TWI584861B - Reduce the energy consumption of the distillation extraction method - Google Patents

Description

降低能耗之蒸餾萃取方法

本發明為有關一種控制蒸餾萃取方法，尤指一種能降低能耗之控制蒸餾萃取方法。

蒸餾為常見用以分離混合物的技術，其係利用混合物中各物質的沸點不同以達到分離的功效，而分隔內壁蒸餾塔(Dividing-Wall Column,DWC)為化工領域中重要且已廣泛使用的蒸餾分離裝置，其係利用一垂直隔板將蒸餾塔內的空間分隔成二部分，以分別進行蒸餾，如此一來，可降低生產及使用成本。

習知應用分隔內壁蒸餾塔以進行蒸餾分離的方法，如中華民國發明公告專利第I408125之「利用隔牆式蒸餾塔的方法」，其揭露一種利用隔牆式蒸餾塔的方法，係將一包含一烴化合物的第一流送至一包含一隔牆的隔牆式蒸餾塔，從該隔牆式蒸餾塔移除一塔頂流及一塔底流，且從該隔牆式蒸餾塔移除一側引流，其中該第一流從藉由該隔牆所隔開的該側引流的相反側進入該隔牆式蒸餾塔。

習知分隔內壁蒸餾塔，雖具有降低生產及使用成本之功效，然對於蒸餾分離之技術而言，如何在操作時有效降低能耗，尚屬一大課題，有待改進。

本發明之目的，在於解決習知應用分隔內壁蒸餾塔進行蒸餾分離時，操作的條件及設計不佳的問題。

為達上述目的，本發明透過非直接方式改變隔板的氣相分配比以提供一種降低能耗之蒸餾萃取方法，係使用於一分隔內壁蒸餾塔，該分隔內壁蒸餾塔包含一初步分餾部以及一藉由一隔板與該初步分餾部相隔的精餾部，該降低能耗之蒸餾萃取方法係將一含有一待分離物質的混合物以及一共沸劑輸入該分隔內壁蒸餾塔的該初步分餾部，待分離的該混合物與該共沸劑於該分隔內壁蒸餾塔內進行一萃取過程而輸出該待分離物質，其特徵在於，於該萃取過程之中，係將該初步分餾部的壓力隨時間進行一漸進式調整，該漸進式調整包括以下步驟：步驟1：利用一第一壓力控制器，將該初步分餾部的壓力從一第一初始壓力改變一第一調整值；步驟2：利用複數個溫度控制器偵測該分隔內壁蒸餾塔的溫度，並利用一第一回流裝置、一第二回流裝置及一再沸裝置將該分隔內壁蒸餾塔調回一初始溫度；步驟3：判斷該分隔內壁蒸餾塔內的該混合物和該共沸劑之濃度分別符合一預設範圍後，利用該第一壓力控制器，將該初步分餾部的壓力再改變該第一調整值；以及步驟4：重複步驟2與步驟3，直到當該第一壓力控制器或該些溫度控制器任一失效後，將該初步分餾部的壓力調整為一第一終止壓力。

為達上述目的，本發明另提供一種降低能耗之蒸餾萃取方法，係使用於一分隔內壁蒸餾塔，該分隔內壁蒸餾塔包含一初步分餾部以及一藉由一隔板與該初步分餾部相隔的精餾部，該降低能耗之蒸餾萃取方法係將一含有一待分離物質的混合物以及一共沸劑輸入該分隔內壁蒸餾塔的該初步分餾部，待分離的該混合物與該共沸劑於該分隔內壁蒸餾塔內進行一萃 取過程而輸出該待分離物質，其特徵在於，於該萃取過程之中，係將該精餾部的壓力隨時間進行一漸進式調整，該漸進式調整包括以下步驟：步驟1：利用一第二壓力控制器，將該精餾部的壓力從一第二初始壓力改變一第二調整值；步驟2：利用複數個溫度控制器偵測該分隔內壁蒸餾塔的溫度，並利用一第一回流裝置、一第二回流裝置及一再沸裝置將該分隔內壁蒸餾塔調回一初始溫度；步驟3：判斷該分隔內壁蒸餾塔內的該混合物和該共沸劑之濃度分別符合一預設範圍後，利用該第二壓力控制器，將該精餾部的壓力再改變該第二調整值；以及步驟4：重複步驟2與步驟3，直到當該第二壓力控制器或該些溫度控制器任一失效後，將該精餾部的壓力調整為一第二終止壓力。

