用于有機(jī)溶劑脫水的mvr-蒸汽滲透耦合裝置及工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及屬于節(jié)能和分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將熱栗技術(shù)(MVR)應(yīng)用于蒸汽滲透技術(shù)的有機(jī)溶劑脫水耦合裝置及工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)溶劑在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用，主要應(yīng)用于新能源、石油化工、精細(xì)化工、醫(yī)藥、電子工業(yè)等領(lǐng)域。有機(jī)溶劑脫水是有機(jī)溶劑生產(chǎn)和回收過程中一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，許多有機(jī)溶劑能夠與水形成共沸或近沸混合物，采用傳統(tǒng)分離技術(shù)生產(chǎn)高純有機(jī)溶劑，能耗大，運(yùn)行成本高。滲透汽化技術(shù)用于有機(jī)溶劑脫水具有明顯的節(jié)能與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，已經(jīng)開始被廣泛應(yīng)用。蒸汽滲透技術(shù)是在滲透汽化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型膜分離技術(shù)，與滲透汽化過程相比，蒸汽滲透過程不存在相變，避免了溫差極化現(xiàn)象，在膜內(nèi)分離過程中能耗損失??；蒸汽進(jìn)料，減小濃差極化，傳質(zhì)系數(shù)顯著提高；對膜的污染小，延長了膜的使用壽命，該技術(shù)可以顯著提高膜滲透通量和分離系數(shù)，易于制得高純有機(jī)溶劑產(chǎn)品。但是，蒸汽滲透需要高于料液沸點(diǎn)進(jìn)料，較之滲透汽化過程能耗更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對蒸汽滲透過程能耗高的問題，提供一種熱栗技術(shù)和蒸汽滲透過程耦合的工藝，用于有機(jī)溶劑脫水生產(chǎn)高純有機(jī)溶劑。本發(fā)明采用熱栗將分離過程中產(chǎn)生的二次蒸汽壓縮，制得高品質(zhì)的有機(jī)溶劑產(chǎn)品蒸汽，再將此高溫高壓產(chǎn)品蒸汽與原料液進(jìn)行換熱，充分利用分離后物料的潛熱，以達(dá)到大幅度節(jié)能的效果。
[0004]本發(fā)明技術(shù)方案的設(shè)計思路:MVR是利用工藝自身產(chǎn)生的二次蒸汽及其能量，經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)壓縮做功，提升二次蒸汽的壓力、溫度及焓值。將MVR技術(shù)應(yīng)用于蒸汽滲透工藝中，能夠減小有機(jī)溶劑脫水過程的能耗，提高分離過程的能量利用率。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種用于有機(jī)溶劑脫水的MVR-蒸汽滲透耦合裝置，包括依次連接的預(yù)熱器、蒸發(fā)器、過熱器、膜裝置、滲透液冷凝器、滲透液收集罐和真空栗，其中所述的膜裝置通過管道依次與壓縮機(jī)、預(yù)熱器、產(chǎn)品冷卻器、產(chǎn)品罐連接，其中蒸發(fā)器、膜裝置、滲透液冷凝器和真空栗組成膜分離系統(tǒng)，壓縮機(jī)、預(yù)熱器和過熱器組成熱栗系統(tǒng)，從而膜分離系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶劑脫水，而熱栗系統(tǒng)將膜裝置分離的有機(jī)溶劑產(chǎn)品進(jìn)一步壓縮做功提升產(chǎn)品蒸汽的壓力、溫度及焓值，將產(chǎn)品蒸汽更多的熱量傳遞給原料液，提高換熱效率，降低膜分離系統(tǒng)中蒸汽耗量及產(chǎn)品冷卻水用量。
[0006]根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選所述的壓縮機(jī)與過熱器之間通過管道連接，且所述過熱器經(jīng)管道與產(chǎn)品冷卻器連接，從而壓縮后的產(chǎn)品蒸汽一部分進(jìn)入預(yù)熱器與原料液換熱，一部分進(jìn)入過熱器與原料蒸汽換熱，換熱后的產(chǎn)品合流進(jìn)入產(chǎn)品冷卻器進(jìn)行冷卻，進(jìn)一步降低能耗。
[0007]本發(fā)明還提供了一種用于有機(jī)溶劑脫水的MVR-蒸汽滲透耦合工藝方法，該方法包括:由預(yù)熱器加熱后的原料直接進(jìn)入蒸發(fā)器，被汽化為有機(jī)溶劑蒸汽，再由過熱器過熱，過熱至高于原料液沸點(diǎn)后，進(jìn)入膜裝置進(jìn)行分離，在真空栗作用下水蒸氣透過膜被滲透液冷凝器冷凝，產(chǎn)品蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的產(chǎn)品蒸汽進(jìn)入預(yù)熱器與原料液換熱，再進(jìn)入冷卻器進(jìn)行冷卻得到目的產(chǎn)品。
