[发明专利]小传热温差降膜蒸发精馏系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种小传热温差降膜蒸发精馏系统及其工作方法，属于化工、食品及医药等领域。

背景技术

精馏为一种常见的对沸点接近的多种液态混合物分离提纯的有效方法之一。目前常见的精馏系统主要为了提高产品纯度，主要通过在精馏塔顶布置冷凝塔和在精馏塔底布置再沸器的方法为精馏塔，提供大的下降液和上升蒸气的循环量，从而为下降液和上升蒸气进行充分的能质交换提供条件。然而由于塔底物料再沸和塔顶物料冷凝过程涉及大量潜热交换，因此常规精馏系统能耗和冷却水耗量均较大。

分析精馏塔操作温度可知，塔顶操作温度略低于塔底的操作温度，通过热泵的方法回收塔顶物料的冷凝潜热并用于塔底物料的加热，是一种有效的精馏塔节能改造方法。目前已有多种直接热泵或者间接热泵的精馏方法被提出。然而随着人们的节能减排要求不断提高。继续降低热泵精馏系统的能耗仍是未来的重要研究方向。

分析现有常规热泵精馏系统方案可知，降低压缩机功耗是降低其整体能耗的关键，而压缩机功耗主要受到精馏系统关键设备蒸发器内最小平均换热温差的影响，为了保证对塔底液态物料的充分加热，一般采用循环泵强制塔底液体通过蒸发器，然而由于强制循环过程很难直接采用降膜换热器，因此其换热系数不高，蒸发器内的平均换热温差较大，为了保证该温差，需要较高压比的压缩机，因此常规热泵精馏系统的压缩功耗仍较高，而对如何降低压缩机的功耗来改进热泵精馏系统节能开展研究仍具有重要的现实价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能耗更低的小传热温差降膜蒸发精馏系统及其工作方法。

一种小传热温差降膜蒸发精馏系统，其特征在于：包括精馏塔，其中精馏塔内部还包括塔盘和降膜换热器，其中塔盘位于上部，降膜换热器位于下部；精馏塔具有下降液入口、给料入口、塔顶蒸汽出口、塔底产物出口；降膜换热器具有热侧入口，热侧出口；精馏塔的塔顶蒸汽出口与压缩机的入口相连，压缩机的出口与降膜换热器的热侧入口相连，降膜换热器的热侧出口经过降压阀后分成两路，一路与精馏塔的下降液入口相连，另一路作为塔顶产物排出精馏系统。

利用所述小传热温差降膜蒸发精馏系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：液态的给料从某级塔盘进入精馏塔，在精馏塔内下降液沿着重力方向自上部的塔盘不断流向下部的塔盘，同时上升蒸气自精馏塔底不断向上流动，上升蒸气逐级与下降液接触，并不断进行能质交换；其中沿着重力的方向，上升蒸气和下降液中的重组分不断增加，轻组分不断减少；其中塔顶采出的蒸气或者液态产物中轻组分的含量最高，而塔底组分中重组分的含量最高；塔顶采出的蒸汽经过压缩机升压后，其沸点升高，然后作为热源通过位于精馏塔底部的降膜换热器热侧，对精馏塔内自上而下的下降液进行加热，下降液受热后部分蒸发，作为上升蒸气向上流动；上升蒸气不断与下降液接触并进行能质交换，降膜换热器热侧物料释放热能后温度降低并被冷凝为液态，从降膜换热器热侧出来的液态物料经过降压阀降压后分为两路，一路作为下降液进入精馏塔的顶部塔盘，另一路作为塔顶产物排出精馏系统。

由于降膜换热器位于精馏塔内部，因此仅需要采用常规的结构简单的表面式换热器。

与常规外置蒸发器的热泵系统相比，由于本发明提出的表面式换热器其外表面直接与精馏塔内的液态物料接触，可以形成自然对流循环，不需要额外布置强制循环泵，而且由于精馏塔内采用的表面式降膜换热器的表面利用率较高，换热表面的换热系数较高，因此可以采用较低的平均换热温差，这可以有效降低压缩机压比并进而降低热泵精馏系统的总体能耗。此外，与常规热泵系统采用的外置式蒸发器相比，该蒸发器不需要外壳体和保温装置，结构也更为简单，成本低廉。

与常规消耗外热源和冷却水的精馏系统相比，该系统不需要消耗外热源和冷却水，无冷却塔，结构更为简单。该系统仅需要消耗少量压缩机功耗，具有无污染和节能的优势。

附图说明

图1一种小传热温差降膜蒸发精馏系统；

图中标号名称：1.给料，2.精馏塔，3.塔底产物，4.降膜换热器，5.压缩机，6.降压阀，7.塔顶产物，8、塔盘，9.下降液，10.上升蒸气。

具体实施方式

下面参照附图1说明该机械蒸汽再压缩过热蒸汽干燥系统的运行过程。

液态的给料1从某级塔盘8进入精馏塔2，在精馏塔2内下降液沿着重力方向自上部的塔盘8不断流向下部的塔盘8，同时上升蒸气9自精馏塔2底不断向上流动。塔顶采出的蒸气经过压缩机5升压后，其沸点升高，然后作为热源通过位于精馏塔2底部的降膜换热器4热侧，对精馏塔2内自上而下的下降液9进行加热，下降液9受热后部分蒸发，作为上升蒸气10向上流动。上升蒸气10不断与下降液9接触并进行能质交换，降膜换热器4热侧物料释放热能后温度降低并被冷凝为液态，从降膜换热器4热侧出来的液态物料经过降压阀6降压后分为两路，一路作为下降液进入精馏塔2的顶部塔盘8，另一路作为塔顶产物排出精馏系统。