热集成蒸馏设备制造技术

本发明专利技术提供了一种热集成蒸馏设备，该热集成蒸馏设备的能量效率和设计自由度都比普通的蒸馏塔高，并且其中所述设备的维护是简单的。所述热集成蒸馏设备包括：精馏塔(1)；被定位成高于精馏塔(1)的提馏塔(2)；用于允许提馏塔的顶部部分(2c)和精馏塔的底部部分(1a)之间连通的第一管道(23)；和压缩机(4)，所述压缩机压缩来自提馏塔的顶部部分(2c)的蒸汽并将压缩后的蒸汽供给到精馏塔的底部部分(1a)。所述热集成蒸馏设备还包括：位于精馏塔(1)的预定段处的热交换器(8)；液体提取单元(2d)，所述液体提取单元设置在提馏塔(2)的预定段处并被构造成将来自所述预定段的一些液体移除到提馏塔的外部；用于将来自液体提取单元(2d)的液体引入到热交换器(8)的第二管道(24)；和第三管道(25)，所述第三管道用于在从热交换器(8)流出的液体已经通过第二管道(24)被引入到热交换器(8)之后将所述流体引入到液体提取单元(2d)直接下方的段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种蒸馏设备，该蒸馏设备执行广泛地应用到许多工业过程的蒸馏操作，并且更具体地，本专利技术涉及一种热集成蒸馏设备。
技术介绍
分馏是一种通常广泛地应用于工业过程的单元操作，但是分馏会消耗大量能量。 因此，在工业领域中，已经对节能蒸馏系统进行了研究。这种研究引起了关于作为节省更多能量的蒸馏设备的热集成蒸馏塔(以下称为HIDiC)的研制。如图1所示，HIDiC的基本系统具有其中精馏部分(高压单元)和提馏部分(低压单元)被设置使得它们彼此分离的结构。精馏部分的操作压力被设定为比提馏部分的操作压力高，使得精馏部分的操作温度高于提馏部分的操作温度。这允许供应到再沸器的热量减少，这是因为当精馏部分和提馏部分之间具有热交换表面时，从精馏部分到提馏部分出现传热。精馏部分的热移动到提馏部分，由此可以减少在冷凝器移除的热量。因此，可以实现高节能蒸馏设备。为了使HIDiC的原理用于实际用途，已经提出了如JP2004_16^8A(以下称专利文献1)中论述的具有双管道结构的蒸馏设备。如图2所示，这种包括外壳51和安装在外壳51中的多个管单元52的蒸馏设备通过将每个管单元52经由上管板53a和下管板53b连接到外壳51而形成。每一个管单元52都具有双管道结构。管单元52的内管道讨用作精馏部分，而包围内管道M的外表面的外管道55用作提馏部分。填料(规整填料)5 和5 沿内管道 54的内部被设置，并且被设置在外管道55和内管道M之间。参照用于管单元52的图3。 多个管单元52被设置使得外管道55的外壁65可以彼此接触。再次参照图2，提馏部分56的用以将液体进料供应到外管道55 (提馏部分)的液体的液体入口和提馏部分57的用以从外管道55排出蒸汽的蒸汽出口被设置在外壳51的上部中。在上管板53a的上方形成有仅与内管道(精馏部分)M连通的通道58a。外管道 55的上端没有连接到将被打开的上管板53a。精馏部分59的用以将液体(回流)供应到所述内管道M的液体入口和精馏部分 60的用以从所述内管道M排出蒸汽的蒸汽出口被设置在上通道58a中。提馏部分61的用以将蒸汽供应外管道55的蒸汽入口和提馏部分62的用以从外管道55排出液体的液体出口被设置在外壳51的下部中。在下管板5 下方形成有与内管道M连通的通道58b。外管道55的下端没有连接到将被打开的下管板53b。精馏部分63的用以将蒸汽供应到内管道M的蒸汽入口和精馏部分64的用于从内管道M排出液体的液体出口被设置在下通道58b中。在上述的蒸馏设备中，通过提馏部分56的液体入口供应液体进料，并使液体进料均勻地分布到管单元52的外管道55的上部。在被供应到外管道55的上端的液体进料中， 在外管道55进行分馏时从外管道55下降的液体经由提馏部分62的液体出口被供应到安装在塔外部的再沸器并被再沸腾。通过所述再沸器产生的蒸汽再次从提馏部分61的蒸汽入口进入塔。来自提馏部分61的蒸汽入口的蒸汽被分配到每一个管单元52的外管道55的下表面，并在每一个外管道55中上升。留下的没有被汽化的液体作为塔底部产品被排出。在被分馏时从外管道55上升的蒸汽经由提馏部分57的蒸汽出口流动到压缩机。 