CN111841060A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN111841060A
CN111841060A CN202010896164.2A CN202010896164A CN111841060A CN 111841060 A CN111841060 A CN 111841060A CN 202010896164 A CN202010896164 A CN 202010896164A CN 111841060 A CN111841060 A CN 111841060A
Authority
CN
China
Prior art keywords
organic solvent
pervaporation
heat pump
rectification
reboiler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010896164.2A
Other languages
English (en)
Inventor
陈跃飞
邵昌哲
黄胜
邹广星
李明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changshu Longfei Medical Equipment Technology Co Ltd
Original Assignee
Changshu Longfei Medical Equipment Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changshu Longfei Medical Equipment Technology Co Ltd filed Critical Changshu Longfei Medical Equipment Technology Co Ltd
Priority to CN202010896164.2A priority Critical patent/CN111841060A/zh
Publication of CN111841060A publication Critical patent/CN111841060A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/362—Pervaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/74—Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation
    • C07C29/76—Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation by physical treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

本发明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及脱水方法，本发明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***。在渗透汽化***内设置有渗透汽化膜，还包括与渗透汽化***连通的水蒸汽冷凝回收单元和有机溶剂冷凝回收单元。本发明的装置还包括与水蒸汽冷凝回收单元连通的抽真空***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。本发明还包括出料再沸器，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。利用本发明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

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
技术领域
本发明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及脱水方法。
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。
发明内容
为克服上述缺点，本发明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及脱水方法，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。
本发明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***，与所述渗透汽化***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***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。
本发明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***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***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。
本发明具有如下有益效果：本发明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为本发明实施例一的有机溶剂脱水装置示意图；
图2为本发明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***；5、抽真空***；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
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明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***4。在渗透汽化***4内设置有渗透汽化膜，还包括与渗透汽化***4连通的水蒸汽冷凝回收单元和有机溶剂冷凝回收单元。本发明的装置还包括与水蒸汽冷凝回收单元连通的抽真空***。
本发明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。
本发明还包括出料再沸器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。
本发明的热泵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***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。
本发明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。本发明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***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。
采用本发明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***的物料平衡(表1)。
表1利用本发明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
Figure BDA0002658522120000051
采用本发明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***的能量平衡见表2。
表2利用本发明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发明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利用本发明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
Figure BDA0002658522120000061
Figure BDA0002658522120000071
由此，可见利用本发明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***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。本发明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发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

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***，与所述渗透汽化***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***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。
7.一种热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水方法，其特征在于，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***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。
8.根据权利要求7所述的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水方法，其特征在于，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。
9.根据权利要求7所述的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水方法，其特征在于，将经步骤③的渗透汽化***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。
10.根据权利要求7所述的热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水方法，其特征在于，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。
CN202010896164.2A 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及脱水方法 Pending CN111841060A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010896164.2A CN111841060A (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及脱水方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010896164.2A CN111841060A (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及脱水方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111841060A true CN111841060A (zh) 2020-10-30

Family

ID=72967629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010896164.2A Pending CN111841060A (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及脱水方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111841060A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103071307A (zh) * 2013-01-23 2013-05-01 江苏九天高科技股份有限公司 一种精馏-蒸汽渗透耦合的有机溶剂脱水方法及装置
CN103566613A (zh) * 2012-08-06 2014-02-12 南通醋酸纤维有限公司 一种低浓度有机溶剂水溶液回收热泵精馏装置及工艺
CN104262089A (zh) * 2014-09-01 2015-01-07 南京工业大学 一种生物燃料脱水精制的方法及装置
CN110538479A (zh) * 2019-10-12 2019-12-06 上海齐耀膨胀机有限公司 醋酸浓缩的压缩式热泵精馏方法及其***
CN110698324A (zh) * 2019-11-20 2020-01-17 南京工业大学 一种精馏-膜分离耦合法生产燃料乙醇、电子级乙醇的装置及新工艺
CN210963998U (zh) * 2019-10-14 2020-07-10 陕西聚能新创煤化科技有限公司 甲醇热泵精馏***
CN212700613U (zh) * 2020-08-31 2021-03-16 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

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103566613A (zh) * 2012-08-06 2014-02-12 南通醋酸纤维有限公司 一种低浓度有机溶剂水溶液回收热泵精馏装置及工艺
CN103071307A (zh) * 2013-01-23 2013-05-01 江苏九天高科技股份有限公司 一种精馏-蒸汽渗透耦合的有机溶剂脱水方法及装置
CN104262089A (zh) * 2014-09-01 2015-01-07 南京工业大学 一种生物燃料脱水精制的方法及装置
CN110538479A (zh) * 2019-10-12 2019-12-06 上海齐耀膨胀机有限公司 醋酸浓缩的压缩式热泵精馏方法及其***
CN210963998U (zh) * 2019-10-14 2020-07-10 陕西聚能新创煤化科技有限公司 甲醇热泵精馏***
CN110698324A (zh) * 2019-11-20 2020-01-17 南京工业大学 一种精馏-膜分离耦合法生产燃料乙醇、电子级乙醇的装置及新工艺
CN212700613U (zh) * 2020-08-31 2021-03-16 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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111437619A (zh) 多塔差压节能无水酒精蒸馏***及无水酒精节能生产方法
CN101703840A (zh) 湿法合成革二甲基甲酰胺溶液四效精馏***及回收方法
CN102451572A (zh) 醋酸脱水塔精馏分离醋酸和水的方法
CN212700613U (zh) 热泵精馏与渗透汽化耦合的有机溶剂脱水装置
CN110698324A (zh) 一种精馏-膜分离耦合法生产燃料乙醇、电子级乙醇的装置及新工艺
CN114031580B (zh) 一种低能耗pbat副产四氢呋喃的精制装置及精制方法
CN220758021U (zh) 一种用于负压法精馏碳酸乙烯酯的节能装置
CN108144420A (zh) 一种超临界水氧化过量氧回收***
CN218653048U (zh) 一种热泵精馏装置
CN111841060A (zh) 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
CN216890175U (zh) 一种节能型dmf废水回收***
CN212818177U (zh) 一种多塔差压节能无水酒精蒸馏***
CN110963890B (zh) 一种气态甲醇的精制方法
CN115028523A (zh) 一种用于丁酮脱水的变压-非均相共沸精馏分离方法
CN110551003A (zh) 一种热泵压缩循环双塔制取甲醇钠的***及工艺
CN113698371B (zh) 一种精馏-膜分离耦合法回收四氢呋喃的方法及装置
CN210314061U (zh) 煤制乙二醇羰化合成草酸二甲酯精馏提纯装置
CN210751311U (zh) 一种溶液浓缩装置
CN102876351A (zh) 加热闪蒸分离装置
CN210495282U (zh) 四塔蒸馏与膜分离集成***
CN202297496U (zh) 加热闪蒸分离装置
CN111004144A (zh) 一种低浓度dmf提浓回收工艺
CN102452925A (zh) 用于分离醋酸和水的方法
CN209508090U (zh) 异丙醇精馏装置耦合脱水装置
CN212152133U (zh) 一种气态甲醇的精制装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination