CN212700613U - 热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置，本实用新型的装置包括依次连接的精馏塔、气液分离器、热泵和渗透汽化系统。在渗透汽化系统内设置有渗透汽化膜，还包括与渗透汽化系统连通的水蒸汽冷凝回收单元和有机溶剂冷凝回收单元。本实用新型的装置还包括与水蒸汽冷凝回收单元连通的抽真空系统和与精馏塔相连通的回流再沸器，经热泵压缩后的混合蒸汽的一部分流入回流再沸器，并为精馏塔提供部分热源。本实用新型还包括出料再沸器，有机溶剂冷凝回收单元与出料再沸器相连通，因而，将对有机溶剂冷凝过程释放的热能作为精馏塔的热源。利用本实用新型的装置能有效节约对有机溶剂进行脱水处理的能耗，且投资成本相对较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及有机溶剂脱水处理技术领域，具体涉及一种热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置。
背景技术
目前，对有机溶剂脱水处理的方法主要包括精馏法、渗透汽化法、分子筛法等，但是每种方法均存在一定的局限性：精馏法适用于溶剂与水相对挥发度较大，且脱水要求不是很高的工况，对于相对挥发度较小或脱水要求很高的工况，则会导致回流比很大，能耗很高；②渗透汽化法适用于溶剂初始含水量不高的工况，不适用于初始含水量较高的工况，否则装置投资会大幅增加；③分子筛法适用于初始含水量很小，脱水要求很高的工况，其工艺操作复杂，且容易引入杂质。
热泵精馏技术于20世纪50年代在国外提出，并经过多年的研究形成了多种形式的流程，国内的研究也同步开展，但由于热泵精馏技术存在一定的局限性，即在实际工况中，塔顶温与底温往往存在较大温差，这对压缩机提出了很高的要求，截至目前成功的工业化应用仍然不多。而且对于相对挥发度较小或脱水要求很高的工况，节能的空间仍可以进一步提高。
渗透汽化膜是近几年研发成功并工业化的技术，由于其不需要回流比，与采用常规精馏法相比，能够大幅降低能耗，但渗透汽化膜技术存在一个局限性，对于初始含水量较大的有机溶剂溶液，如果采用渗透汽化技术脱水，则需要非常大的膜面积，一次装置投资很大。
实用新型内容
为克服上述缺点，本实用新型的目的在于提供一种热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置，其能够有效节约对有机溶剂脱水处理的能耗，并能降低脱水处理装置的投资成本。
本实用新型的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置包括精馏塔，与所述精馏塔连通的渗透汽化系统，与所述渗透汽化系统连通的水蒸汽冷凝回收单元和有机溶剂冷凝回收单元，在所述精馏塔与所述渗透汽化系统之间还设置有热泵，所述有机溶剂脱水装置还包括与所述精馏塔相连通的回流再沸器，经热泵压缩后的混合蒸汽的至少一部分能与所述回流再沸器相连通。
进一步的，在所述精馏塔与所述热泵之间还设置有气液分离器。
进一步的，还包括与所述精馏塔的塔底相连通的提馏塔。
进一步的，还包括与所述回流再沸器相连通的塔顶液冷凝回收单元，所述塔顶液冷凝回收单元与所述精馏塔相连通。
进一步的，还包括出料再沸器，所述有机溶剂冷凝回收单元与所述出料再沸器相连通。
更进一步的，所述热泵为蒸汽压缩机。
本实用新型还提供一种热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水方法，包括如下步骤：
①通过精馏塔将含水有机溶剂处理至含水量不超过10％；
②将塔顶的有机溶剂-水的混合汽相通过压缩机升压至表压0.1mpa以上；
③将步骤②的混合蒸汽分为两股，一股回流至精馏塔，另一股通入渗透汽化系统进行处理；
④将经步骤③处理得到的有机溶剂蒸汽和水蒸汽分别进行冷凝回收。
进一步的，步骤③未经过渗透汽化膜的有机溶剂蒸汽作为精馏塔的塔底再沸器的热源，经热交换后的有机溶剂蒸汽被冷凝回流至精馏塔。
