一种渗透汽化循环换热新系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种渗透汽化循环换热新系统及方法，属于分离技术领域。该分离系统利用渗透汽化工艺的特性，渗透汽化过程中发生相变将从原料溶液中攫取大量热量，使得原料溶液温度下降，截留侧的低温溶液很适合与原料侧的高温溶液进行换热，以降低某些高温溶液进入膜组件对膜组件造成的破坏，降低膜的性能。在此发明专利技术中，利用这个特性通过截留侧温度的降低，并将这部分低温溶液作为冷媒去冷却原料侧的高温液体，以减轻原料侧液体冷却的热负荷，也避免了对截留侧液体再加热的重复操作。换热之后的截留侧溶液被加热后直接通入下一个工艺，最大程度的利用了热量。减少了操作成本，节约了能量。

A new system and method of pervaporation cycle heat exchange

【技术实现步骤摘要】
一种渗透汽化循环换热新系统及方法
本专利技术涉及分离
，具体涉及一种渗透汽化循环换热新系统及方法。
技术介绍
渗透汽化过程在工业中常被应用于共沸有机溶剂的分离。此外在替代传统精馏的过程中也有优秀的表现，在分离沸点相差大的有机溶剂混合物的过程中可以有效地节约能耗。但是在实际生产的过程中，膜对使用温度有一定的限制，过高的温度不仅降低了膜的分离效果，同时对膜的寿命有所影响。通过外加的冷却手段对原料进行降温，不仅浪费了原料中的热量，同时还增加了额外的生产步骤。在生产过程中，对整个流程的经济成本造成较大的负担。此外，经过反复冷却加热，对产品的质量和换热设备的使用寿命也有较大的影响。
技术实现思路
本专利技术是针对上述存在的缺陷提供一种渗透汽化循环换热新系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：该工艺是将混合物1经过换热器(A)和换热器(B)后送入渗透汽化膜组件(C)，膜组件截留侧的混合物2与换热器(A)中的物料混合物1进行换热后送入下一工序；膜组件渗透侧的混合物3经过换热器(D)冷凝后，不冷凝的混合物5经过真空泵(E)得到混合物6，混合物6送入换热器(F)中进行冷凝；换热器(D)冷凝得到混合物7，换热器(F)冷凝收集得到混合物8，未冷凝的混合物4排入空气中或送入其他工序中；或：混合物1经过换热器(A)和热器(B)后送入渗透汽化膜组件(C)，膜组件截留侧的混合物2与换热器(A)中的物料混合物1进行换热后送入下一工序；膜组件渗透侧的混合物3经过换热器(D)冷凝后，不冷凝的混合物5送入换热器(F)中进行冷凝，得到的混合物4ˊ经过真空泵(E)后的得到未冷凝的混合物6ˊ排入空气中或送入其他工序中；经混合物换热器(D)冷凝得到混合物7，换热器(F)冷凝收集得到混合物8ˊ。在实际生产过程中，处于节能考虑，在工艺流程如图1所示时，通过冷凝器(F)冷凝后，部分情况下，不足以将待冷凝物完全冷凝下来。此时，若这部分未冷凝物中，有机物的含量较低，便可将其排放到空气中，或者将其输送到其他工艺中，以便实现对待分离物的充分利用。同样的，在工艺流程图如图2所示时，真空泵(E)出口的部分气体如果其有机物含量不高，则可以直接排放至空气，否则将其送入对应的工序做进一步回收处理。截留侧的液体通过与原料侧液体在换热器(A)换热后，进入下一工序。在经过渗透汽化处理后，截留侧温度较低，通过精馏等手段进一步分离时温度过低，使得塔釜的所需要的换热能耗上升，为了充分利用原料侧溶液，将这部分溶液与原料侧溶液进行换热，通过这一方法对截留侧溶液进行加热，使其通入其他工序，如闪蒸，精馏，萃取等分离的工艺过程中，可以节约反复加热的能耗，达到节能的目的。同时，通过这种手段，还可以将过热的原料进行降温，使原料温度降为膜组件或其他设备可以正常操作的温度，不仅避免了额外的制冷能耗，还可以最大化生产过程中能量的利用。本专利技术技术方案中：C2-C10的醇类，酯类，酮类，烷烃类，芳烃类、醚类、噻吩类、酰胺类、酸类、酯类，无机盐以及水之间组合形成的二元或多元混合物体系，混合物1的形态为液态混合物。优选：混合物1为苯、甲苯、二甲苯与环丁砜组成的二元或三元或四元体系；或饱和蒸汽压在分离温度下差值超过5kPa；或所述的混合物1是乙二醇/水体系，正辛烷/白油体系，氯仿/白油体系和苯酚/水体系中的任意一种。本专利技术技术方案中：换热器(A)的热媒是温度高的待分离的原料液，换热器(A)的冷媒是渗透汽化过程截留侧的溶液；换热器(B)的冷媒是常见冷媒或公用工程的低温盐水，换热器(B)的热媒是经过降温的原料侧溶液冷却的原料流股；换热器(D)和换热器(F)的冷媒是常用的冷媒或公用工程的低温盐水。