[0008]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選工藝方案為:經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的產(chǎn)品蒸汽一部分進(jìn)入預(yù)熱器與原料液換熱，一部分進(jìn)入過熱器與原料蒸汽換熱，換熱后的產(chǎn)品合流進(jìn)入冷卻器進(jìn)行冷卻，進(jìn)一步降低能耗。
[0009]所述的壓縮機(jī)優(yōu)選為離心壓縮機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)。
[0010]所述有機(jī)溶劑為醇類、醚類、酮類或芳香族化合物等有機(jī)物。
[0011]本發(fā)明還進(jìn)一步提供了一種用于有機(jī)溶劑脫水的精餾-MVR-蒸汽滲透耦合工藝方法，該方法包括:將原料先進(jìn)入精餾塔脫去一部分水分，再進(jìn)入蒸汽滲透裝置進(jìn)一步脫水，經(jīng)膜裝置分離后的產(chǎn)品蒸汽通過壓縮機(jī)壓縮后，與進(jìn)入精餾塔前的原料進(jìn)行換熱，再進(jìn)入冷卻器冷卻降溫得到有機(jī)溶劑產(chǎn)品。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:采用熱栗和蒸汽滲透耦合工藝進(jìn)行有機(jī)溶劑脫水，充分利用工藝中產(chǎn)品蒸汽潛熱，提高了系統(tǒng)內(nèi)能量利用率，實(shí)現(xiàn)了熱量的集成利用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明工藝節(jié)能效果明顯，平均節(jié)能40?50%，綜合經(jīng)濟(jì)效益評價表明，采用該工藝年費(fèi)用節(jié)約20?30%。本發(fā)明適用多種有機(jī)溶劑脫水制備高純有機(jī)溶劑，適用范圍廣，操作方便，生產(chǎn)過程潔凈無污染。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1、2中的有機(jī)溶劑脫水裝置圖，
[0014]圖2為實(shí)施例3中的有機(jī)溶劑脫水裝置圖。
[0015]圖中標(biāo)記說明:1、原料罐；2、進(jìn)料栗；3、預(yù)熱器；4、蒸發(fā)器；5、過熱器；6、膜裝置；
7、壓縮機(jī)；8、冷卻器；9、產(chǎn)品罐；10、滲透液冷凝器；11、滲透液收集罐；12、真空栗。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明一種用于有機(jī)溶劑脫水的MVR-蒸汽滲透耦合裝置的工作原理如下:
[0018]原料液從原料罐1經(jīng)進(jìn)料栗2加壓后依次送入預(yù)熱器3、蒸發(fā)器4、過熱器5加熱汽化為過熱蒸汽，再進(jìn)入膜裝置6進(jìn)行分離，膜裝置的滲透側(cè)由真空栗維持負(fù)壓，溶劑中的水分子在跨膜壓差的作用下透過膜進(jìn)入冷凝器10冷凝，再進(jìn)入滲透液收集罐11 ;經(jīng)膜分離后的產(chǎn)品蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)7加壓，制得高品質(zhì)的有機(jī)溶劑產(chǎn)品蒸汽，此高溫高壓產(chǎn)品蒸汽進(jìn)入預(yù)熱器3與原料液充分換熱，然后經(jīng)冷卻器8進(jìn)一步冷卻后進(jìn)入產(chǎn)品罐9，制得高純有機(jī)溶劑。
[0019]所述MVR系統(tǒng)是指從膜裝置6出來的產(chǎn)品蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)7壓縮，制得的高品質(zhì)的有機(jī)溶劑產(chǎn)品蒸汽，再進(jìn)入產(chǎn)品預(yù)熱器3，與原料液換熱。
[0020]所述蒸汽滲透工藝是指由預(yù)熱器3加熱后的原料直接進(jìn)入蒸發(fā)器4，被汽化為有機(jī)溶劑蒸汽，再由過熱器5過熱后進(jìn)入膜裝置6進(jìn)行分離，在真空栗作用下水蒸氣透過膜被滲透液冷凝器10冷凝，產(chǎn)品蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)7。
[0021]所述的膜裝置6由膜組件與分離膜組成，膜組件可通過串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)的方式構(gòu)成，膜組件可采用多種形式，如管式、卷式、平板式等形式，膜組件數(shù)由原料液的處理量及處理要求決定，以達(dá)到不同的生產(chǎn)能力。所采用的分離膜是指對水有選擇透過性的無機(jī)膜、有機(jī)膜、混合基質(zhì)膜等。
[0022]實(shí)施例一
[0023]見圖1，MVR-蒸汽滲透耦合工藝用于乙醇脫水，其步驟如下:
[0024]流量為420kg/h、含水10wt.%的乙醇溶液，從原料罐1中經(jīng)進(jìn)料栗2加壓后進(jìn)入預(yù)熱器3，與產(chǎn)品蒸汽進(jìn)行換熱后溫度升至106°C，此時原料部分汽化，汽化分率為0.56，接著進(jìn)入蒸發(fā)器完全蒸發(fā)為乙醇蒸汽。乙醇蒸汽經(jīng)過熱器5過熱至130°C后進(jìn)入膜裝置6進(jìn)行乙醇脫水。該膜裝置由8個管式NaA分子篩膜組件串聯(lián)構(gòu)成，總裝填膜面積為60m2。經(jīng)膜裝置6分離后得到99.9wt.%的乙醇產(chǎn)品蒸汽，該蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)7壓縮后獲得溫度為185°C，壓力為5M