进一步的，将经步骤③的渗透汽化系统处理得到的有机溶剂蒸汽作为精馏塔的塔底再沸器的热源。
更进一步的，将精馏塔塔底的溶液通入提馏塔，在提馏塔内将有机溶剂蒸发分离为蒸汽，重新通入精馏塔内。
本实用新型具有如下有益效果：本实用新型的有机溶剂脱水装置在含水量较大的分离段采用热泵精馏技术，在含水量较小直到无水的分离段采用渗透汽化膜技术，并利用从塔顶排出的有机溶剂和水的蒸汽混合物再次作为精馏塔的热源，以及利用脱水后的乙醇蒸汽为精馏塔提供热源，由此实现了溶剂脱水节能的最大化，有效节约了处理能耗，且投资成本相对较低。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的有机溶剂脱水装置示意图；
图2为本实用新型实施例二的有机溶剂脱水装置示意图。
图中：
1、精馏塔；2、气液分离器；3、热泵；4、渗透汽化系统；5、抽真空系统；6、回流再沸器；7、出料再沸器；8、提馏塔；9、提馏再沸器；10、塔顶液冷凝回收单元。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一：
参见附图1所示，本实施例的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置包括依次连接的精馏塔1、气液分离器2、热泵3和渗透汽化系统4。在渗透汽化系统4内设置有渗透汽化膜，还包括与渗透汽化系统4连通的水蒸汽冷凝回收单元和有机溶剂冷凝回收单元。本实用新型的装置还包括与水蒸汽冷凝回收单元连通的抽真空系统。
本实用新型的有机溶剂脱水装置还包括与精馏塔1相连通的回流再沸器6，经热泵3压缩后的混合蒸汽的一部分流入回流再沸器6，并为精馏塔1提供部分热源。
本实用新型还包括出料再沸器7，有机溶剂冷凝回收单元与出料再沸器7相连通，因而，将对有机溶剂冷凝过程释放的热能作为精馏塔1的热源。
本实用新型的热泵3为高压比螺杆蒸汽压缩机。
本实施例的装置的工作过程为：首先通过精馏塔1将含水有机溶剂中的含水量脱至不超过10％，塔顶的混合汽相通过热泵3升压至表压0.1mpa以上，并分为两股，一股直接接入回流再沸器6，为精馏塔1提供热源，随后将冷凝液回流至精馏塔1内。另一股进入渗透汽化系统4，脱除水分至百分之一以下，甚至无水，有机溶剂蒸汽接入出料再沸器7，也为精馏塔1提供热源，并将脱水处理的有机溶剂冷凝出料。
本实用新型的装置首先通过精馏塔1将有机溶剂中的含水量精馏至不超过10％，再通过气液分离后，将有机溶剂和水的混合蒸汽通过热泵3，有效减少了处理过程中的能源消耗。本实用新型通过设置回流再沸器6和出料再沸器7，因而能够使装置的热能得到最大化的利用。
实施例二：
参见附图2所示，本实施例的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置与实施例一的区别在于还包括与精馏塔1的塔底相连通的提馏塔8，和与提馏塔8连通的提馏再沸器9，经提馏塔8分离得到的有机溶剂蒸汽再次通入精馏塔1，因而，通过对塔底有机溶剂含量较低部分的物料单独进行提馏处理，提高了对有机溶剂的脱水效率，且减少了能源消耗。本实施例的有机溶剂脱水装置还包括与回流再沸器6相连通的塔顶液冷凝回收单元10，其将未进入渗透汽化系统4的有机溶剂与水的混合蒸汽经冷凝后重新输送回精馏塔1内，再次进行脱水处理。
现以对50％的乙醇水溶液，按照1000kg/h的进料量进行处理，要求脱水后乙醇含水量为5％为例进行说明。
采用本实用新型的热泵精馏与渗透汽化耦合的装置进行脱水处理过程中具有4个物料平衡关系：
(1)溶液进料量＝塔顶产品出料量+塔底液出料量；
(2)塔顶蒸汽出料量＝过膜蒸汽蒸汽量＝膜脱水出口蒸汽量+膜渗透侧蒸汽量；
(3)膜脱水出口蒸汽量＝塔顶回流量+塔顶产品出料量；
(4)溶液进料量+塔顶回流量+膜渗透液返回塔底量＝塔顶蒸汽出料量+塔底液出料量，由此计算系统的物料平衡(表1)。
表1利用本实用新型的有机溶剂脱水装置对50％的乙醇溶液进行处理的物料平衡表