為達上述目的，本發明再提供一種降低能耗之蒸餾萃取方法，係使用於一分隔內壁蒸餾塔，該分隔內壁蒸餾塔包含一初步分餾部以及一藉由一隔板與該初步分餾部相隔的精餾部，該降低能耗之蒸餾萃取方法係將一含有一待分離物質的混合物以及一共沸劑輸入該分隔內壁蒸餾塔的該初步分餾部，待分離的該混合物與該共沸劑於該分隔內壁蒸餾塔內進行一萃取過程而輸出該待分離物質，其特徵在於，於該萃取過程之中，係同時將該初步分餾部以及該精餾部的壓力隨時間進行一漸進式調整，該漸進式調整包括以下步驟：步驟1：分別利用一第一壓力控制器與一第二壓力控制器，將該初步分餾部與該精餾部的壓力從一第一初始壓力與一第二初始壓力改變一第一調整值與一第二調整值； 步驟2：利用複數個溫度控制器偵測該分隔內壁蒸餾塔的溫度，並利用一第一回流裝置、一第二回流裝置及一再沸裝置將該分隔內壁蒸餾塔調回一初始溫度；步驟3：判斷該分隔內壁蒸餾塔內的該混合物和該共沸劑之濃度分別符合一預設範圍後，分別利用該第一壓力控制器與該第二壓力控制器，將該初步分餾部與該精餾部的壓力再改變該第一調整值與該第二調整值；以及步驟4：重複步驟2與步驟3，直到當該第一壓力控制器、該第二壓力控制器或該些溫度控制器任一失效後，將該初步分餾部與該精餾部的壓力分別調整為一第一終止壓力與一第二終止壓力。

是以，於該萃取過程之中，藉由隨著時間對該初步分餾部或該精餾部的壓力進行該漸進式調整，以達到降低該分隔內壁蒸餾塔的能耗之功效。

10‧‧‧分隔內壁蒸餾塔

11‧‧‧初步分餾部

12‧‧‧精餾部

20‧‧‧隔板

30‧‧‧第一回流裝置

40‧‧‧第一冷凝裝置

50‧‧‧第二回流裝置

60‧‧‧再沸裝置

80‧‧‧第三回流裝置

90‧‧‧第二冷凝裝置

A‧‧‧碳酸二甲酯

B‧‧‧甲醇

C‧‧‧苯甲醚

D‧‧‧混合物

PC1‧‧‧第一壓力控制器

PC2‧‧‧第二壓力控制器

TC1‧‧‧第一溫度控制器

TC2‧‧‧第二溫度控制器

TC3‧‧‧第三溫度控制器

LC1‧‧‧第一液位控制器

LC2‧‧‧第二液位控制器

LC3‧‧‧第三液位控制器

圖1，為本發明一實施例的分隔內壁蒸餾塔結構示意圖。

圖2，為本發明第一實施例中，該初步分餾部的塔頂壓力隨時間變化的曲線圖。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請搭配參閱『圖1』所示，『圖1』為本發明一實施例的分隔內壁蒸餾塔結構示意圖，如圖所示，本發明提供一種降低能耗之蒸餾萃取方法，係使用於一分隔內壁蒸餾塔10，該分隔內壁蒸餾塔10包含一初步分餾部11以及一藉由一隔板20與該初步分餾部11相隔的精餾部12，該分隔內壁蒸餾塔10進一步與一第一回流裝置30、一第一冷凝裝置40、一第二回流裝置50、 一再沸裝置60、一第三回流裝置80以及一第二冷凝裝置90連接。此外，更與複數個控制器連接，該些控制器包括一第一壓力控制器PC1、一第二壓力控制器PC2、一第一溫度控制器TC1、一第二溫度控制器TC2、一第三溫度控制器TC3、一第一液位控制器LC1、一第二液位控制器LC2以及一第三液位控制器LC3。

