CN103285615A - Mvr分馏*** - Google Patents
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Abstract
一种MVR分馏***,包括通过管道及相关泵连接的锅炉、储液罐Ⅰ、分馏塔以及蒸发器,在所述蒸发器与分馏塔之间设置有MVR***。该MVR分馏***充分利用了蒸发器出口蒸汽的热能,将该热能传递给需要加热的液体,液体与蒸汽换热的同时,又作为冷却液使蒸汽实现分馏。该MVR分馏***结构简单、投入小,节能效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种分馏***,尤其是用于溶液中含有沸点相近的多组分挥发性物质分馏的MVR分馏***。
背景技术
传统的分馏***多数采用高温高压蒸汽作为热源,由于蒸汽的潜热很难回收利用,导致能耗高、需用冷却水量大等缺点,分馏企业每年为此付出巨额的运行成本。MVR是机械蒸汽再压缩技术(mechanical vaporrecompression)的简称,是重新利用自身产生的二次蒸汽的能量,从而减少对外界能源需求的一项节能技术。近些年有人尝试将MVR技术应用于分馏领域,但是由于设计方向不够科学,导致使用的蒸汽压缩机的功耗过大,相比于传统的分馏***,节能优势不明显,限制了这一目前国际上最先进的蒸发技术在分馏领域的应用。如中国专利CN02145503.1提供了一种燃料乙醇热泵恒沸精馏工艺及装置,是一种采用热泵技术,利用电能通过压缩机压缩塔顶的蒸汽,然后给塔釜加热的技术。一般热泵技术用于塔顶塔釜温差较小的精馏过程,对于燃料乙醇脱水物系,塔顶乙醇和水的共沸物常压沸点78℃,塔釜废水常压沸点100℃,塔顶和塔釜的温差为22℃,采用MVR技术,用压缩机须将塔顶蒸汽由常压压缩至400KPa以上,温度提高到120℃左右。这个过程需要消耗大量电能,并且压缩机规模庞大,相比于传统的分馏***,采用MVR技术的节能效果并不理想。
发明内容
为了解决现有技术中,分馏***采用MVR技术,节能效果不理想的技术问题,本发明的目的是提供一种利用MVR技术的节能分馏***,该分馏***将蒸发器出口的混合蒸汽,在汽液分离器实现汽、液分离后,将分离出的蒸汽经蒸汽压缩机压缩后通入分馏塔内。该压缩后的蒸汽在分馏塔中与换热管束中待蒸发的液体进行换热,同时进行分馏,换热管束中的液体吸收热量后流入蒸发器,作为蒸发器蒸发的动力。
为了实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:一种MVR分馏***,包括通过管道及相关泵连接的锅炉、储液罐Ⅰ、分馏塔以及蒸发器,在所述蒸发器与分馏塔之间设置有MVR***。
优选的,所述MVR***包括汽液分离器、蒸汽压缩机、换热管束Ⅰ、换热管束Ⅱ以及与分馏塔连接的真空泵;所述汽液分离器的入口与蒸发器顶部的出口通过管道连接,汽液分离器的蒸汽出口与蒸汽压缩机的吸气口连接,蒸汽压缩机的排气口与分馏塔连接;汽液分离器的液体出口通过管道与储液罐Ⅰ的入口连接,储液罐Ⅰ的出口与分馏塔中换热管束Ⅰ的入口端连接,换热管束Ⅰ的出口端与蒸发器换热管束Ⅱ的入口端连接。通过该MVR***将蒸发器内的蒸汽经汽液分离器实现汽、液分离后,将分离出的蒸汽经蒸汽压缩机压缩后通入分馏塔内进行分馏,同时该高温蒸汽与换热管束Ⅰ内的液体进行换热,液体吸收热量后流入蒸发器,作为蒸发器蒸发的动力。
