CN214714451U - 一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，包括预热器、原料泵、残液泵、提馏塔、提馏塔塔釜、提馏再沸器、循环泵、精馏塔、精馏塔塔釜、精馏再沸器、喷射器、尾气冷凝器、成品罐、成品泵、热泵、渗透液气化膜；所述预热器的进口与所述原料泵通过管道相连，其出口通过管道和阀门分别与所述提馏塔塔釜、所述精馏塔的进料口相连。本实用新型经过提馏塔和精馏塔浓缩，得到水含量约5%的半成品乙醇，半成品乙醇再进入渗透汽化膜做深度脱水，得到水含量约200PPM的无水乙醇。本实用新型启动热泵给二次蒸汽加压，以压缩后的二次蒸汽做热源，此时可关闭提馏再沸器，整个设备不再需要外部热源，可节省大量的蒸汽费用。

Description

一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备

技术领域

本实用新型属于生产无水乙醇技术领域，具体涉及一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备。

背景技术

目前纯精馏塔技术生产高纯度乙醇，加热能耗比较高，而且二次蒸汽品位较低，无法回收利用，还需要大量冷却水将产品液化；单纯的渗透气化膜技术在有机溶剂与水的共沸体脱水领域应用广泛，但最经济的是有机物含水量在共沸点附近，过高的含水量需要更大的渗透气化膜面积，设备成本和后期维护成泵会很高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种将渗透气化膜技术、热泵压缩技术与精馏塔技术耦合，充分利用二次蒸汽的潜热，大大降低了无水乙醇生产能耗，同时节约了产品冷却用水的制备水乙醇设备。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，包括预热器、原料泵、残液泵、提馏塔、提馏塔塔釜、提馏再沸器、循环泵、精馏塔、精馏塔塔釜、精馏再沸器、喷射器、尾气冷凝器、成品罐、成品泵、热泵、渗透液气化膜；所述预热器的进口与所述原料泵通过管道相连，其出口通过管道和阀门分别与所述提馏塔塔釜、所述精馏塔的进料口相连；

所述提馏塔安装在所述提馏塔塔釜顶部；所述提馏再沸器的进口通过管道与提馏塔塔釜底部出料口相连，其出口通过管道与提馏塔相连；

所述精馏塔安装在精馏塔塔釜顶部；精馏塔的塔底部气相入口分别与提馏塔的塔顶气相出口、精馏再沸器的管程气相出口管道相连，精馏再沸器管程液相出口与精馏塔塔釜管道相连；

所述循环泵的进口与所述精馏塔塔釜底部出料口通过管道相连，其出口通过管道和阀门分别与提馏塔的塔顶进料口、精馏再沸器的管程进口相连；

所述尾气冷凝器安装在所述成品罐顶部，成品罐进口与精馏再沸器壳程出口管道相连；

所述成品泵进口与成品罐底部出料口管道相连，其出口通过管道和阀门分别与精馏塔的塔顶回流口、所述喷射器入口相连；

所述热泵进口通过管道与精馏塔的塔顶二次蒸汽出口相连，其出口与所述渗透气化膜截留侧入口管道相连；

所述渗透气化膜截留侧出口和旁路管道合并后与精馏再沸器壳体上的入口相连。

还包括渗透液冷凝器、真空缓冲罐、真空泵；

所述渗透液冷凝器安装在所述真空缓冲罐顶部，其管程进口与渗透气化膜渗透侧管道相连；

所述真空缓冲罐气相出口与所述真空泵管道相连，其底部液相出料口通过管道与原料泵入口相连。

所述成品泵出口上设有成品排出接口。

所述喷射器位于所述渗透气化膜与精馏再沸器相连的管道上。

所述渗透气化膜至少有一组。

所述渗透气化膜有二组以上，每组渗透气化膜串联组合。

所述渗透气化膜有二组以上，每组渗透气化膜并联组合。

所述渗透气化膜有三组以上，渗透气化膜进行串联、并联混合组合。

所述残液泵的进口通过管道与提馏塔塔釜底部出料口相连，其出口通过管道与所述预热器的壳体上的进口相连；所述预热器的壳体上设有排出口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

（1）本实用新型可将原料组成为乙醇约50%，水约50%，首先经过提馏塔和精馏塔浓缩，得到水含量约5%的半成品乙醇，半成品乙醇再进入渗透汽化膜做深度脱水，得到水含量约200PPM的无水乙醇。

（2）本实用新型启动初期，用水蒸气做热源，通过提馏再沸器给物料加热，当精馏塔顶能正常产生二次蒸汽后，启动热泵给二次蒸汽加压，以压缩后的二次蒸汽做热源，通过精馏再沸器给物料加热，此时可关闭提馏再沸器，整个设备不再需要外部热源。相比传统的精馏塔或者渗透气化膜脱水，可节省大量的蒸汽费用。