該降低能耗之蒸餾萃取方法係將一混合物D以及一共沸劑輸入該分隔內壁蒸餾塔10，該混合物D含有一待分離物質，該混合物D與該共沸劑於該分隔內壁蒸餾塔10內進行一萃取過程而分離該待分離物質。於本發明的第一實施例中，係於該萃取過程之中，在不對該精餾部12的壓力經由該第二壓力控制器PC2進行控制的設定以進行改變的情況下，將該初步分餾部11的壓力藉由該第一壓力控制器PC1隨時間進行一漸進式調整之設定值，經過該漸進式調整後，可影響該混合物D以及該共沸劑於該初步分餾部11和該精餾部12的氣體流量，而到達一對應至最低能耗的最佳氣相分配比值，方可達到降低能耗之功效。

於本發明之一實施例中，該漸進式調整可包括以下步驟：步驟1：利用該第一壓力控制器PC1，將該初步分餾部11的壓力從一第一初始壓力改變一第一調整值；步驟2：利用該些溫度控制器偵測該分隔內壁蒸餾塔10的溫度，並利用該第一回流裝置30、該第二回流裝置50及該再沸裝置60將該分隔內壁蒸餾塔10調回一初始溫度；步驟3：判斷該分隔內壁蒸餾塔10內的該混合物D和該共沸劑之濃度分別符合一預設範圍後，利用該第一壓力控制器PC1，將該初步分餾部11的壓力再改變該第一調整值；以及 步驟4：重複步驟2與步驟3，直到當該第一壓力控制器PC1或該些溫度控制器任一失效後，將該初步分餾部11的壓力調整為一第一終止壓力。為具體了解本發明之實際操作與功效，以下係以碳酸二甲酯A與甲醇B之混合物作為該混合物D，苯甲醚C作為該共沸劑舉例說明。請配合參閱『圖1』所示，首先，將該混合物D與該共沸劑輸入該分隔內壁蒸餾塔10中，於該初步分餾部11中，經由該初步分餾部11進行該萃取過程後分離出該甲醇B，剩餘的該混合物D以及該苯甲醚C之混合物則藉由該第一回流裝置30回流至該初步分餾部11，回流量由該些溫度控制器決定，以對該甲醇B進行再次的蒸餾萃取或經由該初步分餾部11輸入該精餾部12，於本實施例中，該初步分餾部11包含10至80片板。

於該精餾部12中，經由該精餾部12進行該萃取過程後輸出該碳酸二甲酯A，剩餘的該混合物D以及該苯甲醚C之混合物則藉由該第二回流裝置50回流至該精餾部12，回流量由該些溫度控制器決定，以對該碳酸二甲酯A進行再次的蒸餾萃取或經由該精餾部12輸入該初步分餾部11，其中該精餾部12包含10至80片板。

經由上述該萃取過程，待該甲醇B由該初步分餾部11輸出以及該碳酸二甲酯A由該精餾部12輸出後，剩餘的該苯甲醚C則由該分隔內壁蒸餾塔10的塔底輸出，接著，藉由該再沸裝置60可將該苯甲醚C進行加熱，所提供的能耗由該些溫度控制器決定，氣體輸入該分隔內壁蒸餾塔10並進行回流，以再次進行蒸餾萃取，而液體會累積在塔底並在有該第三液位控制器LC3的控制下，決定塔底的出料流量。

