CN204601654U - 一种压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统，包括精馏塔，所述精馏塔分别与回流阀和压缩机连接，所述回流阀与回流罐连接，所述压缩机与所述回流罐之间通过冷凝器连接，所述冷凝器与溶液循环泵连接，所述溶液循环泵还与所述精馏塔连接，所述压缩机与所述回流罐之间设有一个塔顶冷凝物料喷液管路，所述塔顶冷凝物料喷液管路上设有一个流量控制阀，所述压缩机的排气口设有压缩机排气温度传感器，所述压缩机排气温度传感器通过信号线与电控元件连接。本实用新型在塔顶和塔底温差较大的开式热泵精馏系统中，能有效降低因大温差、高压缩比带来的压缩机排气温度过高的问题，从而保护压缩机安全、稳定，可靠工作。

Description

一种压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统

技术领域

本实用新型涉及一种精馏系统，具体涉及一种压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统。

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。

热泵精馏系统有“开式”和“闭式”两种形式，其中开式热泵精馏系统的构成如附图1所示，压缩机从塔顶抽吸气态挥发物，经压缩后升压升温进入冷凝器，塔底液态混合物料由溶液循环泵送入冷凝器，塔底液态混合物料与压缩机的高温排气在冷凝器内换热，前者升温后回到精馏内再沸，后者则冷凝成液态进入回流罐成为塔顶出料，如此从而实现精馏塔内不同组分的分馏。整个系统需要输入机械功，用于驱动压缩机，该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。与闭式热泵精馏系统相比，开式系统的构成更为简单，系统热效率一般也更高。

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太大的系统，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。对于这种塔顶和塔底温差较大的精馏系统，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；同时，这种方案最大的问题是中间冷却器要将塔顶物料冷凝热的相当一部分释放掉，无法用于塔釜加热，因此系统的综合能效比和经济性下降；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，提供一种压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统，能够解决传统开式热泵精馏系统在这种情况下因压缩机排气温度过高而无法正常工作及可靠性降低的问题，并能够杜绝因使用两级压缩机所带来的复杂性和成本提高、能源利用率降低、经济性不佳等缺点。

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：

一种压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统，包括精馏塔，所述精馏塔分别与回流阀和压缩机连接，所述回流阀与回流罐连接，所述压缩机与所述回流罐之间通过冷凝器连接，所述冷凝器与溶液循环泵连接，所述溶液循环泵还与所述精馏塔连接，所述压缩机与所述回流罐之间设有一个塔顶冷凝物料喷液管路，所述塔顶冷凝物料喷液管路上设有一个流量控制阀，所述压缩机的排气口设有压缩机排气温度传感器，所述压缩机排气温度传感器通过信号线与电控元件连接。

进一步的，所述电控元件与所述喷液流量控制阀的执行机构由电气线路连接。

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，另一端与所述回流罐内液面以下的部位相连。

进一步的，所述喷液流量控制阀及其电控元件做成整体式结构。

优选的，所述喷液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喷液流量控制阀的阀芯，系统中省去压缩机排气温度传感器和喷液流量控制阀的电控元件。

本实用新型的有益效果是：

1）回流罐内少量的液态塔顶冷凝物料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塔顶物料量，进而将压缩机的排气温度控制在工艺许可的安全范围内，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，也不存在因为两级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开式热泵，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是为传统的开式热泵精馏系统构成示意图；

图2是本实用新型压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统的实施例1的示意图；

图3是本实用新型压缩过程带内冷却的开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、回流阀，3、压缩机，4、回流罐，5、冷凝器，6、溶液循环泵，7、塔顶冷凝物料喷液管路，8、喷液流量控制阀，9、电控元件，10、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：

