CN212881891U - 异丙醇渗透汽化脱水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种异丙醇渗透汽化脱水装置，所述装置包括原料处理单元、膜分离单元、渗余物处理单元和渗透物处理单元，其中：所述的原料处理单元包括第一储罐、第一流体输送设备和第一热交换设备；其中第一热交换设备的换热介质进口与膜分离单元的渗余物出口连接。本发明的装置用于异丙醇脱水工艺过程，不仅实现了异丙醇的完全回收及循环利用，而且增加了操作弹性，降低了能耗，节省了运行成本、占地面积和投资成本。整套装置操作简单方便，运行平稳。
Description
技术领域
本发明属于有机溶剂脱水精制领域，具体涉及一种采用分子筛膜技术进行异丙醇脱水的技术。
背景技术
异丙醇是一种重要的化工基础有机原料，主要用作化工过程溶剂、工业清洗剂、燃料防冻液，在使用过程中对其中的杂质尤其是水含量有严格的要求。因异丙醇与水属共沸体系，存在一个共沸组成，无法采用普通的分离方法进行分离。工业上常用的处理方法有以下几种：共沸精馏法、萃取精馏法、吸附分离法等。共沸精馏需采用一种共沸剂，将水从异丙醇中分离出来，再循环回用，一般选用的共沸剂是苯，这种方法能耗很高，产品中会残留苯，造成产品的污染，同时为操作人员带来健康隐患，并导致环境污染。萃取精馏常采用的萃取剂是乙二醇，利用溶解选择性的原理，结合精馏将异丙醇中的水分除去，但也同时存在产品会被污染、能耗高、萃取剂回收率低、操作复杂等问题。吸附分离法利用的是异丙醇和水的直径大小差异，采用固体吸附剂对水进行选择性吸附，优点是不会引入第三组分杂质，利于提高异丙醇产品品质，但吸附解析交替进行的操作过程不是稳态操作、解析液产生大量含异丙醇的废水，综合处理性能较差。
渗透汽化是用于混合物分离的一种新型的膜技术，具有效率高、分离度高、能耗低等突出优势，同时过程简单，无需过多的配套处理，***可靠、稳定性高，在分离过程中不引入其他组分，属于高效环保的技术。渗透汽化技术应用于含水异丙醇脱水的研究早已展开，但现有的研究结果对于工业化规模的应用来讲还有诸多不足，包括处理效率、产品纯度或多角度的工艺综合。因此，在保持产品脱水程度同时，如何扩大规模，或者如何在扩大规模的同时进一步降低能耗，一直都是本领域的技术人员努力深耕的领域。
发明内容
本发明的目的即在于提供一套适用于含水异丙醇深度脱水的低能耗整体装置，并基于此公开一种脱水精制异丙醇的方法。
为实现此目的，本发明首先提供一套异丙醇渗透汽化脱水装置，包括原料处理单元、膜分离单元、渗余物处理单元和渗透物处理单元，其中：所述的原料处理单元包括第一储罐、第一流体输送设备和第一热交换设备；其中所述的第一热交换设备设有原料进口、原料出口、换热介质进口、换热介质出口；膜分离单元设有原料入口，渗余物出口和渗透物出口；所述的第一热交换设备的换热介质进口与膜分离单元的渗余物出口连接；所述的第一热交换设备的换热介质出口与渗余物处理单元连接；所述的膜分离单元的渗透物出口与渗透物处理单元连接。
另一方面，本发明提供利用上述异丙醇渗透汽化脱水装置的异丙醇脱水精制方法，包括：使含水异丙醇原料物经第一储罐缓冲后进入第一热交换设备，原料物在此预热，预热所使用的热源由换热介质提供；经预热后的原料物以蒸汽或液体状态进入膜分离单元。经膜分离单元分离所得的渗余物异丙醇蒸汽作为换热介质进入第一热交换设备，与原料物进行热交换，然后经渗余物处理单元采集处理，最终形成合格的异丙醇产品。经膜分离单元分离所得渗透物(即水蒸汽)进入渗透物处理单元，冷凝缓冲后排出体系。
使用上述本发明的基于分子筛膜分离技术的装置及方法进行含水异丙醇的脱水精制，不仅发挥膜分离技术的优势、取代了传统的异丙醇脱水精馏塔。另一方面，结合耦合回路的设计，有效实现了***能量的循环利用，大大降低能耗，节省了运行成本、占地面积和投资成本。并且整套装置操作简单方便、运行平稳、可有效实现连续化操作及生产。
附图说明
图1是本发明异丙醇渗透汽化脱水装置图，其中：
1、第一储罐；2、第一流体输送设备；3、第一热交换设备；4、蒸发设备；5、第二热交换器；6、膜分离组件；7、压力调节设备；8、第二储罐；9、第二流体输送设备；10、第三热交换器；11、第三储罐；12、第四流体输送设备；13、第三流体输送设备。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
本发明所述的异丙醇渗透汽化脱水装置，包括原料处理单元、膜分离单元、渗余物处理单元和渗透物处理单元。待处理的含水异丙醇原料经原料处理单元进入膜分离单元，并在此进行膜分离过程。水分子透过分子筛膜形成渗透物，由渗透物处理单元排出体系。分子尺寸较大的异丙醇则被分子筛膜截留，形成超低水含量的异丙醇产品，由渗余物处理单元采集形成产品。并且在***设计中，使渗余物与原料物之间形成热交换，以回收利用渗余物热源实现对原料物的加热。
具体实施方式中，所述的原料处理单元包括第一储罐1、第一流体输送设备2和第一热交换设备3，还可以包括蒸发设备4；所述的第一热交换设备3设有原料进口、原料出口、换热介质进口、换热介质出口；膜分离单元设有原料入口，渗余物出口和渗透物出口；所述的第一热交换设备3的换热介质进口与膜分离单元的渗余物出口连接，二者之间还可以设置压力调节设备7；所述的第一热交换设备3的换热介质出口与渗余物处理单元连接；所述渗余物处理单元包括第二热交换器5、第二储罐8、第二流体输送设备9。所述的膜分离单元的渗透物出口与渗透物处理单元连接。渗透物处理单元包括第三热交换器10、第三储罐11、第三流体输送设备13。所述的第三热交换器10还连接用于真空发生的第四流体输送设备12。
上述本发明的所述的异丙醇渗透汽化脱水装置中：
所述的第一储罐1用于含水异丙醇原料的缓冲存储。
所述的第一流体输送设备2用于将液态含水异丙醇原料输送至第一热交换设备3，具体可选择但不限于离心泵、容积式泵。
所述的第一热交换设备3提供含水异丙醇原料与渗余物进行热交换的场所，在此处，来自膜分离组件6的渗余物作为换热介质进入第一热交换设备3，将热量交换给含水异丙醇原料，后者得以加热后进入蒸发设备4。根据工艺需求，第一热交换设备 3可以选择但不限于固定管板式列管换热器、浮头式列管换热器、U型管列管换热器、螺旋板式换热器、螺旋管缠绕换热器、板式换热器。
所述的蒸发设备4用于接收来自第一热交换设备的加热后的含水异丙醇原料，并将其汽化。常常使用的蒸发设备4包括升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、强制循环蒸发器、釜式再沸蒸发器、列管式蒸发器、浸没式蒸发器。
所述的膜分离单元用于实现异丙醇和水的高效分离。为实现该目的，所述的膜分离单元优选无机分子筛膜分离单元，由n(n是正整数)个分子筛膜组件6组成。膜组件可以是单管程或多管程，单个膜组件面积可控于5平米到300平米。每套装置中设置的膜组件个数n根据分离目的确定；当n大于1时，根据物料情况、分离目标等，可将膜组件串联或并联。另一方面，从组件结构上，本发明可以采用但不限于恒温膜组件或折流板式膜组件等具体形式。本发明的具体实施方式中，分子筛膜组件的可具体举例但不限于板式、管式、中空纤维式或螺旋板式分子筛膜组件，优选管式分子筛膜组件。适用的分子筛类型包括LTA，SOD，FAU，MOR，FER，MFI，PHI，BEA，CHA，ERI，及其混晶分子筛膜，优选A型分子筛膜。
所述的第二热交换器5接收来自第一热交换设备3的渗余物(即异丙醇蒸汽)，并对其进行进一步冷凝以获得产品异丙醇。第二热交换器5可以选择但不限于固定管板式列管换热器、浮头式列管换热器、U型管列管换热器、螺旋板式换热器、螺旋管缠绕换热器、板式换热器。
所述的第二储罐8为异丙醇产品缓冲罐，缓冲后异丙醇产品由第二流体输送设备9输出，为异丙醇合格品。该第二流体输送设备9可举例但不限于离心泵、容积式泵。
所述的压力调节设备7设置于膜分离组件6和第一热交换器3之间，永远调整来自膜分离组件6的异丙醇蒸汽压力。通常可以选择但不限于减压阀、压力调节阀、稳压阀。
所述的第三热交换器10用于接收并冷凝来自膜分离组件6的渗透物(即分离出的水)。通常可选择但不限于固定管板式列管换热器、浮头式列管换热器、U型管列管换热器、螺旋板式换热器、螺旋管缠绕换热器、板式换热器。
所述的第三储罐11为渗透液缓冲罐，缓冲后水由第三流体输送设备13输出。该第三流体输送设备13可举例但不限于离心泵、容积式泵。
所述的第四流体输送设备12为气体输送设备，用于***真空发生，通常可选但不限于液环真空泵及机组、干式真空泵及机组、螺杆真空泵及机组、罗茨液环真空泵及机组、罗茨螺杆真空泵及机组、旋片式真空泵、喷射式真空泵。
另一方面，蒸发设备4内由于异丙醇溶剂蒸气上升会夹带液沫液滴，为去除液沫液滴，可在蒸发设备4顶部设置除液沫装置。所述的除液沫装置可以是内置在蒸发装置内的丝网除沫器，也可以是外置的带除沫器的气液分离器。
