媒储液罐，8、冷凝器，9、溶液循环泵，10、热泵装置，11、喷液管路，12、流量控制阀，13、电控元件，14、压缩机排气温度传感器。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详述本实用新型的结构特点及技术实施过程：

实施例1：

如附图2所示，蒸发器4、压缩机6、冷凝器8、冷媒储液罐7、膨胀阀5用管路顺次连接，构成一个闭式热泵装置10，其内密闭充注冷媒工质；精馏塔1的塔顶空间与热泵装置10的蒸发器4热源侧空间的进口相连，蒸发器4热源侧空间的出口与回流罐3的进口相连，回流罐3的出口与回流泵2的进口相连，回流泵2的出口与精馏塔1上部的回液口相连；精馏塔1的塔釜液态物料循环出口通过溶液循环泵9与热泵装置10的冷凝器8热源侧空间的进口相连，冷凝器8热源侧空间的出口与精馏塔1的塔釜液态物料循环进口相连。在闭式热泵系统10内，冷媒储液罐7的下部（液面以下的空间）与压缩机6的封闭工作腔之间设有一个喷液管路11，所述喷液管路11上设有一个流量控制阀12，压缩机6的排气口设有压缩机排气温度传感器14，所述温度传感器14与一个电控元件13通过信号线相连，所述电控元件13通过电气线路与流量控制阀12的驱动部件（如步进电机等）相连，最终用于控制后者的流量调节执行机构（如阀芯）。

本实施例的工作方法是：精馏塔1塔顶的气态物料进入闭式热泵装置10的蒸发器4，释放潜热并冷凝成液态产物，相应塔顶冷凝后的液态产物一部分依次通过回流罐3和回流泵2回流到塔内，剩余的则作为塔顶产品；塔釜液态混合物料通过溶液循环泵9进入闭式热泵装置10的冷凝器8吸收热量，然后再回到塔釜，以将低沸点的组分分馏出来；分离后的高沸点液态组分从塔底出料口卸出；闭式热泵装置10靠膨胀阀5和压缩机6形成冷媒工质的循环，在蒸发器4和冷凝器8之间建立温度差。设在冷媒储液罐7和压缩机6之间的喷液管路11将少量液态制冷剂引到压缩机吸气结束后的封闭工作腔中，实现冷媒压缩过程的内冷却。在塔顶和塔釜温差较大导致压缩机压力比太大和排气温度过高的情况下，该实施例能有效降低压缩机的排气温度，保证压缩机的工作安全。设在喷液管路11上的流量控制阀12用于控制向压缩机6工作腔的喷液量，以根据需要控制压缩机6的排气温度；流量控制阀12由压缩机排气温度传感器14测得的压缩机排温信号，通过电控元件13反馈控制，进而能够根据压缩机实际排气温度动态精确控制其预设排气温度，使热泵装置10和压缩机6能够适应塔顶和塔釜大温差工况所带来的高压力比和高的压缩机排气温度，从而使塔顶和塔釜大温差的精馏系统也能采用闭式热泵节能技术。

实施例2：

如附图2所示，流量控制阀12自带一个感温包、压力执行元件，以及将感温包和阀体压力执行元件连接起来的毛细管。感温包安装于压缩机出口部位的排气管路上，感温包内密闭地充注有感温介质，所述感温介质的压力通过毛细管传递给压力执行元件，压力执行元件产生推动流量控制阀阀芯的作用力，实现喷液量的反馈调节。压力执行元件可以采用隔膜执行元件、活塞执行元件等多种结构形式。相比于实施例1所述的系统，本实施例中省去了压缩机排气温度传感器和用于控制流量控制阀的电控元件，使热泵系统得到简化，其他均与实施例1相同。

上面结合附图所描述的本实用新型优选具体实施例仅用于说明本实用新型的实施方式，而不是作为对前述实用新型目的和所附权利要求书内容和范围的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本实用新型技术和权利保护范畴。

Claims

1.一种适用于大温差的闭式热泵精馏系统，其特征在于，包括精馏塔（1），所述精馏塔（1）与回流泵（2）连接，还与蒸发器（4）连接，所述回流泵（2）和所述蒸发器（4）都与回流罐（3）连接，所述蒸发器（4）还分别与膨胀阀（5）和压缩机（6）连接，所述压缩机（6）还与冷凝器（8）连接，所述蒸发器（4）和所述冷凝器（8）都与冷媒储液罐（7）连接，所述冷凝器（8）还与容易让循环泵（9）和所述精馏塔（1）连接，所述压缩机（6）与所述冷媒储液罐（7）的封闭工作腔之间设有一个喷液管路（11），所述喷液管路（11）上设有流量控制阀（12），所述压缩机（6）的排气口设有压缩机排气温度传感器（14），所述流量控制阀（12）与所述压缩机排气温度传感器（14）之间通过电控元件（13）连接。

2.根据权利要求1所述的适用于大温差的闭式热泵精馏系统，其特征在于，所述蒸发器（4），所述膨胀阀（5），所述压缩机（6），所述冷媒储液罐（7），所述冷凝器（8），所述喷液管路（110），所述流量控制阀（12），所述电控元件（13）和所述压缩机排气温度传感器（14）组成了热泵装置（10）。

3.根据权利要求1所述的适用于大温差的闭式热泵精馏系统，其特征在于，所述喷液管路（11）的一端与所述压缩机（6）吸气结束并封闭、且尚未开始排气的工作腔相连；另一端与所述冷媒储液罐（9）内液面以下的部位相连。

4.根据权利要求1所述的适用于大温差的闭式热泵精馏系统，其特征在于，所述流量控制阀（12）及其所述电控元件（13）为整体式结构。

5.根据权利要求1所述的适用于大温差的闭式热泵精馏系统，其特征在于，所述流量控制阀（12）带有一个感温包和一个压力执行元件，所述感温包与所述压力执行元件通过毛细管相连；所述感温包安装于压缩机（6）排气管道上，感温包内密闭地充注有感温介质，所述感温介质的压力通过所述压力执行元件直接驱动所述流量控制阀（12）的阀芯，系统中省去所述压缩机排气温度传感器（14）和所述流量控制阀（12）的电控元件（13）。