（3）本实用新型的热泵压缩后的二次蒸汽是过热状态的，在进入精馏再沸器前的管道中设有一个喷射器，喷射少量的液相成品，吸收掉过热部分的热量，使进入精馏再沸器的二次蒸汽为饱和状态，此饱和蒸汽与管程物料换热，交换掉所有潜热，液化后进入成品罐。以少量热泵的机械能提升二次蒸汽品位，达到可利用状态，通过回收二次蒸汽潜热替代精馏过程需要的水蒸气，既节省大量的蒸汽，又节省成品冷凝用的大量循环水。

（4）本实用新型的渗透液中含乙醇约10%，可再次进入精馏塔回收乙醇，提高综合收率，并降低废水中的有机物。

（5）在不需要做到无水级别的产品要求下，可以通过渗透气化膜的旁路管道，将压缩后的二次蒸汽直接进入精馏再沸器，生产95%浓度的乙醇。

附图说明

图1 本实用新型结构示意图。

其中，1—预热器；2—原料泵；3—残液泵；4—提馏塔；5—提馏塔塔釜；6—提馏再沸器；7—循环泵；8—精馏塔；9—精馏塔塔釜；10—精馏再沸器；11—喷射器；12—尾气冷凝器；13—成品罐；14—成品泵；15—热泵；16—渗透液气化膜；17—渗透液冷凝器；18—真空缓冲罐；19—真空泵。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

如附图1所示，一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，包括预热器1、原料泵2、残液泵3、提馏塔4、提馏塔塔釜5、提馏再沸器6、循环泵7、精馏塔8、精馏塔塔釜9、精馏再沸器10、喷射器11、尾气冷凝器12、成品罐13、成品泵14、热泵15、渗透液气化膜16；预热器1的进口与原料泵2通过管道相连，其出口通过管道和阀门分别与提馏塔塔釜5、精馏塔8的进料口相连；原料泵2中原料组成为乙醇约50%，水约50%。

提馏塔4安装在提馏塔塔釜5顶部；提馏再沸器6的进口通过管道与提馏塔塔釜5底部出料口相连，其出口通过管道与提馏塔4相连；提馏再沸器6用于给物料进行加热。

精馏塔8安装在精馏塔塔釜9顶部；精馏塔8的塔底部气相入口分别与提馏塔4的塔顶气相出口、精馏再沸器10的管程气相出口管道相连，精馏再沸器10管程液相出口与精馏塔塔釜9管道相连；

循环泵7的进口与精馏塔塔釜9底部出料口通过管道相连，其出口通过管道和阀门分别与提馏塔4的塔顶进料口、精馏再沸器10的管程进口相连；

尾气冷凝器12安装在成品罐13顶部，成品罐13进口与精馏再沸器10壳程出口管道相连；

成品泵14进口与成品罐13底部出料口管道相连，其出口通过管道和阀门分别与精馏塔8的塔顶回流口、喷射器11入口相连；

热泵15进口通过管道与精馏塔8的塔顶二次蒸汽出口相连，其出口与渗透气化膜16截留侧入口管道相连。热泵15压缩后的二次蒸汽是过热状态的，在进入精馏再沸器10前的管道中设有一个喷射器11，喷射少量的液相成品，吸收掉过热部分的热量，使进入精馏再沸器10的二次蒸汽为饱和状态，此饱和蒸汽与管程物料换热，交换掉所有潜热，液化后进入成品罐13。以少量热泵15的机械能提升二次蒸汽品位，达到可利用状态，通过回收二次蒸汽潜热替代精馏过程需要的水蒸气，既节省大量的蒸汽，又节省成品冷凝用的大量循环水。

渗透气化膜16截留侧出口和旁路管道合并后与精馏再沸器10壳体上的入口相连。

还包括渗透液冷凝器17、真空缓冲罐18、真空泵19；

渗透液冷凝器17安装在真空缓冲罐18顶部，其管程进口与渗透气化膜16渗透侧管道相连；真空缓冲罐18气相出口与真空泵19管道相连，其底部液相出料口通过管道与原料泵2入口相连。底部液相出料口流出的渗透液中含乙醇约10%，可再次进入精馏塔8回收乙醇，提高综合收率，并降低废水中的有机物。

成品泵14出口上设有成品排出接口，成品排出接口用于排出水含量约200PPM的无水乙醇。

喷射器11位于渗透气化膜16与精馏再沸器10相连的管道上。

渗透气化膜16至少有一组，渗透气化膜16用于对水含量约5%的半成品乙醇做深度脱水，得到水含量约200PPM的无水乙醇。

残液泵3的进口通过管道与提馏塔塔釜5底部出料口相连，其出口通过管道与预热器1的壳体上的进口相连；预热器1的壳体上设有排出口，排出口用于将废水排出，废水中乙醇浓度约为1%。

