一种用于三元含水共溶体系分离的精馏-分子筛膜耦合工艺及装置制造方法及图纸

本发明专利技术为一种用于三元含水共溶体系分离的精馏‑分子筛膜耦合工艺及装置，公开了一种精馏塔和膜构件直接耦合的新型分离装置，包括常规精馏塔所包含的塔内构件和膜渗透单元内件。对于三元含水体系分离，本发明专利技术巧妙的将分子筛膜蒸汽渗透装置与精馏塔组合为一体，实现简易结构的单个精馏塔对三元且存在共沸体系的分离，明显提高了分离效率。

A distillation molecular sieve membrane coupling process and device for separation of ternary aqueous co solution system

【技术实现步骤摘要】
一种用于三元含水共溶体系分离的精馏-分子筛膜耦合工艺及装置
本专利技术涉及精馏技术及其膜分离相关设备领域，尤其涉及三元体系精馏-膜分离耦合技术装置及其运行方法。
技术介绍
随着经济的发展，能源需求一直在加速增长，但燃料供给的单一化严重阻碍了社会的健康发展，因此探究能源供给的多元化已经成为维护能源安全的重要组成部分，各国政府也竞相投入大量资金开发核能、氢能、风能、太阳能、先进电池材料等新技术；另一方面，但是由于绿色环保技术的落后，造成了巨大的生产浪费和环境污染。例如，目前大气中的CO2的含量与工业革命时相比，增幅度达45％，成为气候变暖的直接原因，威胁了人类生存。我国作为后发展国家，经济虽然取得了长足进步，但是环保意识薄弱，粗放、低效、落后的产能模式造成严重环境问题。上述列举的能源和环境问题，都涉及工程技术核心的分离提纯工艺，因此探寻绿色、环保、经济、高效率的提纯回收技术和设备，替代相对落后的分离工艺、对于实现经济、社会、环境的良性发展具有重要意义。在有机溶剂生产和使用过程中，如何实现有机溶剂高效分离是化学工业界关注的焦点，用于气体和有机溶剂回收的主要技术包括：深冷工艺、变压吸附、化学吸收、精馏、电解法等，然而这些工艺流程往往占地广、操作繁琐、能耗大，制约其发展和应用。水、乙醇易形成共沸物，传统分离技术存在着过程复杂、能耗高、易带来环境污染等问题，难以实现经济、高效的分离。渗透汽化膜分离技术应用于有机溶剂分离具有不受体系汽液平衡的限制、单级分离效率高等优点，具有明显的技术和经济优势，特别适用于近沸点、恒沸点混合物的分离以及有机溶剂中微量水的脱除、废水中少量高价值有机污染物的回收。蒸汽渗透是一种高效节能的膜分离技术，特别适用于共沸和近沸混合物的分离。基于分子筛膜的蒸汽渗透分离技术在有机溶剂脱水过程中表现出的优异分离性能，已经实现了工业应用。对于一般的三元共沸体系，通过普通精馏方法不能使其得到有效的分离，通常需要结合萃取精馏等特殊精馏方法。通过向被分离体系中加入溶剂，使被分离组分之间的相对挥发度提高，从而将该物系分离。然而这类方法存在着引入杂质溶剂，造成污染，且需要多塔操作，存在工艺操作复杂、能耗成本高等缺点。因此，对于三元共沸体系，避免采用需要引入并回收夹带剂的工艺，可以明显减少流程复杂程度，且较大程度节约固定投资。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种三元体系精馏-分子筛膜耦合装置及其运行方法，使其可以广泛地将该装置应用于分离三元共沸体系，不仅解决传统精馏工艺对共沸体系分离的难题，而且提高了膜分离工艺处理量低从而导致实际应用体系受限的难题。本专利技术的第一个方面，提供了：一种用于三元含水共溶体系分离的精馏-分子筛膜耦合工艺，包括如下步骤：将三元含水体系泵入精馏塔中进行精馏；并且，在至少一级的相邻塔板间通过分子筛膜对体系进行脱水。在一个实施方式中，所述的分子筛膜可以是NaA、ZSM-5、Silicalite-1、MOR、DDR或者CHA分子筛膜等。在一个实施方式中，所述的三元含水体系是指三元含水共沸体系。在一个实施方式中，所述的三元含水共沸体系可以是异丙醇-丙酮-水三元体系，甲醇-乙醇-水体系，甲醇-叔戊醇-水体系，甲醇-甲基叔丁基醚-水体系，碳酸二甲酯-甲醇-水体系等。本专利技术的第二个方面，提供了：一种用于三元含水共溶体系分离的精馏-分子筛膜耦合装置，包括：精馏塔T101，用于对三元含水共溶体系进行精馏分离；精馏塔T101的至少两块相邻的塔板1之间还设有分子筛膜组件2；分子筛膜组件2的原料侧与塔板1连通，分子筛膜组件2的渗透侧连接至产水罐V105。在一个实施方式中，也可以在每个相邻的塔板之间设分子筛膜组件。在一个实施方式中，也可以在位于精馏塔的三元含水共溶体系的进料位置处的相邻塔板之间设分子筛膜组件。在一个实施方式中，也可以在位于精馏塔的三元含水共溶体系的进料位置处的上下各几级的相邻塔板之间设分子筛膜组件，例如可以是上下各1-10级的相邻塔板之间。在一个实施方式中，还包括原料罐V101，原料罐V101依次通过离心泵P101、第一流量计101、预热器E104连接至精馏塔T101的进料位置。在一个实施方式中，精馏塔T101的塔釜再沸器通过冷却器E103、第四流量计F104连接至塔釜残液罐V102。在一个实施方式中，分子筛膜组件2的渗透侧通过冷凝器E102连接至产水罐V105，并且分子筛膜组件2的渗透侧上还连接有真空泵P104。在一个实施方式中，精馏塔T101的塔顶通过塔顶冷凝器E101连接至回流缓冲罐V103，回流缓冲罐V103通过回流泵P102和第二流量计F102连接至精馏塔T101的塔顶。在一个实施方式中，回流缓冲罐V103通过塔顶采出泵P103和第三流量计F103连接至塔顶储罐V104。本专利技术的第三个方面，提供了：精馏-分子筛膜耦合装置在用于减小三元含水共沸精馏过程中的塔板数、回流比中的用途。有益效果本专利技术的适用于三元共沸体系分离的精馏-分子筛膜耦合装置及其运行方法，将精馏技和膜分离技术有机结合，不但能够显著降低过程能耗，而且可以降低精馏塔的回流比，突破精馏技术的限制，并解决膜分离生产能力低的问题，充分发挥精馏技术与膜分离技术各自的优势，可以帮助实际的共沸三元体系在单塔条件下完成分离。附图说明图1是本专利技术的整体装置图；图2是膜分离单元俯视图；图3是膜分离单元正视图。其中，1、塔板；2、分子筛膜组件；V101、原料罐；P101、离心泵；E103、预热器；F101、第一流量计；E102、冷凝器；T101、精馏塔；V105、产水罐；P104、真空泵；F102、第二流量计；P102、回流泵；V103、回流缓冲罐；E101、塔顶冷凝器；F103、第三流量计；P103、塔顶采出泵；V104、塔顶储罐；E103、冷却器；F104、第四流量计；V102、塔釜残液罐；具体实施方式本专利技术所要解决的技术问题是提供一种三元体系精馏-分子筛膜耦合装置及其运行方法，使其可以广泛地将该装置应用于分离三元共沸体系，不仅解决传统精馏工艺对共沸体系分离的难题，而且提高了膜分离工艺处理量低从而导致实际应用体系受限的难题。本专利技术提供的耦合工艺的精馏塔的结构如图2和图3所示，在图中，精馏塔是由多级塔板构成，其中至少一级塔板1内部设有分子筛膜组件2，这里所用的分子筛膜组件2中装填有分子筛膜，所述的分子筛膜可以是NaA、ZSM-5、Silicalite-1、MOR、DDR或者CHA分子筛膜等。基于上述精馏塔的整体装置如图1所示。装置包括：精馏塔T101，用于对三元含水共溶体系进行精馏分离；精馏塔T101的至少两块相邻的塔板1之间还设有分子筛膜组件2；分子筛膜组件2的原料侧与塔板1连通，分子筛膜组件2的渗透侧连接至产水罐V105。在两层塔板之间进行物料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于三元含水共溶体系分离的精馏-分子筛膜耦合工艺，其特征在于，包括如下步骤：/n将三元含水体系泵入精馏塔中进行精馏；/n并且，在至少一级的相邻塔板间通过分子筛膜对体系进行脱水。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于三元含水共溶体系分离的精馏-分子筛膜耦合工艺，其特征在于，包括如下步骤：
将三元含水体系泵入精馏塔中进行精馏；
并且，在至少一级的相邻塔板间通过分子筛膜对体系进行脱水。