有關該萃取過程中，該初步分餾部11以及該精餾部12的操作控制如下，請搭配參閱『圖2』所示，『圖2』為本發明第一實施例中，該初步分餾部11的塔頂壓力隨時間變化的曲線圖。於本實施例中，係於固定該精 餾部12的壓力條件下，利用該第一壓力控制器PC1對該初步分餾部11的壓力進行控制下，對該第一壓力控制器PC1的設定進行該漸進式調整。於該初步分餾部11中，首先藉由該第一壓力控制器PC1控制該第一初始壓力改變該第一調整值，該第一壓力控制器PC1由該第一冷凝裝置40的能耗所控制，接著利用該第一溫度控制器TC1、該第二溫度控制器TC2以及該第三溫度控制器TC3偵測該分隔內壁蒸餾塔10的溫度，並利用該第一回流裝置30、該第二回流裝置50及該再沸裝置60將該分隔內壁蒸餾塔10調回該初始溫度，該初步分餾部11的溫度係由該第一溫度控制器TC1改變該第一回流裝置30的設定所控制，接著判斷該分隔內壁蒸餾塔10內的該混合物D和該共沸劑之濃度分別符合該預設範圍後，利用該第一壓力控制器PC1，將該初步分餾部11的壓力再改變該第一調整值，重複上述步驟，直到當該第一壓力控制器PC1或該些溫度控制器任一失效後，將該初步分餾部11的壓力調整為該第一終止壓力，而該第一冷凝裝置40後的液面位置由該第一液位控制器LC1控制，該第一液位控制器LC1則由該甲醇B的出料流量所控制。於本實施例中，該第一終止壓力係指該碳酸二甲酯A與該甲醇B經由該萃取過程後，純度介於95.0wt.%至99.9wt.%之間時之該初步分餾部11的壓力。

於該精餾部12中，於本實施例其壓力為固定，其溫度由該第二溫度控制器TC2改變該第二回流裝置50的設定所控制，另，該第二冷凝裝置90後的液面位置由該第二液位控制器LC2控制，該第二液位控制器LC2則由該碳酸二甲酯A的出料流量所控制。此外，該分隔內壁蒸餾塔10的塔底溫度由該第三溫度控制器TC3改變該第三回流裝置80的設定所控制，而塔底的液面位置由該第三液位控制器LC3控制，該第三液位控制器LC3則由該苯甲醚C的出料流量所控制。

於第二實施例中，與第一實施例不同的地方在於，藉由固定該初步分餾部11的壓力，對該精餾部12的壓力藉由該第二壓力控制器PC2的設定進行該漸進式調整，以進行該萃取過程。於本實施例中，該精餾部12的壓力係利用該第二壓力控制器PC2控制下，對該第二壓力控制器PC2的設定進行該漸進式調整，首先藉由該第二壓力控制器PC2控制該精餾部12的一第二初始壓力並改變一第二調整值，該第二壓力控制器PC2由該第二冷凝裝置90的能耗所控制，同樣地重複調整壓力的步驟直到當該第二壓力控制器PC2或該些溫度控制器任一失效後，將該精餾部12的壓力調整為一第二終止壓力，該第二終止壓力係指該碳酸二甲酯A與該甲醇B經由該萃取過程後，純度介於95.0wt.%至99.9wt.%之間時之該精餾部12的壓力，除上述控制壓力的位置與方式外，其餘的操作控制方法與上述實施例相同，於此不再贅述。如此一來，可同樣地達到降低該分隔內壁蒸餾塔10的能耗之目的。

於第三實施例中，與上述實施例不同的地方在於，同時對該初步分餾部11及該精餾部12的壓力進行調整，操作控制的方式如上所述，該初步分餾部11由該第一壓力控制器PC1進行該漸進式調整，該精餾部12由該第二壓力控制器PC2進行該漸進式調整，直至該初步分餾部11的壓力調整為該第一終止壓力，該精餾部12的壓力調整為該第二終止壓力。如此一來，亦可同樣地達到降低該分隔內壁蒸餾塔10的能耗之功效。

綜上所述，經由該漸進式調整，將該初步分餾部的壓力改變該第一調整值，並重複直到該初步分餾部的壓力調整為該第一終止壓力；另一方面，亦可藉由單獨改變該精餾部的壓力，或者同時改變該初步分餾部及該精餾部的壓力，並利用該些控制器進行調控，以達到降低該分隔內壁蒸餾塔的能耗之目的。

10‧‧‧分隔內壁蒸餾塔

11‧‧‧初步分餾部

12‧‧‧精餾部

20‧‧‧隔板

30‧‧‧第一回流裝置

40‧‧‧第一冷凝裝置

50‧‧‧第二回流裝置

60‧‧‧再沸裝置

80‧‧‧第三回流裝置

90‧‧‧第二冷凝裝置

A‧‧‧碳酸二甲酯

B‧‧‧甲醇

C‧‧‧苯甲醚

D‧‧‧混合物

PC1‧‧‧第一壓力控制器

PC2‧‧‧第二壓力控制器

TC1‧‧‧第一溫度控制器

TC2‧‧‧第二溫度控制器

TC3‧‧‧第三溫度控制器

LC1‧‧‧第一液位控制器

LC2‧‧‧第二液位控制器

LC3‧‧‧第三液位控制器

Claims (17)

1. 一種降低能耗之蒸餾萃取方法，係使用於一分隔內壁蒸餾塔，該分隔內壁蒸餾塔包含一初步分餾部以及一藉由一隔板與該初步分餾部相隔的精餾部，該降低能耗之蒸餾萃取方法係將一含有一待分離物質的混合物以及一共沸劑輸入該分隔內壁蒸餾塔的該初步分餾部，待分離的該混合物與該共沸劑於該分隔內壁蒸餾塔內進行一萃取過程而輸出該待分離物質，其特徵在於，於該萃取過程之中，係將該初步分餾部的壓力隨時間進行一漸進式調整，該漸進式調整包括以下步驟：步驟1：利用一第一壓力控制器，將該初步分餾部的壓力從一第一初始壓力改變一第一調整值；步驟2：利用複數個溫度控制器偵測該分隔內壁蒸餾塔的溫度，並利用一第一回流裝置、一第二回流裝置及一再沸裝置將該分隔內壁蒸餾塔調回一初始溫度；步驟3：判斷該分隔內壁蒸餾塔內的該混合物和該共沸劑之濃度分別符合一預設範圍後，利用該第一壓力控制器，將該初步分餾部的壓力再改變該第一調整值；以及步驟4：重複步驟2與步驟3，直到當該第一壓力控制器或該些溫度控制器任一失效後，將該初步分餾部的壓力調整為一第一終止壓力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中於該萃取過程之中，並不對該精餾部的壓力設定進行改變。
3. 如申請專利範圍第1項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中該混合物包含有一碳酸二甲酯以及一甲醇，該待分離物質為該碳酸二甲酯，該共沸劑為一苯甲醚。
4. 如申請專利範圍第3項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中經由該萃取過程後，該甲醇由該初步分餾部萃取輸出，該碳酸二甲酯由該精餾部萃取輸出，該苯甲醚由該分隔內壁蒸餾塔的塔底輸出。
5. 如申請專利範圍第4項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中該第一終止壓力係指該碳酸二甲酯與該甲醇經由該萃取過程後，純度介於95wt.%至99.9wt.%之間時之該初步分餾部的壓力。
6. 如申請專利範圍第4項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中該初步分餾部包含10至80片板，該精餾部包含10至80片板。
7. 一種降低能耗之蒸餾萃取方法，係使用於一分隔內壁蒸餾塔，該分隔內壁蒸餾塔包含一初步分餾部以及一藉由一隔板與該初步分餾部相隔的精餾部，該降低能耗之蒸餾萃取方法係將一含有一待分離物質的混合物以及一共沸劑輸入該分隔內壁蒸餾塔的該初步分餾部，待分離的該混合物與該共沸劑於該分隔內壁蒸餾塔內進行一萃取過程而輸出該待分離物質，其特徵在於，於該萃取過程之中，係將該精餾部的壓力隨時間進行一漸進式調整，該漸進式調整包括以下步驟：步驟1：利用一第二壓力控制器，將該精餾部的壓力從一第二初始壓力改變一第二調整值；步驟2：利用複數個溫度控制器偵測該分隔內壁蒸餾塔的溫度，並利用一第一回流裝置、一第二回流裝置及一再沸裝置將該分隔內壁蒸餾塔調回一初始溫度；步驟3：判斷該分隔內壁蒸餾塔內的該混合物和該共沸劑之濃度分別符合一預設範圍後，利用該第二壓力控制器，將該精餾部的壓力再改變該第二調整值；以及 步驟4：重複步驟2與步驟3，直到當該第二壓力控制器或該些溫度控制器任一失效後，將該精餾部的壓力調整為一第二終止壓力。