采用本实用新型的热泵精馏与渗透汽化耦合的装置进行脱水处理具有如下能量平衡关系：塔底补蒸汽热量+压缩机压缩功＝冷却水带走热量+低温水带走热量+成品乙醇带走热量+塔底液带走热量+热损失，由此计算系统的能量平衡见表2。
表2利用本实用新型的有机溶剂脱水装置对50％的乙醇溶液进行处理的能量平衡表
| 热量流 | 热量(kw) |
| 塔底补蒸汽热量 | 30.69 |
| 压缩机压缩功 | 31.00 |
| 冷却水带走热量 | 0.00 |
| 低温水带走热量 | 41.43 |
| 成品乙醇带走热量 | 11.71 |
| 塔底液带走热量 | 5.54 |
| 热损失 | 3.00 |
将采用常规精馏法、热泵精馏法、渗透汽化膜法、常规精馏与渗透汽化膜耦合法与本实用新型的热泵精馏与渗透汽化膜耦合法的能耗和预算一次投资成本进行对比，结果如表3所示。
表3利用本实用新型的有机溶剂脱水装置与采用现有技术中的装置进行脱水处理的能耗和投资对比
由此，可见利用本实用新型的有机溶剂脱水装置对上述的50％的乙醇水溶液进行处理的运行成本为66.75元/h，相对于常规精馏法的249.8元/h，节能率超过70％，年节能收益超过150万元。而系统的一次性投资约190万元，相对于常规精馏投资120万元，仅增加70万元，因此具有极大的技术应用价值。本实用新型的有机溶剂脱水装置在含水量较大的分离段采用热泵精馏技术，在含水量较小直到无水的分离段采用渗透汽化膜技术，实现了溶剂脱水节能的最大化，有效节约了能耗，且投资成本相对较低。
以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置，包括精馏塔，与所述精馏塔连通的渗透汽化系统，与所述渗透汽化系统连通的水蒸汽冷凝回收单元和有机溶剂冷凝回收单元，其特征在于，在所述精馏塔与所述渗透汽化系统之间还设置有热泵，所述有机溶剂脱水装置还包括与所述精馏塔相连通的回流再沸器，经热泵压缩后的混合蒸汽的至少一部分能与所述回流再沸器相连通。
2.根据权利要求1所述的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置，其特征在于，在所述精馏塔与所述热泵之间还设置有气液分离器。
3.根据权利要求1所述的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置，其特征在于，还包括与所述精馏塔的塔底相连通的提馏塔。
4.根据权利要求1所述的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置，其特征在于，还包括与所述回流再沸器相连通的塔顶液冷凝回收单元，所述塔顶液冷凝回收单元与所述精馏塔相连通。
5.根据权利要求1所述的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置，其特征在于，还包括出料再沸器，所述有机溶剂冷凝回收单元与所述出料再沸器相连通。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置，其特征在于，所述热泵为蒸汽压缩机。
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| CN202021859623.1U CN212700613U (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN111841060A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-10-30 | 常熟龙飞医药设备科技有限公司 | 热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置及脱水方法 |
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