本發(fā)明涉及化工技術(shù)領域,具體涉及一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的工藝及設備。

背景技術(shù)：

精餾是最常用的化工單元操作，它是分離均相液體混合物的最有效方法之一，但是精餾的熱力學效率很低。在化學工業(yè)中，總能耗的40％用于分離過程，而其中的95％是精餾過程消耗的。因此，有必要開辟多種途徑，采用節(jié)能工藝回收利用余熱，降低再沸器能耗，實現(xiàn)精餾節(jié)能。

乙醇工業(yè)是耗用熱能較多的行業(yè)之一，按照目前乙醇工業(yè)耗能水平，每生產(chǎn)1t乙醇約耗煤800kg，而乙醇精餾工段是乙醇生產(chǎn)中熱能消耗最多的部位(約占熱能總耗的50％～70％)。故做好此精餾工段的余熱回收，對乙醇生產(chǎn)熱能消耗的減少及熱污染的減少有重大意義。

乙醇精餾具有恒沸點，在接近恒沸點附近精餾，回流比大，能耗也較大。乙醇精餾系統(tǒng)塔溫差約為21.7℃左右，屬于大溫差高溫精餾問題。如何采用新技術(shù)降低乙醇-水分離過程的能耗，越來越引起人們的重視。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的在于提出一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的工藝。

根據(jù)本發(fā)明實施例的一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的工藝，包括如下步驟：S101：首先將乙醇-水混合物依次加入第一換熱器和第二換熱器，再將所述混合物加入低壓塔的頂部，所述低壓塔頂部的蒸汽經(jīng)壓縮機加壓后進入高壓塔底部，所述低壓塔側(cè)線抽出的混合物進入中間再沸器汽化后返回低壓塔，分離出的水一部分從塔底進入所述第一換熱器，對所述乙醇-水混合物進行預熱后，再經(jīng)第一冷卻器冷卻后流出，另一部分進入再沸器再沸返塔；S102：所述蒸汽經(jīng)壓縮機加壓后從所述高壓塔的底部進入所述高壓塔，所述高壓塔塔底的液體混合物從所述低壓塔的頂部進入所述低壓塔，所述高壓塔塔頂蒸汽依次進入中間再沸器、所述第二換熱器和冷凝器后，分離出的乙醇一部分經(jīng)第二冷卻器冷卻后流出，另一部分回流至所述高壓塔。

根據(jù)本發(fā)明的一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的工藝，利用差壓熱耦合技術(shù)將高壓塔塔頂與低壓塔側(cè)線進行熱量耦合，匹配換熱，解決了塔頂塔底大溫差精餾問題，節(jié)能效果顯著；低壓塔增設中間再沸器，利用高壓塔塔頂蒸汽作為中間再沸器的熱源，自熱回收部分將高壓塔塔頂蒸汽的潛熱進一步用于原料的預熱部分，實現(xiàn)了余熱的回收利用，不僅節(jié)省了能耗，同時也提高了能量的利用效率；與常規(guī)差壓熱耦合精餾相比，高壓塔和壓縮機可以在更低的壓力和壓縮比下操作，在一定程度上減少了壓縮機功率和設備投資費用。通過實施案例發(fā)現(xiàn)相較于常規(guī)精餾，該新型差壓熱耦合集成精餾工藝可節(jié)能60％左右。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的工藝，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

進一步地，所述低壓塔的理論塔板數(shù)為5塊～30塊，所述低壓塔的操作壓力為0.5atm～3.5atm，所述低壓塔塔頂?shù)臏囟葹?5℃～115℃，所述低壓塔塔頂?shù)臏囟葹?5℃～135℃，再沸比為1～3.5。

進一步地，從所述低壓塔側(cè)線抽出的混合物其抽出的位置為距離所述低壓塔塔頂2塊～15塊塔板處，所述抽出的混合物的質(zhì)量為抽出位置處塔板液相量的20％～80％。

進一步地，所述高壓塔的理論塔板數(shù)為15塊～40塊，所述高壓塔的操作壓力為1.5atm～5atm，所述高壓塔塔頂?shù)臏囟葹?0℃～130℃，所述高壓塔塔底的溫度為92℃～132℃，回流比為2～5。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的設備。

根據(jù)本發(fā)明的一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的設備，包括低壓塔、高壓塔、壓縮機、中間再沸器、再沸器、第一換熱器、第二換熱器、第一冷卻器、第二冷卻器和冷凝器，其中，所述低壓塔和所述高壓塔均為板式塔，所述第一換熱器與所述低壓塔的底部連通，所述第一換熱器和所述中間再沸器均與所述第二換熱器連通，所述第二換熱器與所述低壓塔的頂部、所述第二冷卻器和所述冷凝器連通，所述第一冷卻器與所述第一換熱器連通，所述低壓塔的側(cè)線與所述中間再沸器的連通，所述低壓塔底部與所述再沸器連通，所述壓縮機與所述低壓塔頂部連通，所述壓縮機與所述高壓塔底部連通，所述高壓塔底部與所述低壓塔頂部連通，所述高壓塔頂部與所述中間再沸器連通。