工作原理：原料组成为乙醇~50%，水~50%，原料首先经过提馏塔4和精馏塔8进行浓缩，得到水含量约5%的半成品乙醇，半成品乙醇再进入渗透汽化膜16做深度脱水，得到水含量约200PPM的无水乙醇。

本实用新型启动初期，用水蒸气做热源，通过提馏再沸器6给物料加热。当精馏塔8塔顶能正常产生二次蒸汽后，启动热泵15给二次蒸汽加压，以压缩后的二次蒸汽做热源，通过精馏再沸器10给物料加热，此时可关闭提馏再沸器6，整个设备不再需要外部热源。相比传统的精馏塔或者渗透气化膜脱水，可节省大量的蒸汽费用。

热泵15压缩后的二次蒸汽直接进入渗透汽化膜16做深度脱水，节省了单独渗透气化膜系统生产无水乙醇的物料气化部分设备投资和能源消耗。根据产品产能和产品指标需求，渗透气化膜16最少为一组，也可以有二组以上，每组渗透气化膜16串联组合或每组渗透气化膜16并联组合；渗透气化膜16也可以有三组以上，渗透气化膜16进行串联、并联混合组合。

如果不需要做到无水级别的产品，也可以通过渗透气化膜16的旁路管道，将压缩后的二次蒸汽直接进入精馏再沸器10，生产95%浓度的乙醇。

以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，其特征在于：包括预热器（1）、原料泵（2）、残液泵（3）、提馏塔（4）、提馏塔塔釜（5）、提馏再沸器（6）、循环泵（7）、精馏塔（8）、精馏塔塔釜（9）、精馏再沸器（10）、喷射器（11）、尾气冷凝器（12）、成品罐（13）、成品泵（14）、热泵（15）、渗透液气化膜（16）；所述预热器（1）的进口与所述原料泵（2）通过管道相连，其出口通过管道和阀门分别与所述提馏塔塔釜（5）、所述精馏塔（8）的进料口相连；

所述提馏塔（4）安装在所述提馏塔塔釜（5）顶部；所述提馏再沸器（6）的进口通过管道与提馏塔塔釜（5）底部出料口相连，其出口通过管道与提馏塔（4）相连；

所述精馏塔（8）安装在精馏塔塔釜（9）顶部；精馏塔（8）的塔底部气相入口分别与提馏塔（4）的塔顶气相出口、精馏再沸器（10）的管程气相出口管道相连，精馏再沸器（10）管程液相出口与精馏塔塔釜（9）管道相连；

所述循环泵（7）的进口与所述精馏塔塔釜（9）底部出料口通过管道相连，其出口通过管道和阀门分别与提馏塔（4）的塔顶进料口、精馏再沸器（10）的管程进口相连；

所述尾气冷凝器（12）安装在所述成品罐（13）顶部，成品罐（13）进口与精馏再沸器（10）壳程出口管道相连；

所述成品泵（14）进口与成品罐（13）底部出料口管道相连，其出口通过管道和阀门分别与精馏塔（8）的塔顶回流口、所述喷射器（11）入口相连；

所述热泵（15）进口通过管道与精馏塔（8）的塔顶二次蒸汽出口相连，其出口与所述渗透气化膜（16）截留侧入口管道相连；

所述渗透气化膜（16）截留侧出口和旁路管道合并后与精馏再沸器（10）壳体上的入口相连。

2.根据权利要求1所述的一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，其特征在于：还包括渗透液冷凝器（17）、真空缓冲罐（18）、真空泵（19）；

所述渗透液冷凝器（17）安装在所述真空缓冲罐（18）顶部，其管程进口与渗透气化膜（16）渗透侧管道相连；

所述真空缓冲罐（18）气相出口与所述真空泵（19）管道相连，其底部液相出料口通过管道与原料泵（2）入口相连。

3.根据权利要求1所述的一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，其特征在于：所述成品泵（14）出口上设有成品排出接口。

4.根据权利要求3所述的一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，其特征在于：所述喷射器（11）位于所述渗透气化膜（16）与精馏再沸器（10）相连的管道上。

5.根据权利要求1所述的一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，其特征在于：所述渗透气化膜（16）至少有一组。

6.根据权利要求5所述的一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，其特征在于：所述渗透气化膜（16）有二组以上，每组渗透气化膜（16）串联组合。

7.根据权利要求5所述的一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，其特征在于：所述渗透气化膜（16）有二组以上，每组渗透气化膜（16）并联组合。

8.根据权利要求5所述的一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，其特征在于：所述渗透气化膜（16）有三组以上，渗透气化膜（16）进行串联、并联混合组合。

9.根据权利要求1所述的一种热泵双塔精馏耦合渗透气化膜制无水乙醇设备，其特征在于：所述残液泵（3）的进口通过管道与提馏塔塔釜（5）底部出料口相连，其出口通过管道与所述预热器（1）的壳体上的进口相连；所述预热器（1）的壳体上设有排出口。

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