在工业的实际生产过程中，为了节约成本与能源，当冷凝所需要的的温度较高时，往往采用公用工程的低温盐水，并将这部分盐水反复利用，当冷凝所需要的温度低于低温盐水的凝固点时，可以采用其他冷媒或直接通过制冷机来冷却。本专利技术技术方案中：热媒在换热器(A)的进出口温差为0-100℃，优选40-80℃，换热器(B)的热媒进出口温差为0-40℃，优选0-20℃；渗透汽化膜组件(C)截留侧温度比换热器(B)热媒出口温度下降10-120℃，优选30-80℃。换热器(D)的热媒进出口温度差为0-70℃，优选0-30℃；换热器(F)的热媒进出口温度差为0-50℃，优选0-30℃。在实际的操作过程中，换热器(D)和换热器(F)热媒进出口温度差值是根据具体物性体系的不同，通过调控不同的冷凝温度，将渗透侧的多种物质中的最易冷凝的那种冷凝下来，且其他物质冷凝下来的量尽可能小，以保证冷凝物的纯度，通过对于不同体系的计算来确定不同的冷凝温度，从而使得换热器(D)和换热器(F)进出口存在温差。此外，由于渗透侧温度与原料侧温度较为接近，在原料侧温度较高时，换热器(D)热媒的进出口温度较大。本专利技术技术方案中：渗透汽化膜组件膜组件(C)所使用的膜为管式膜，中空纤维膜，平板膜和卷式膜中一种。本专利技术技术方案中：渗透汽化膜组件(C)中的分离膜为聚合物陶瓷复合内膜、硅橡胶聚合物膜或聚醚嵌段酰胺聚合物膜或石墨烯膜或氧化石墨烯膜或沸石咪唑酯骨架膜或分子筛膜或微孔聚合物膜或金属有机骨架膜或有机无机中空纤维复合膜或NaA分子筛膜或氧化石墨烯膜。本专利技术技术方案中：渗透汽化膜组件(C)的分离的温度为0-150℃，优选40-130℃，膜原料侧和截留侧的相对压力范围为0-8atm，膜渗透侧的绝对压力范围为300-15000Pa，优选：膜渗透侧的绝对压力范围为1500-10000Pa。本专利技术技术方案中：膜组件(C)中的分离膜为硅橡胶聚合物膜或聚醚嵌段酰胺聚合物膜或石墨烯膜或氧化石墨烯膜或沸石咪唑酯骨架膜或分子筛膜或微孔聚合物膜或金属有机骨架膜。本专利技术技术方案中：在分离过程中，膜渗透侧混合物3的质量流量为混合物1质量流量的5％-95％；优选：10％-35％，混合物7的质量流量为渗透侧混合物3质量流量的0％-90％，优选0％-30％；混合物8或混合物8ˊ的质量流量为混合物5的质量流量的0％-100％，优选90％-100％；混合物6ˊ和混合物4中的成分是未完全冷凝的有机蒸汽和空气。本专利技术技术方案中：换热器(D)中冷凝得到的混合物7中，沸点较高物质的组分的质量分数大于99％。换热器(F)冷凝得到的混合物8中，沸点较低的物质的组分的质量分数大于99％。一种要实现上述的能量循环利用渗透汽化装置，该装置包括换热器(A)(B)(D)(F)，渗透汽化膜组件(C)，真空泵(E)；渗透汽化膜组件(C)的原料侧与换热器(B)的热媒出口相连，换热器(A)的出口与换热器(B)的热媒进口相连，渗透汽化膜组件(C)的截留侧与换热器(A)的冷媒进口相连，渗透汽化膜组件(C)的渗透侧与换热器(D)的热媒进口相连，真空泵(D)的进口与换热器(C)的热媒出口相连，真空泵(E)的出口与换热器(F)的热媒进口相连。或：渗透汽化膜组件(C)的原料侧与换热器(B)的热媒出口相连，渗透汽化膜组件(C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种渗透汽化循环换热新方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/n该工艺是将混合物1经过换热器(A)和换热器(B)后送入渗透汽化膜组件(C)，膜组件截留侧的混合物2与换热器(A)中的物料混合物1进行换热后送入下一工序；/n膜组件渗透侧的混合物3经过换热器(D)冷凝后，不冷凝的混合物5经过真空泵(E)得到混合物6，混合物6送入换热器(F)中进行冷凝；换热器(D)冷凝得到混合物7，换热器(F)冷凝收集得到混合物8，未冷凝的混合物4排入空气中或送入其他工序中；/n或：混合物1经过换热器(A)和热器(B)后送入渗透汽化膜组件(C)，膜组件截留侧的混合物2与换热器(A)中的物料混合物1进行换热后送入下一工序；/n膜组件渗透侧的混合物3经过换热器(D)冷凝后，不冷凝的混合物5送入换热器(F)中进行冷凝，得到的混合物4ˊ经过真空泵(E)后的得到未冷凝的混合物6ˊ排入空气中或送入其他工序中；经混合物换热器(D)冷凝得到混合物7，换热器(F)冷凝收集得到混合物8ˊ。/n