8. 如申請專利範圍第7項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中於該萃取過程之中，並不對該初步分餾部的壓力設定進行改變。
9. 如申請專利範圍第7項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中該混合物包含有一碳酸二甲酯以及一甲醇，該待分離物質為該碳酸二甲酯，該共沸劑為一苯甲醚。
10. 如申請專利範圍第9項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中經由該萃取過程後，該甲醇由該初步分餾部萃取輸出，該碳酸二甲酯由該精餾部萃取輸出，該苯甲醚由該分隔內壁蒸餾塔的塔底輸出。
11. 如申請專利範圍第10項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中該第二終止壓力係指該碳酸二甲酯與該甲醇經由該萃取過程後，純度介於95wt.%至99.9wt.%之間時之該精餾部的壓力。
12. 如申請專利範圍第10項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中該初步分餾部包含10至80片板，該精餾部包含10至80片板。
13. 一種降低能耗之蒸餾萃取方法，係使用於一分隔內壁蒸餾塔，該分隔內壁蒸餾塔包含一初步分餾部以及一藉由一隔板與該初步分餾部相隔的精餾部，該降低能耗之蒸餾萃取方法係將一含有一待分離物質的混合物以及一共沸劑輸入該分隔內壁蒸餾塔的該初步分餾部，待分離的該混合物與該共沸劑於該分隔內壁蒸餾塔內進行一萃取過程而輸出該待分離物質，其特徵在於，於該萃取過程之中，係同時將該初步分餾部以及該精餾部的壓力隨時間進行一漸進式調整，該漸進式調整包括以下步驟： 步驟1：分別利用一第一壓力控制器與一第二壓力控制器，將該初步分餾部與該精餾部的壓力從一第一初始壓力與一第二初始壓力改變一第一調整值與一第二調整值；步驟2：利用複數個溫度控制器偵測該分隔內壁蒸餾塔的溫度，並利用一第一回流裝置、一第二回流裝置及一再沸裝置將該分隔內壁蒸餾塔調回一初始溫度；步驟3：判斷該分隔內壁蒸餾塔內的該混合物和該共沸劑之濃度分別符合一預設範圍後，分別利用該第一壓力控制器與該第二壓力控制器，將該初步分餾部與該精餾部的壓力再改變該第一調整值與該第二調整值；以及步驟4：重複步驟2與步驟3，直到當該第一壓力控制器、該第二壓力控制器或該些溫度控制器任一失效後，將該初步分餾部與該精餾部的壓力分別調整為一第一終止壓力與一第二終止壓力。
14. 如申請專利範圍第13項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中該混合物包含有一碳酸二甲酯以及一甲醇，該待分離物質為該碳酸二甲酯，該共沸劑為一苯甲醚。
15. 如申請專利範圍第14項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中經由該萃取過程後，該甲醇由該初步分餾部萃取輸出，該碳酸二甲酯由該精餾部萃取輸出，該苯甲醚由該分隔內壁蒸餾塔的塔底輸出。
16. 如申請專利範圍第15項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中該第一終止壓力與該第二終止壓力係指該碳酸二甲酯以及該甲醇經由該萃取過程後，純度介於95wt.%至99.9wt.%之間時，分別對應於該初步分餾部與該精餾部的壓力。
17. 如申請專利範圍第15項所述之降低能耗之蒸餾萃取方法，其中該初步分餾部包含10至80片板，該精餾部包含10至80片板。