优选的,该MVR分馏***是多级串联分馏***,MVR***是单效或多效MVR***。可以根据发酵缪中乙醇的浓度,选择采用单效多级或多效多级的分馏方式。
优选的,所述换热管束Ⅰ呈正三角形横置排布在分馏塔内,多层换热管束Ⅰ之间填充铜网。增大了传质面积,提高了换热效率和分馏效率。
优选的,在分馏塔沿换热管束Ⅰ的排布方向设置有若干隔板,用以遏制壁流。
优选的,所述换热管束Ⅱ在蒸发器中呈阶梯状分布,上短下长;换热管束Ⅱ的出口设置成开口向上的弯头,每段换热管束Ⅱ的出口平面与该段换热管束Ⅱ的横置段最高点相接近。换热管束Ⅱ的这种排布方式蒸发面积大,上层换热管束Ⅱ未蒸发完的液体,在往下流的过程中不会与下层换热管束Ⅱ蒸发的汽体发生干涉。换热管束Ⅱ的出口做成弯头,并且每段换热管束Ⅱ的出口平面与该段换热管束Ⅱ的横置段最高点相接近,可以保证即使在换热管束Ⅱ内流体流量较小的情况下,流体也能填充整个管束,从而避免出现干壁。
优选的,所述换热管束Ⅰ通过管道与分馏塔联通,通过调节通入换热管束Ⅰ内不凝气的量,可以调节换热管束Ⅰ内流体的扰动,进而调节换热量。
优选的,在分馏塔上安装换热管束Ⅰ的位置,沿分馏塔的塔高设置若干层隔板,以将换热管束Ⅰ的进口分成多个区域,分别进液。分别进液可以减小换热管束Ⅰ内流体因静压强造成的沸点上升。
优选的,所述锅炉与储液罐Ⅰ之间通过管道连接有换热器,蒸发器的排液口与储液罐Ⅲ之间也通过管道连接该换热器。当蒸发器内的废液排出时,可以通过换热器将热量传递给从锅炉流出的原料,从而进一步提高蒸发器中热量的利用率。
本发明的有益效果是:
本发明的MVR分馏***将蒸发器出口的混合蒸汽在汽液分离器实现汽、液分离后,将分离出的蒸汽经蒸汽压缩机压缩通入分馏塔内。该压缩后的蒸汽在分馏塔中与换热管束中待蒸发的液体进行换热,同时进行分馏,换热管束中的液体吸收热量后流入蒸发器,作为蒸发器蒸发的动力。本发明的MVR分馏***充分利用了蒸发器出口蒸汽的热能,将该热能传递给需要加热的液体,液体与蒸汽换热的同时,又作为冷却液使蒸汽实现分馏,提高分馏效率。该MVR分馏***结构简单、投入小,节能效果明显。
附图说明
图1为本发明MVR分馏***的结构示意图;
图2为蒸发器中换热管束的排布示意图;
图3为图2的俯视图。
附图标记
1.锅炉;2.进料泵;3.换热器;4.储液罐Ⅰ;5.循环泵;6.换热管束Ⅰ;
7.蒸发器;8.汽液分离器;9.蒸汽压缩机;10.分馏塔;11.真空泵;
12.冷凝器;13.储液罐Ⅱ;14.储液罐Ⅲ;15.排液口;16.出液口;17.铜网;
18.隔板Ⅰ;19.隔板Ⅱ;20.排液泵;21.换热管束Ⅱ;211.出口平面;
212.横置段最高点
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例做进一步的详细说明。
如图1所示,本发明的MVR分馏***,包括通过管道及相关泵连接的锅炉1、储液罐Ⅰ4、分馏塔10以及蒸发器7,锅炉1的出液口通过管道依次与进料泵2、换热器3、储液罐Ⅰ4、循环泵5及分馏塔10的换热管束Ⅰ6的入口端连接,换热管束Ⅰ6的出口端与蒸发器7内的换热管束Ⅱ21的入口端连接。在本实施例中,换热器3优选板式换热器。