進一步地，所述低壓塔的理論塔板數(shù)為5塊～30塊，所述低壓塔的操作壓力為0.5atm～3.5atm，所述低壓塔塔頂?shù)臏囟葹?5℃～115℃，所述低壓塔塔頂?shù)臏囟葹?5℃～135℃，再沸比為1～3.5。

進一步地，所述低壓塔側(cè)線與所述中間再沸器連通的位置為距離所述低壓塔塔頂2塊～15塊塔板處。

進一步地，所述高壓塔的理論塔板數(shù)為15塊～40塊，所述高壓塔的操作壓力為1.5atm～5atm，所述高壓塔塔頂?shù)臏囟葹?0℃～130℃，所述高壓塔塔底的溫度為92℃～132℃，回流比為2～5。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的工藝的原理圖；

圖2是低壓塔塔內(nèi)溫度分布及進中間再沸器的物流抽出位置可選區(qū)域。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的設備，包括：低壓塔101、高壓塔201、壓縮機104、中間再沸器102、再沸器103、第一換熱器110、第二換熱器202、第一冷卻器112、第二冷卻器211和冷凝器203。其中，進中間再沸器102的物流抽出位置選擇參考圖2，根據(jù)塔內(nèi)的溫度分布情況，選擇溫度突增前的合適位置。其中，所述低壓塔101和所述高壓塔201均為板式塔，所述第一換熱器110與所述低壓塔101的底部連通，所述第一換熱器110和所述中間再沸器102均與所述第二換熱器202連通，所述第二換熱器202與所述低壓塔101的頂部、所述第二冷卻器211和所述冷凝器203連通，所述第一冷卻器112與所述第一換熱器110連通，所述低壓塔101的側(cè)線與所述中間再沸器102的連通，所述低壓塔101底部與所述再沸器103連通，所述壓縮機104與所述低壓塔101頂部連通，所述壓縮機104與所述高壓塔201底部連通，所述高壓塔201底部與所述低壓塔101頂部連通，所述高壓塔201頂部與所述中間再沸器102連通，所述冷凝器203與所述高壓塔201的頂部連通。

根據(jù)本發(fā)明的一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的工藝，包括如下步驟：

S101：首先將乙醇-水混合物000經(jīng)第一換熱器110和第二換熱器202加熱后，再將所述混合物000加入低壓塔101的頂部，所述低壓塔101頂部的蒸汽經(jīng)壓縮機104加壓后進入高壓塔201，所述低壓塔101側(cè)線抽出的混合物進入中間再沸器102汽化后返回低壓塔101，分離出的水一部分從塔底進入所述第一換熱器110，對所述乙醇-水混合物進行預熱后，再經(jīng)第一冷卻器112冷卻后流出，另一部分進入再沸器103再沸返塔。具體地，所述低壓塔101的理論塔板數(shù)為5塊～30塊，所述低壓塔的操作壓力為0.5atm～3.5atm，所述低壓塔101塔頂?shù)臏囟葹?5℃～115℃，所述低壓塔101塔頂?shù)臏囟葹?5℃～135℃，再沸比為1～3.5。從所述低壓塔101側(cè)線抽出的混合物其抽出的位置為距離所述低壓塔101塔頂2塊～15塊塔板處，所述抽出的混合物的質(zhì)量為抽出位置處塔板液相量的20％～80％。

S102：所述蒸汽經(jīng)壓縮機104加壓后從所述高壓塔201的底部進入所述高壓塔201，所述高壓塔201塔底的液體混合物從所述低壓塔101的頂部進入所述低壓塔101，所述高壓塔201底部的蒸汽上升到所述高壓塔201頂部，并從所述高壓塔201的頂部流出依次進入中間再沸器102、所述第二換熱器202和冷凝器203后，分離出的乙醇一部分經(jīng)第二冷卻器211冷卻后流出，另一部分回流至所述高壓塔201。具體地，所述高壓塔201的理論塔板數(shù)為15塊～40塊，所述高壓塔201的操作壓力為1.5atm～5atm，所述高壓塔201塔頂?shù)臏囟葹?0℃～130℃，所述高壓塔201塔底的溫度為92℃～132℃，回流比為2～5，所述壓縮機104的壓力根據(jù)所述高壓塔201的壓力進行調(diào)節(jié)，與常規(guī)差壓熱耦合精餾相比，高壓塔和壓縮機可以在更低的壓力和壓縮比下操作，在一定程度上減少了壓縮機功率和設備投資費用。高壓塔塔頂蒸汽進入中間再沸器，將蒸汽的潛熱進一步用于原料的預熱部分，實現(xiàn)了余熱的回收利用，不僅節(jié)省了能耗，同時也提高了能量的利用效率，利用差壓熱耦合技術(shù)將高壓塔塔頂與低壓塔側(cè)線進行熱量耦合，匹配換熱，解決了塔頂塔底大溫差精餾問題，節(jié)能效果顯著。