2.根据权利要求1所述的用于三元含水共溶体系分离的精馏-分子筛膜耦合工艺，其特征在于，在一个实施方式中，所述的分子筛膜可以是NaA、ZSM-5、Silicalite-1、MOR、DDR或者CHA分子筛膜等；也可以是在全部的相邻的塔板间通过分子筛膜对体系进行脱水；也可以在位于精馏塔的三元含水共溶体系的进料位置处的相邻塔板之间通过分子筛膜对体系进行脱水；也可以在位于精馏塔的三元含水共溶体系的进料位置处的上下各几级的相邻塔板之间通过分子筛膜对体系进行脱水，例如可以是上下各1-10级的相邻塔板之间。


3.根据权利要求1所述的用于三元含水共溶体系分离的精馏-分子筛膜耦合工艺，其特征在于，在一个实施方式中，所述的三元含水体系是指三元含水共沸体系。


4.根据权利要求1所述的用于三元含水共溶体系分离的精馏-分子筛膜耦合工艺，其特征在于，在一个实施方式中，所述的三元含水共沸体系可以是异丙醇-丙酮-水三元体系，甲醇-乙醇-水体系，甲醇-叔戊醇-水体系，甲醇-甲基叔丁基醚-水体系，碳酸二甲酯-甲醇-水体系等。


5.一种用于三元含水共溶体系分离的精馏-分子筛膜耦合装置，其特征在于，包括：
精馏塔（T101），用于对三元含水共溶体系进行精馏分离；
精馏塔（T101）的至少两块相邻的塔板（1）之间还设有分子筛膜组件（2）；分子筛膜组件（2）的原料侧与塔板（1）连通，分子筛膜组件（2）的渗透侧连接至产水罐（V105）。


6.根据权利要求5所述的用于三元含水共溶体系分离的精...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾学红，高雪超，王嘉诚，高鑫，李洪，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32