通过所述压缩机的蒸汽经由精馏部分63的蒸汽入口进入精馏部分。来自精馏部分63的蒸汽入口的蒸汽从每一个内管道M的下表面上升。在被分馏时上升通过内管道M的蒸汽从每一个内管道讨的上表面离开，并经由精馏部分60的蒸汽出口被供应到塔外部的冷凝器。 来自精馏部分的蒸汽通过冷凝器被全部或部分地冷凝。必要时，冷凝液体的一部分经由精馏部分液体入口 59作为回流被供应到内管道M，而其余部分作为蒸馏产品被排出。在本结构中，发生从精馏部分(内管道54)到提馏部分(外管道55)的能量传递。 因此，在再沸器处供应的热量和在冷凝器处被移除的热量可以被减少，并且能量效率可以非常高。然而，如专利文献1的具有形成为双管道结构的精馏部分和提馏部分的热集成蒸馏设备具有以下1)-6)的问题。1)所述产品不能通过侧切流(side cutting stream)得到。所述侧切是指在蒸馏过程中产品作为中间蒸馏产品被提取直到从塔的顶部获得最终蒸馏物为止。在专利文献1中说明的蒸馏设备中，双管道结构的管单元被设置成彼此接触。此夕卜，外管道和内管道安装有规整填料。因此，没有可以被形成为从每一个管单元的内管道提取任何中间蒸馏产品的管道布置。因此，该结构不能实现侧切。2)其中提供进料流的进料段(stage)不能被优化。这是因为在形成为双管道结构的精馏部分和提馏部分中，其填料高度相等，并且禁止精馏部分和提馏部分的进料段数量的自由设置。3)进料段不能被改变以便满足进料流组成物。这由于其中如幻所述不能自由设置进料段位置的结构。4)不能处理多进料流(多个进料流的接收)。这是由于其中如1)所述没有进料流可以在双管道的中途被供应的结构。5)所述设备的维护是困难的。使用规整填料的管单元被设置成如第一条所描述地彼此密集邻接。这使得不能够完全进入所需的管单元，并且也不能实施对所述管单元的维护。6)精馏部分和使用双管道的提馏部分之间的热交换速率仅取决于蒸馏塔的温度特性，并且在所述提馏部分中不具有用于传热面积的设计的设计自由度。因此，在设备设计时，热交换速率的设计自由度较小。精馏部分和提馏部分之间的热交换速率Q由Q = UXAX ΔΤ表示，其中U是总传热系数，A是传热面积，和ΔΤ是精馏部分和提馏部分之间的温差。在使用双管道结构的 HIDiC中，内管道壁面变成传热面积。该传热面积具有通过双管道的结构确定的固定值。总传热系数还具有通过传热结构和包含在热交换中的流体物理特性确定的固定值。因此，如可以从所述热交换速率公式了解到，所以设计规格的热交换速率可以仅基于精馏部分和提馏部分之间的温差而改变，该温差由精馏部分和提馏部分的操作压力来改变。
技术实现思路
本专利技术提供以下的热集成蒸馏设备以解决上述问题。根据本专利技术的一方面，热集成蒸馏设备包括精馏塔，所述精馏塔包括为用作精馏部分的塔外壳的塔盘部分或填料床部分；提馏塔，所述提馏塔被定位成高于精馏塔，并包括用作提馏部分的塔盘部分或填料床部分；用于连通提馏塔的塔顶部和精馏塔的塔底部的第一管道；和安装在第一管道中间的压缩机，所述压缩机被构造成压缩来自提馏塔的顶部的蒸汽然后将压缩后的蒸汽供给到精馏塔的底部。根据本专利技术的一方面的热集成蒸馏设备进一步包括位于精馏塔的预定段处的热交换器；液体提取单元，所述液体提取单元位于提馏塔的预定段处，并被构造成将来自预定段的液体的一部分提取到塔外。第二管道，所述第二管道用于将液体从所述液体提取单元引入到热交换器；和第三管道，所述第三管道用于将通过第二管道引入的流体引入到热交换器然后将所述流体从热交换器排出到液体提取单元的直接下方的段处。在根据本专利技术的所述方面的热集成蒸馏设备中，流体通过第二管道从提馏塔流动刀精馏塔的热交换器。热量在热交换器中从精馏塔的蒸汽中被移除。然后，热量可以通过第三管道从精馏塔被传递至提馏塔。流体从提馏塔通过重力流动到精馏塔。在所述热交换器中的流体因此被推动以从精馏塔流动到提馏塔。换句话说，该热集成蒸馏设备使用热虹吸系统，由此，不需要诸如泵的压力供给装置将液体从精馏塔供应至在垂直方向上定位在上方的提馏塔。根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：中岩胜，若林敏祐，玉越昭彦，
申请(专利权)人：独立行政法人产业技术综合研究所，东洋工程株式会社，
类型：发明
国别省市：