根據(jù)本發(fā)明的一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的工藝，利用差壓熱耦合技術(shù)將高壓塔塔頂與低壓塔側(cè)線進行熱量耦合，匹配換熱，解決了塔頂塔底大溫差精餾問題，節(jié)能效果顯著；低壓塔增設中間再沸器，利用高壓塔塔頂蒸汽作為中間再沸器的熱源，將高壓塔塔頂蒸汽的潛熱進一步用于原料的預熱部分，實現(xiàn)了余熱的回收利用，不僅節(jié)省了能耗，同時也提高了能量的利用效率；與常規(guī)差壓熱耦合精餾相比，高壓塔和壓縮機可以在更低的壓力和壓縮比下操作，在一定程度上減少了壓縮機功率和設備投資費用。通過實施案例發(fā)現(xiàn)相較于常規(guī)精餾，該新型差壓熱耦合集成精餾工藝可節(jié)能60％左右。

下面結(jié)合具體實施例詳細描述本發(fā)明：

實例1：采用本發(fā)明工藝及設備，低壓塔采用板式塔，操作壓力為0.5atm，塔頂溫度65℃，塔底溫度85℃，理論板為5塊，再沸比為1，側(cè)線抽出位置為第2塊，抽出量為抽出板液相量的20％；高壓塔采用板式塔，操作壓力為1.5atm，塔頂溫度90℃，塔底溫度92℃，理論板為15塊，回流比為2。所得乙醇的體積分數(shù)為95％，水中乙醇含量為0.1％。自熱回收與差壓熱耦合集成精餾工藝加熱能耗為460kW，壓縮機功率480kW，達到同樣產(chǎn)品分離要求，普通精餾塔加熱能耗為4750kW，熱電轉(zhuǎn)化系數(shù)為3，相比可節(jié)省能耗60％。

實例1的進料和出料結(jié)果如表1所示。

表1實例1進料和出料結(jié)果

實例2：采用本發(fā)明工藝及設備，低壓塔操作壓力為2atm，理論板為20塊，塔頂溫度100℃，塔底溫度120℃，再沸比為2.5，側(cè)線抽出位置為第8塊，抽出量為抽出板液相量的50％；高壓塔操作壓力為3.5atm，塔頂溫度115℃，塔底溫度117℃，理論板為30塊，回流比為3.5。所得乙醇的體積分數(shù)為96％，水中乙醇含量為0.1％。該新型差壓熱耦合集成精餾工藝加熱能耗為507kW，壓縮機功率495kW，達到同樣產(chǎn)品分離要求，普通精餾塔加熱能耗為4860kW，熱電轉(zhuǎn)化系數(shù)為3，相比可節(jié)省能耗59％。

實例2的進料和出料結(jié)果如表2所示。

表2實例2進料和出料結(jié)果

實例3：采用本發(fā)明工藝及設備，低壓塔操作壓力為3.5atm，理論板為30塊，塔頂溫度115℃，塔底溫度135℃，再沸比為3.5，側(cè)線抽出位置為第15塊，抽出量為抽出板液相量的80％；高壓塔操作壓力為5atm，塔頂溫度130℃，塔底溫度132℃，理論板為40塊，回流比為5。所得乙醇的體積分數(shù)為96％，水中乙醇含量為0.09％。該新型差壓熱耦合集成精餾工藝加熱能耗為339kW，壓縮機功率501kW，達到同樣產(chǎn)品分離要求，普通精餾塔加熱能耗為4980kW，熱電轉(zhuǎn)化系數(shù)為3，相比可節(jié)省能耗63％。

實例3的進料和出料結(jié)果如表3所示。

表3實例3進料和出料結(jié)果

綜上可知，根據(jù)本發(fā)明的一種新型差壓熱耦合精餾分離乙醇-水的工藝，利用差壓熱耦合技術(shù)將高壓塔塔頂與低壓塔側(cè)線進行熱量耦合，匹配換熱，解決了塔頂塔底大溫差精餾問題，節(jié)能效果顯著；低壓塔增設中間再沸器，利用高壓塔塔頂蒸汽作為中間再沸器的熱源，將高壓塔塔頂蒸汽的潛熱和低壓塔塔底物流顯熱進一步用于原料的預熱部分，實現(xiàn)了余熱的回收利用，不僅節(jié)省了能耗，同時也提高了能量的利用效率；與常規(guī)差壓熱耦合精餾相比，高壓塔和壓縮機可以在更低的壓力和壓縮比下操作，在一定程度上減少了壓縮機功率和設備投資費用。通過實施案例發(fā)現(xiàn)相較于常規(guī)精餾，該新型差壓熱耦合集成精餾工藝可節(jié)能60％左右。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。