CN102430254B - 甲醇、乙醇水溶液的精馏工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种甲醇、乙醇水溶液的精馏工艺及装置，装置部分包括预热器、蒸发塔、蒸馏塔、汽水分离器等，其中蒸发塔由隔板分为独立的上下两部分，上部设有醇冷凝器，下部设有梯度蒸发器，蒸馏塔的下部设有残液梯度蒸发器，中部为初馏区，上部为精馏区，精馏工艺分为稀液蒸发和残液蒸发两部分，稀液和残液的蒸发均采用梯度蒸发。本发明的蒸发分稀液蒸发和残液蒸发两部分，均采用梯度蒸发，提高了进入初馏塔和精馏塔的醇浓度，实现了残液排出的连续化；本工艺实现了能量的重复利用，采用安全的水为介质通过热泵重复利用；利用能量的方式使水介质在负压状态下吸收醇蒸汽的能量；以清洁蒸汽进入精馏塔，保护了精馏塔内件清洁和不受腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种甲醇、乙醇水溶液的精馏工艺及装置，属于化工设备技术领域。
背景技术
甲醇、乙醇是医药化工领域的常用溶剂，在使用完以后常常溶入一些化学反应中的生成水而变得浓度较低而不能继续使用，只能进行精馏提高浓度后再进行使用。目前行业内甲醇、乙醇的精馏装置为精馏塔，塔的下部直接通入蒸汽加热或通过列管间壁加热使甲醇、乙醇的水溶液受热汽化后上行，稀的甲醇或乙醇水溶液从塔的中部以液体的形式在喷淋口的作用下喷淋到塔板上，与上行的甲醇或乙醇的水溶液的混合蒸汽进行传质热交换后水分冷凝下行，稀溶液中的甲醇或乙醇蒸发成气体上行后再与塔顶回流的甲醇或乙醇的回流液进行传质热交换后从塔顶出汽管进入冷凝器，冷凝后部分冷凝液回流到塔顶内再次参与热交换，一部分作为完成液进入合格品收集罐。
塔顶回流的冷凝甲醇、乙醇需消耗热量重新蒸发成汽体，所以蒸汽消耗大。蒸发出塔顶的甲醇、乙醇汽体再次冷凝需要消耗大量的冷却水，提高了配套动力设施的造价。由于化学反应过程不可避免地会产生一些副产物，物料从塔中部进入，长时间运行会腐蚀、污染或堵塞填料或塔板等塔内件。
现行设备塔底残液未进行梯度蒸出，而是混合蒸出，残液中残留醇难蒸发完全，残液终点含醇量难以精密控制，易使醇成分从残液中带出造成跑料。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种解决了上述缺陷的，减少了蒸汽用量，提高了蒸发效果，避免了跑料现象的甲醇、乙醇水溶液的精馏工艺及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的甲醇、乙醇水溶液的精馏装置，其特征在于：包括预热器、蒸发塔、蒸馏塔、汽水分离器，其中蒸发塔由隔板分为独立的上下两部分，上部设有醇冷凝器，下部设有梯度蒸发器，蒸馏塔的下部设有残液梯度蒸发器，中部为初馏区，上部为精馏区，梯度蒸发器和残液梯度蒸发器上均设有尾气出口和蒸汽进口，底部均设有残液出口，梯度蒸发器上方设有混合蒸汽出口；
稀醇进管经过预热器后连接至梯度蒸发器上方位置处，梯度蒸发器的尾气出口与汽水分离器的进料口相连接，汽水分离器的凝水出口与醇冷凝器的进水管相连接，醇冷凝器的出汽管经热泵后与梯度蒸发器的蒸汽进口相连接，梯度蒸发器底部的残液出口通过管路连接至蒸馏塔的残液梯度蒸发器上方位置处，梯度蒸发器上部的混合蒸汽出口通过管路连接至位于蒸馏塔的初馏区与精馏区之间的散气口，蒸馏塔顶部的出料口通过管路与醇冷凝器的进口相连接，醇冷凝器的醇冷凝液出口分别通过管路与成品醇罐和蒸馏塔顶部的回流液进口相连接，其中汽水分离器的凝水出口、梯度蒸发器底部的残液出口和醇冷凝器的醇冷凝液出口处的管路上均设有泵。