在上述装置的结构描述中，对于本领域技术人员可以通过本领域现有技术确定的零部件未予以描述，这些零部件可举例但不限于：用于连接各个设备的管道、存储和 /或供给含有异丙醇水溶液的原料储罐、用于接收/处理异丙醇产品的产品储罐等。并且，结合上文描述，本领域技术人员可以在现有技术的指导下，根据设计需要及要求确定最为合适的设备选择及选型，毋庸赘述。
本发明另一方面提供一种分子筛膜纯化异丙醇脱水的方法，该方法利用上述本发明的装置进行异丙醇脱水，包括如下步骤：
(1)含水的异丙醇原料经第一储罐1缓冲后，由第一流体输送泵2以1000kg/h 的质量流率输送进入第一热交换设备3进行预热。预热采用的热源为来自膜分离模块的异丙醇成品蒸汽，预热后的原料温度得到升高至70-90℃，优选预热至80±2℃；
(2)预热后的原料(通过管道)进入蒸发设备4，在蒸发设备内含水10％的异丙醇原料汽化，汽化后压力0.2-0.4MPa，温度100-130℃，然后进入膜分离组件6进行脱水；
脱除水的异丙醇成品蒸汽(即渗余物)，先进入第一热交换设备3，为原料预热，回收部分热能，再经第二热交换器5冷凝冷却，得到(含水纯度符合要求的)异丙醇产品，进入第二储罐8，由第二流体输送设备9输送去存储；
原料汽化后压力0.2-0.4MPa，温度100-130℃，藉此，可保证进入膜分离组件6的异丙醇物料有效脱水，并且脱水后的异丙醇蒸气保持适当的温度和压力，满足回到原料预热器的动力和热量要求；
(3)膜分离组件6渗透侧由第四流体输送设备12(真空泵)提供真空，真空侧压力为绝压0-30kPa；渗透物水蒸汽，经第三热交换器10冷凝后，得到液态的渗透液，经第三储罐11缓冲后，由第三流体输送设备13输送至存储；
上述分子筛膜纯化异丙醇脱水的整套工艺采用连续化操作。
下面以实施例对本发明的内容及效果做进一步说明，但不应理解为对本发明内容任意形式的限定。本实施例中，所述的方法中使用如附图1所示意的异丙醇渗透汽化脱水装置，装置中各个设备的选用如下所述：
所述的第一储罐1为原料缓冲罐。
所述的第一流体输送设备2选用离心泵。
所述的第一热交换设备3选用螺旋管缠绕换热器。
所述的蒸发设备4选用列管式蒸发器。
所述的膜分离组件6选用管式分子筛膜组件；分子筛膜选用A型分子筛膜。
所述的第二热交换器5选用螺旋管缠绕换热器。
所述的第二储罐8为产品缓冲罐，第二流体输送设备9选用离心泵。
所述的压力调节设备7选用压力调节阀。
所述的第三热交换器10选用螺旋板式换热器。
所述的第三储罐11为渗透液缓冲罐，第三流体输送设备13选用离心泵。
所述的第四流体输送设备12选用干式真空泵。
使用上述设备进行异丙醇脱水精制的方法是：将含水10％、含异丙醇90％的异丙醇粗品原料经原料缓冲罐1缓冲后，由离心泵2以1000kg/h的质量流率输送进入螺旋管缠绕换热器3预热，预热采用的热源为从管式分子筛膜组件6出来的成品蒸汽，预热后的异丙醇原料温度得到升高，预热温度到80℃，预热用的成品异丙醇蒸汽的水含量小于0.5％；(2)预热至80℃的异丙醇粗品原料通过管道进入列管式蒸发器4，在列管式蒸发器4内液相原料相变变成汽相(汽相分率为1)，然后以蒸汽状态进入管式分子筛膜组件6，膜组件物料侧的操作压力为0.4MPa，操作温度为130℃。膜组件装填的分子筛膜型号为NaA型，总膜面积为120m2，采用5台膜组件串联成一组、共两组的配置。从膜组件出来的异丙醇成品蒸汽，含水小于0.5％，质量流率为905kg/h，压力为0.38MPa、温度为125℃，先进入螺旋管缠绕换热器3，给原料粗品异丙醇预热，回收部分热能，回收热能为50kW，相当于节省蒸汽消耗86kg/h(每吨产品节省95kg 蒸汽消耗)，再经成品冷凝器5冷凝冷却到40℃，得到含水纯度符合要求的异丙醇产品，进入成品缓冲罐8，由离心泵9输送去存储；异丙醇原料汽化后压力0.4MPa，温度120℃，藉此，可保证进入膜分离组件的异丙醇物料有效脱水，并且脱水后的异丙醇蒸气保持适当的温度和压力，满足回到原料预热器的动力和热量要求；(3)管式分子筛膜组件6渗透侧得到的水为真空蒸汽状态，经螺旋板式换热器10冷凝后，得到液态的渗透液，其质量流率为95kg/h，含水大于99％，经渗透液缓冲罐11缓冲后，由离心泵13输送至存储；真空侧压力为绝压0-30kPa；
上述分子筛膜纯化异丙醇脱水的整套工艺采用连续化操作。
本装置的综合能耗如下表所示，从成本来看，相对于现有的含水异丙醇脱水工艺具有极大的能耗和成本优势。