如图1所示,在蒸发器7与分馏塔10之间设置有MVR***,MVR***包括汽液分离器8、蒸汽压缩机9、换热管束Ⅰ6、换热管束Ⅱ21以及与分馏塔10连接的真空泵(11);所述汽液分离器8的入口与蒸发器7顶部的出口通过管道连接,汽液分离器8的蒸汽出口与蒸汽压缩机9的吸气口连接,蒸汽压缩机9的排气口与分馏塔10连接;汽液分离器8的液体出口通过管道与储液罐Ⅰ4的入口连接,储液罐4的出口通过循环泵5与分馏塔10换热管束Ⅰ6的入口端连接。
蒸发器7的排液口15依次连接排液泵20、换热器3和储液罐Ⅲ14。
分馏塔10顶部的出口依次连接冷凝器12和储液罐Ⅱ13。
分馏塔10连接的真空泵11,用于将分馏塔10内部抽到规定的真空度。分馏塔10底部的出液口通过管道与蒸发器7连接,分馏塔10底部的溶液通过管道流入蒸发器7内。蒸发器7的出液口16连接储液罐Ⅰ4,蒸发器7内的溶液经过储液罐Ⅰ4通往分馏塔10的换热管束Ⅰ6。
换热管束Ⅰ6通过管道与分馏塔10联通,根据需要将分馏塔10内的不凝气通入换热管束Ⅰ6内,以调节换热管束Ⅰ6内流体的扰动,进而调节换热量。
在分馏塔10上安装换热管束Ⅰ6的位置,沿分馏塔10的塔高设置若干层隔板19,以将换热管束Ⅰ6的进口分成多个区域,分别进液。
上述MVR分馏***可以是多级(级数n≥1,n为正整数)串联分馏***,相应的,MVR***可以是单效或多效MVR***。
在本实施例中,换热管束Ⅰ6呈正三角形横置排布在分馏塔10内,各层换热管束Ⅰ6之间填充铜网17。在分馏塔10内沿换热管束Ⅰ6的排布方向设置有若干隔板18,用以遏制壁流。
如图2和图3所示,换热管束Ⅱ21在蒸发器7中呈阶梯状分布,上短下长;换热管束Ⅱ21的出口设置成开口向上的弯头,每段换热管束Ⅱ21的出口平面211与该段换热管束Ⅱ21的横置段最高点212相接近。在本实施例中,优选每段换热管束Ⅱ21的出口平面211略高于该段换热管束Ⅱ21的横置段最高点212,可以保证即使在换热管束Ⅱ21内流体流量较小的情况下,流体也能填充整个管束,从而避免出现干壁。显而易见,只要换热管束Ⅱ21内流体流量足够大,即使每段换热管束Ⅱ21的出口平面211略低于该段换热管束Ⅱ21的横置段最高点212,也可以避免出现干壁现象。
下面介绍一下本发明MVR分馏***的工作原理及过程。
将适量原料在锅炉1内加热至接近沸腾,启动真空泵11将分馏塔10内抽到规定的真空度。开启进料泵2、循环泵5,原料依次经过换热器3、储液罐Ⅰ4以及换热管束Ⅰ6,进入蒸发器7,在蒸发器7内闪蒸。待蒸发器7和储液罐Ⅰ4内的液位达到一定要求时,开启蒸汽压缩机9。启动后,停止对锅炉1加热。
蒸发器7内的蒸汽通过蒸发器顶部的出口进入汽液分离器8内,完成汽、液分离,其中分离出的蒸汽通入蒸汽压缩机9,经压缩后通入分馏塔10内进行分馏。从汽液分离器8内分离出的液体则经过储液罐Ⅰ4和循环泵5进入换热管束I6。换热管束Ⅰ6内的液体与通入分馏塔10内的蒸汽进行换热,液体吸收热量后进入蒸发器7,作为蒸发器蒸发的动力。
分馏塔10塔顶的蒸汽经冷凝器12凝结后,通入储液罐Ⅱ13。该塔顶蒸汽也可以不经过冷凝,直接进入下道工序。
分馏塔10底部的液体通往蒸发器7,蒸发器7内的液体以及从与汽液分离器8内分离出的液体通往储液罐Ⅰ4,经过经循环泵5打入换热管束Ⅰ6,进行换热后,通往蒸发器7,如此循环。
待蒸发器7内的溶液浓度达到排放要求时,开启排液泵20,排出的液体与从锅炉1流出的原料在换热器3内换热后,排到储液罐Ⅲ14,原料吸收了热量后通往储液罐Ⅰ4。
考虑到排液乙醇浓度为5%(w),而发酵缪乙醇浓度越稀,分馏成本越高,所以本实施例采用单效多级的方式。第1级发酵缪乙醇浓度从10%(w)蒸发至9%(w),通入第2级。第2级从9%蒸发至8%,通入第3级。第3级从8%蒸发至7%,通入第4级。第4级从7%蒸发至6%,通入第5级。第5级从6%蒸发至5%,稀溶液经板式换热器与进口原料换热后,排至储液罐Ⅲ14。在1~4级,前一级分馏塔底部的溶液通入下一级的蒸发器,第5级分馏塔底部的溶液通入自身的蒸发器。
如上所述,本发明的MVR分馏***充分利用了蒸发器出口蒸汽的热能,将该热能传递给需要加热的液体,液体与蒸汽换热的同时,又作为冷却液使蒸汽实现分馏,提高分馏效率。该MVR分馏***结构简单、投入小,节能效果明显。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种MVR分馏***,包括通过管道及相关泵连接的锅炉(1)、储液罐Ⅰ(4)、分馏塔(10)以及蒸发器(7),其特征在于:在所述蒸发器(7)与分馏塔(10)之间设置有MVR***。
2.根据权利要求1所述的MVR分馏***,其特征在于:所述MVR***包括汽液分离器(8)、蒸汽压缩机(9)、换热管束Ⅰ(6)、换热管束Ⅱ(21)以及与分馏塔(10)连接的真空泵(11);所述汽液分离器(8)的入口与蒸发器(7)顶部的出口通过管道连接,汽液分离器(8)的蒸汽出口与蒸汽压缩机(9)的吸气口连接,蒸汽压缩机(9)的排气口与分馏塔(10)连接;汽液分离器(8)的液体出口通过管道与储液罐Ⅰ(4)的入口连接,储液罐Ⅰ(4)的出口与分馏塔(10)中换热管束Ⅰ(6)的入口端连接,换热管束Ⅰ(6)的出口端与蒸发器(7)换热管束Ⅱ(21)的入口端连接。
3.根据权利要求1或2所述的MVR分馏***,其特征在于:该MVR分馏***是多级串联分馏***,MVR***是单效或多效MVR***。
4.根据权利要求2所述的MVR分馏***,其特征在于:所述换热管束Ⅰ(6)呈正三角形横置排布在分馏塔(10)内,多层换热管束Ⅰ(6)之间填充铜网(17)。
5.根据权利要求4所述的MVR分馏***,其特征在于:在分馏塔(10)沿换热管束Ⅰ(6)的排布方向设置有若干隔板(18)。
6.根据权利要求2所述的MVR分馏***,其特征在于:所述换热管束Ⅱ(21)在蒸发器(7)中呈阶梯状分布,上短下长;换热管束Ⅱ(21)的出口设置成开口向上的弯头,每段换热管束Ⅱ的出口平面(211)与该段换热管束Ⅱ的横置段最高点(212)相接近。
7.根据权利要求2所述的MVR分馏***,其特征在于:所述换热管束Ⅰ(6)通过管道与分馏塔(10)联通,通过调节通入换热管束Ⅰ(6)内不凝气的量,可以调节换热管束Ⅰ(6)内流体的扰动,进而调节换热量。
8.根据权利要求2所述的MVR分馏***,其特征在于:在分馏塔(10)上安装换热管束Ⅰ(6)的位置,沿分馏塔(10)的塔高设置若干层隔板(19),以将换热管束Ⅰ(6)的进口分成多个区域,分别进液。
9.根据权利要求1或2所述的MVR分馏***,其特征在于:所述锅炉(1)与储液罐Ⅰ(4)之间通过管道连接有换热器(3),蒸发器(7)的排液口(15)与储液罐Ⅲ(14)之间也通过管道连接该换热器(3)。
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