所述的梯度蒸发器和残液梯度蒸发器均包括2～20个自上而下分布的蒸发托盘，每个蒸发托盘的两端均设有尾气出口和蒸汽进口，蒸发托盘的数目优选为8个，稀液和残液的蒸发均采用梯度蒸发，且每级蒸发出的蒸汽都与上一级的溶液有传质、传热过程，提高了进入蒸馏塔的醇浓度和实现残液排出的连续化。
残液梯度蒸发器的蒸汽进口与蒸汽进管相连，在整个工艺过程中，只有残液梯度蒸发器需要用到额外的生蒸汽。
本装置第一次运行时，梯度蒸发器需要的蒸汽由热泵压缩醇冷凝器出水蒸气管内的冷凝水汽化蒸汽提供。
所述的预热器包括第一预热器和第二预热器，汽水分离器的气体出口和残液梯度蒸发器的尾气出口均与第一预热器的热介质进管相连接，残液梯度蒸发器底部的残液出口与第二预热器的热介质进管相连接。可对排放的尾气和残液中的热量进行回收，减少能源浪费。
所述的醇冷凝器的不凝性气体出管和少量醇气体通过不凝气体出口通过冷凝器后连接至成品醇罐。将从醇冷凝器出来的不凝性气体中的醇进行冷凝回收，可进一步提高产量。
一种采用上述的精馏装置的甲醇、乙醇水溶液的精馏工艺，甲醇、乙醇稀溶液经过滤器后进入预热器内，采用60℃～120℃的压缩水蒸气加热，其特征在于还包括以下步骤：
a、预热后的甲醇、乙醇稀溶液进入蒸发塔下部的梯度蒸发器，采用60℃～120℃的热泵压缩水蒸气进行梯度蒸发，蒸发出65℃～85℃的混合蒸汽；
b、蒸发出的混合蒸汽上行，经管路进入蒸馏塔中部；蒸发后的尾气经尾气出口进入汽水分离器，分离出的水经管路进入蒸发塔上部的醇冷凝器，作为冷凝水使用；蒸发后的残液下行至蒸发塔底部，经管路进入蒸馏塔下部的残液梯度蒸发器，采用85℃～115℃的生蒸汽加热梯度提残，蒸发出的汽体上行，经初馏段后，与从蒸发塔进入的混合蒸汽混合，混合后水分凝结、沿初馏段下行，汽体继续上行，在精馏区与回流醇溶液经传质传热分离出水份后，成为纯的醇蒸汽，经蒸馏塔顶部的管路进入蒸发塔上部的醇冷凝器；
c、在醇冷凝器内，醇蒸汽加热醇冷凝器内的水，水份在负压状态下吸收醇蒸汽的热能后，在负压状态下汽化，醇被冷凝成液态，60％进入成品醇罐，其余40％作为回流醇溶液进入蒸馏塔顶部；
d、从醇冷凝器内蒸发出的水蒸气在热泵的作用下，生成60℃～120℃的水蒸气后，进入蒸发塔下部的梯度蒸发器，作为加热蒸汽使用。
醇冷凝器内残留的不凝性气体经管路进入冷凝器内，冷凝出少量的醇进入成品醇罐，不凝性气体排入大气。
从汽水分离器分离出的热气体和从残液梯度蒸发器的尾气出口排出的尾气进入第一预热器内作为换热介质使用，从残液梯度蒸发器的残液出口排出的热残液进入第二预热器内作为换热介质使用。
本发明所具有的有益效果是：本发明的蒸发分稀液蒸发和残液蒸发两部分，稀液和残液的蒸发均采用梯度蒸发，且每级蒸发出的蒸汽都与上一级的溶液有传质、传热过程，提高了进入初馏塔和精馏塔的醇浓度，实现了残液排出的连续化；本工艺实现了能量的重复利用，且是采用安全的水为介质通过热泵重复利用；利用能量的方式使水介质在负压状态下吸收醇蒸汽的能量；完全以清洁蒸汽进入精馏塔，保护了精馏塔内件清洁和不受腐蚀，不出现暴沸现象。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的工艺流程图。