Claims (9)
1.异丙醇渗透汽化脱水装置，其特征在于：包括原料处理单元、膜分离单元、渗余物处理单元和渗透物处理单元，其中：所述的原料处理单元包括第一储罐(1)、第一流体输送设备(2)和第一热交换设备(3)；
其中所述的第一热交换设备(3)设有原料进口、原料出口、换热介质进口、换热介质出口；膜分离单元设有原料入口，渗余物出口和渗透物出口；
所述的第一热交换设备(3)的换热介质进口与膜分离单元的渗余物出口连接；所述的第一热交换设备(3)的换热介质出口与渗余物处理单元连接；
所述的膜分离单元的渗透物出口与渗透物处理单元连接。
2.根据权利要求1所述的异丙醇渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述的膜分离单元和第一热交换设备(3)之间设有压力调节设备(7)。
3.根据权利要求1所述的异丙醇渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述的原料处理单元还包括蒸发设备(4)。
4.根据权利要求1所述的异丙醇渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述的膜分离单元由单个或多个膜分离组件(6)构成，膜分离组件(6)中装填A型分子筛膜。
5.根据权利要求1所述的异丙醇渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述的渗余物处理单元包括第二热交换器(5)、第二储罐(8)、第二流体输送设备(9)。
6.根据权利要求1所述的异丙醇渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述的渗透物处理单元包括第三热交换器(10)、第三储罐(11)、第三流体输送设备(13)。
7.根据权利要求1所述的异丙醇渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述装置还包括第四流体输送设备(12)，该第四流体输送设备(12)与渗透物处理单元连接。
8.根据权利要求7所述的异丙醇渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述的该第四流体输送设备(12)与渗透物处理单元中的第三热交换器(10)连接。
9.根据权利要求1所述的异丙醇渗透汽化脱水装置，其特征在于：包括原料处理单元、膜分离单元、渗余物处理单元和渗透物处理单元，所述的原料处理单元包括第一储罐(1)、第一流体输送设备(2)、第一热交换设备(3)和蒸发设备(4)；所述的膜分离单元设有原料入口，渗余物出口和渗透物出口；所述的渗余物处理单元包括第二热交换器(5)、第二储罐(8)、第二流体输送设备(9)；所述的渗透物处理单元包括第三热交换器(10)、第三储罐(11)、第三流体输送设备(13)；其中，
所述的第一热交换设备(3)设有原料进口、原料出口、换热介质进口和换热介质出口；所述的第一热交换设备(3)的换热介质进口与膜分离单元的渗余物出口连接，二者间设有压力调节设备(7)；第一热交换设备(3)的换热介质出口与渗余物处理单元连接；
所述的膜分离单元由单个或多个膜分离组件(6)构成，膜分离组件(6)中装填A型分子筛膜；
所述的第三热交换器(10)还连接用于真空发生的第四流体输送设备(12)。
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| CN202021242539.5U CN212881891U (zh) | 2020-06-30 | 2020-06-30 | 异丙醇渗透汽化脱水装置 |
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| CN202021242539.5U CN212881891U (zh) | 2020-06-30 | 2020-06-30 | 异丙醇渗透汽化脱水装置 |
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Family Applications (1)
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2020
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