如附图2所示，精馏塔1的塔顶空间与压缩机3的进气口相连，压缩机3的排气口与冷凝器5的高温侧进口相连，冷凝器5的高温侧出口与回流罐4的进口相连，回流罐4的液态物料出口之一通过回流阀2与精馏塔1上部的回液口相连，回流罐4的液态物料出口之二用于塔顶冷凝产物出料；精馏塔1的塔釜液态物料循环出口通过溶液循环泵6与冷凝器5低温侧的进口相连，冷凝器5低温侧的出口与精馏塔1的塔釜液态物料循环进口相连，塔底设有塔底液态物料出口。回流罐4的下部（液面以下的空间）液态物料出口之三与压缩机3的封闭工作腔之间设有一个塔顶冷凝物料喷液管路7，所述塔顶冷凝物料喷液管路7上设有一个喷液流量控制阀8，压缩机3的排气口设有压缩机排气温度传感器10，所述温度传感器10与一个电控元件9通过信号线相连，所述电控元件9通过电气线路与喷液流量控制阀8的驱动部件（如步进电机、电磁线圈等）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：压缩机3抽吸精馏塔1塔顶的气态物料，将其压缩升温后送入冷凝器5，与溶液循环泵6送来的塔釜液态混合物料进行换热，使塔釜液态混合物料得到加热，然后再回到精馏塔1内将其中低沸点的组分分馏出来；压缩机3对塔顶物料的抽吸还起到维持塔内较低压力的作用，进而维持塔内较低的沸腾温度。压缩机3排出的塔顶产物经冷凝器5冷凝成液态后进入回流罐4暂时储存，回流罐4内的塔顶冷凝物料一部分通过回流阀2控制流量从塔顶回流到塔内；还有一少部分通过设在回流罐4和压缩机3之间的塔顶冷凝物料喷液管路7喷到压缩机3吸气结束后的封闭工作腔中，实现压缩过程的内冷却；其余的作为塔顶出料。塔釜经分离后的高沸点液态组分从塔底出料口卸出，作为塔底产物。压缩机3工作腔的喷液量由设在塔顶冷凝物料喷液管路7上的喷液流量控制阀8控制，喷液流量控制阀8由压缩机排气温度传感器10测得的压缩机排温信号通过电控元件9反馈控制，从而实现根据压缩机实际排气温度动态精确控制其预设排气温度，使压缩机3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开式热泵节能技术。在塔顶和塔釜温差较大导致压缩机3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3的排气温度，保证压缩机3的工作安全。整个系统需要输入机械功，用于驱动压缩机3，动力来源可以是电动机或汽轮机。

实施例2：

如附图2所示，喷液流量控制阀8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8b。感温包安装于压缩机3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喷液流量控制阀8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10和用于控制喷液流量控制阀8的电控元件9，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 (5)

1.一种压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统，其特征在于，包括精馏塔（1），所述精馏塔（1）分别与回流阀（2）和压缩机（3）连接，所述回流阀（2）与回流罐（4）连接，所述压缩机（3）与所述回流罐（4）之间通过冷凝器（5）连接，所述冷凝器（5）与溶液循环泵（6）连接，所述溶液循环泵（6）还与所述精馏塔（1）连接，所述压缩机（3）与所述回流罐（4）之间设有一个塔顶冷凝物料喷液管路（7），所述塔顶冷凝物料喷液管路（7）上设有一个流量控制阀（8），所述压缩机（3）的排气口设有压缩机排气温度传感器（10），所述压缩机排气温度传感器（10）通过信号线与电控元件（9）连接。

2.根据权利要求1所述的压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统，其特征在于，所述电控元件（9）与所述喷液流量控制阀（8）的执行机构由电气线路连接。

3.根据权利要求1所述的压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统，其特征在于，所述喷液管路（7）的一端与所述压缩机（3）吸气结束并封闭、且尚未开始排气的工作腔相连，另一端与所述回流罐（4）内液面以下的部位相连。

4.根据权利要求1所述的压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统，其特征在于，所述喷液流量控制阀（8）及其电控元件（9）做成整体式结构。

5.根据权利要求1所述的压缩过程带内冷却的开式热泵精馏系统，其特征在于，所述喷液流量控制阀（8）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（3）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喷液流量控制阀（8）的阀芯，系统中省去压缩机排气温度传感器（10）和喷液流量控制阀（8）的电控元件（9）。