图中：1、第一预热器；2、第二预热器；3、蒸发塔；4、蒸馏塔；5、汽水分离器；6、醇冷凝器；7、梯度蒸发器；8、残液梯度蒸发器；9、初馏区；10、精馏区；11、混合蒸汽出口；12、稀醇进管；13、热泵；14、散气口；15、成品醇罐；16、蒸发托盘；17、中转罐；18、低温冷凝器；19、回流液进口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1～2所示，甲醇、乙醇水溶液的精馏装置包括第一预热器1、第二预热器2、蒸发塔3、蒸馏塔4、汽水分离器5，其中蒸发塔3由隔板分为独立的上下两部分，上部设有醇冷凝器6，下部设有梯度蒸发器7，蒸馏塔4的下部设有残液梯度蒸发器8，中部为初馏区9，上部为精馏区10，梯度蒸发器7和残液梯度蒸发器8上均设有尾气出口和蒸汽进口，底部均设有残液出口，梯度蒸发器7上方设有混合蒸汽出口11；
稀醇进管12经过第一预热器1和第二预热器2后连接至梯度蒸发器7上方位置处，梯度蒸发器7的尾气出口与汽水分离器5的进料口相连接，汽水分离器5的凝水出口与醇冷凝器6的进水管相连接，醇冷凝器6的出汽管经热泵13后与梯度蒸发器7的蒸汽进口相连接，梯度蒸发器7底部的残液出口通过管路连接至蒸馏塔4的残液梯度蒸发器8上方位置处，梯度蒸发器7上部的混合蒸汽出口11通过管路连接至位于蒸馏塔4的初馏区9与精馏区10之间的散气口14，蒸馏塔4顶部的出料口通过管路与醇冷凝器6的进口相连接，醇冷凝器6的醇冷凝液出口分别通过管路与成品醇罐15和蒸馏塔4顶部的回流液进口19相连接，其中汽水分离器5的凝水出口、梯度蒸发器7底部的残液出口和醇冷凝器6的醇冷凝液出口处的管路上均设有泵。
梯度蒸发器7和残液梯度蒸发器8均包括2～20个自上而下分布的蒸发托盘16，每个蒸发托盘16的两端均设有尾气出口和蒸汽进口。
汽水分离器5的气体出口和残液梯度蒸发器8的尾气出口均与第一预热器1的热介质进管相连接，残液梯度蒸发器8底部的残液出口与第二预热器2的热介质进管相连接。
醇冷凝器6的不凝性气体出管通过低温冷凝器后连接至成品醇罐15。
醇冷凝器6的出口处的管路上设有中转罐17。
采用上述装置的精馏装置的甲醇、乙醇水溶液的精馏工艺，甲醇、乙醇稀溶液经过滤器后和第一预热器1、第二预热器2内，采用60℃～120℃的压缩水蒸气加热，还包括以下步骤：
a、预热后的甲醇、乙醇稀溶液进入蒸发塔3下部的梯度蒸发器7，采用60℃～120℃的热泵13压缩的水蒸气进行梯度蒸发，蒸发出65℃～85℃的混合蒸汽；
b、蒸发出的混合蒸汽上行，经管路进入蒸馏塔4中部；蒸发后的尾气经尾气出口进入汽水分离器5，分离出的水经管路进入蒸发塔3上部的醇冷凝器6，作为冷凝水使用；蒸发后的残液下行至蒸发塔3底部，经管路进入蒸馏塔4下部的残液梯度蒸发器8，采用85℃～115℃的生蒸汽加热梯度提残，蒸发出的汽体上行，经初馏段9后，与从蒸发塔3进入的混合蒸汽混合，混合后水分凝结、沿初馏段9下行，汽体继续上行，在精馏区10与回流醇溶液经传质传热分离出水份后，成为纯的醇蒸汽，经蒸馏塔4顶部的管路进入蒸发塔3上部的醇冷凝器6；
c、在醇冷凝器6内，醇蒸汽加热醇冷凝器6内的水，水份在负压状态下吸收醇蒸汽的热能后，在负压状态下汽化，醇被冷凝成液态，60％进入成品醇罐15，其余40％作为回流醇溶液进入蒸馏塔4顶部；
d、从醇冷凝器6内蒸发出的水蒸气在热泵13的作用下，生成60℃～120℃的水蒸气后，进入蒸发塔3下部的梯度蒸发器7，作为加热蒸汽使用。
醇冷凝器6内残留的不凝性气体经管路进入低温冷凝器18内，冷凝出的醇进入成品醇罐15。
c步骤中的负压状态的压力为-0.090～-0.095MPa。
从汽水分离器5分离出的热气体和从残液梯度蒸发器8的尾气出口排出的尾气进入第一预热器1内作为换热介质使用，从残液梯度蒸发器8的残液出口排出的热残液进入第二预热器2内作为换热介质使用。
Claims (9)
1.一种甲醇、乙醇水溶液的精馏装置，其特征在于：包括预热器、蒸发塔、蒸馏塔、汽水分离器，其中蒸发塔由隔板分为独立的上下两部分，上部设有醇冷凝器，下部设有梯度蒸发器，蒸馏塔的下部设有残液梯度蒸发器，中部为初馏区，上部为精馏区，梯度蒸发器和残液梯度蒸发器上均设有尾气出口和蒸汽进口，底部均设有残液出口，梯度蒸发器上方设有混合蒸汽出口；