【技术特征摘要】
1.一种渗透汽化循环换热新方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
该工艺是将混合物1经过换热器(A)和换热器(B)后送入渗透汽化膜组件(C)，膜组件截留侧的混合物2与换热器(A)中的物料混合物1进行换热后送入下一工序；
膜组件渗透侧的混合物3经过换热器(D)冷凝后，不冷凝的混合物5经过真空泵(E)得到混合物6，混合物6送入换热器(F)中进行冷凝；换热器(D)冷凝得到混合物7，换热器(F)冷凝收集得到混合物8，未冷凝的混合物4排入空气中或送入其他工序中；
或：混合物1经过换热器(A)和热器(B)后送入渗透汽化膜组件(C)，膜组件截留侧的混合物2与换热器(A)中的物料混合物1进行换热后送入下一工序；
膜组件渗透侧的混合物3经过换热器(D)冷凝后，不冷凝的混合物5送入换热器(F)中进行冷凝，得到的混合物4ˊ经过真空泵(E)后的得到未冷凝的混合物6ˊ排入空气中或送入其他工序中；经混合物换热器(D)冷凝得到混合物7，换热器(F)冷凝收集得到混合物8ˊ。


2.根据权利要求1所述的渗透汽化循环换热新工艺，其特征在于：混合物1为C2-C10的醇类，酯类，酮类，烷烃类，芳烃类、醚类、噻吩类、酰胺类、酸类，无机盐以及水之间组合形成的二元或多元混合物体系，混合物1的形态为液态混合物。
优选：混合物1为苯、甲苯、二甲苯与环丁砜组成的二元或三元或四元体系；或饱和蒸汽压在分离温度下差值超过5kPa；或所述的混合物1是乙二醇/水体系，正辛烷/白油体系，氯仿/白油体系和苯酚/水体系中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的渗透汽化循环换热新工艺，其特征在于：换热器(A)的热媒是温度高的待分离的原料液，换热器(A)的冷媒是渗透汽化过程截留侧的溶液；换热器(B)的冷媒是常见冷媒或公用工程的低温盐水，换热器(B)的热媒是经过降温的原料侧溶液冷却的原料流股；换热器(D)和换热器(F)的冷媒是常用的冷媒或公用工程的低温盐。


4.根据权利要求3所述的渗透汽化循环换热新工艺，其特征在于：热媒在换热器(A)的进出口温差为0-100℃，优选10-80℃，换热器(B)的热媒在进出口的温差为0-40℃，优选0-20℃；渗透汽化膜组件(C)截留侧温度比换热器(B)热媒出口温度下降10-120℃，优选30-80℃；换热器(D)的热媒在进出口的温度差为0-70℃，优选0-30℃；换热器(F)的热媒在进出口的温度差为0-50℃，优选0-30℃。


5.根据权利要求1所述的渗透汽化循环换热新工艺，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浩力，宗传欣，冒顾政，金万勤，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32