稀醇进管经过预热器后连接至梯度蒸发器上方位置处，梯度蒸发器的尾气出口与汽水分离器的进料口相连接，汽水分离器的凝水出口与醇冷凝器的进水管相连接，醇冷凝器的出汽管经热泵后与梯度蒸发器的蒸汽进口相连接，梯度蒸发器底部的残液出口通过管路连接至蒸馏塔的残液梯度蒸发器上方位置处，梯度蒸发器上部的混合蒸汽出口通过管路连接至位于蒸馏塔的初馏区与精馏区之间的散气口，蒸馏塔顶部的出料口通过管路与醇冷凝器的进口相连接，醇冷凝器的醇冷凝液出口分别通过管路与成品醇罐和蒸馏塔顶部的回流液进口相连接，其中汽水分离器的凝水出口、梯度蒸发器底部的残液出口和醇冷凝器的醇冷凝液出口处的管路上均设有泵。
2.根据权利要求1所述的甲醇、乙醇水溶液的精馏装置，其特征在于：所述的梯度蒸发器和残液梯度蒸发器均包括2～20个自上而下分布的蒸发托盘，每个蒸发托盘的两端均设有尾气出口和蒸汽进口。
3.根据权利要求1所述的甲醇、乙醇水溶液的精馏装置，其特征在于：所述的预热器包括第一预热器和第二预热器，汽水分离器的气体出口和残液梯度蒸发器的尾气出口均与第一预热器的热介质进管相连接，残液梯度蒸发器底部的残液出口与第二预热器的热介质进管相连接。
4.根据权利要求1所述的甲醇、乙醇水溶液的精馏装置，其特征在于：所述的醇冷凝器的不凝性气体出管通过低温冷凝器后连接至成品醇罐。
5.根据权利要求1所述的甲醇、乙醇水溶液的精馏装置，其特征在于：所述的醇冷凝器的出口处的管路上设有中转罐。
6.一种采用权利要求1所述的精馏装置的甲醇、乙醇水溶液的精馏工艺，甲醇、乙醇稀溶液经过滤器后进入预热器内，采用60℃～120℃的压缩水蒸气加热，其特征在于还包括以下步骤：
a、预热后的甲醇、乙醇稀溶液进入蒸发塔下部的梯度蒸发器，采用60℃～120℃的热泵压缩的水蒸气进行梯度蒸发，蒸发出65℃～85℃的混合蒸汽；
b、蒸发出的混合蒸汽上行，经管路进入蒸馏塔中部；蒸发后的尾气经尾气出口进入汽水分离器，分离出的水经管路进入蒸发塔上部的醇冷凝器，作为冷凝水使用；蒸发后的残液下行至蒸发塔底部，经管路进入蒸馏塔下部的残液梯度蒸发器，采用85℃～115℃的生蒸汽加热梯度提残，蒸发出的汽体上行，经初馏段后，与从蒸发塔进入的混合蒸汽混合，混合后水分凝结、沿初馏段下行，汽体继续上行，在精馏区与回流醇溶液经传质传热分离出水份后，成为纯的醇蒸汽，经蒸馏塔顶部的管路进入蒸发塔上部的醇冷凝器；
c、在醇冷凝器内，醇蒸汽加热醇冷凝器内的水，水份在负压状态下吸收醇蒸汽的热能后，在负压状态下汽化，醇被冷凝成液态，60％进入成品醇罐，其余40％作为回流醇溶液进入蒸馏塔顶部；
d、从醇冷凝器内蒸发出的水蒸气在热泵的作用下，生成60℃～120℃的水蒸气后，进入蒸发塔下部的梯度蒸发器，作为加热蒸汽使用。
7.根据权利要求6所述的甲醇、乙醇水溶液的精馏工艺，其特征在于：所述的醇冷凝器内残留的不凝性气体经管路进入低温冷凝器内，冷凝出的醇进入成品醇罐。
8.根据权利要求6所述的甲醇、乙醇水溶液的精馏工艺，其特征在于：所述的c步骤中的负压状态的压力为-0.090～-0.095MPa。
9.根据权利要求6所述的甲醇、乙醇水溶液的精馏工艺，其特征在于：从汽水分离器分离出的热气体和从残液梯度蒸发器的尾气出口排出的尾气进入第一预热器内作为换热介质使用，从残液梯度蒸发器的残液出口排出的热残液进入第二预热器内作为换热介质使用。
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