近沸點物系循環雙效精餾設計方法與流程
2023-05-26 02:16:36 2
本發明屬於化學工程領域，涉及化工工業中近沸點物系精餾分離操作設計方法。
背景技術：
精餾是工業中分離液液均相混合物的一種重要單元操作，它是現代化工工業中最為成熟並且應用最為廣泛的分離技術。但是精餾操作往往耗能巨大，且精餾塔及其附屬設備製造安裝也十分昂貴。高能耗與高投資在精餾分離近沸點物系上尤為凸顯。由於近沸點物系中各組分之間的相對揮發度較小，常規精餾塔分離往往需要很高的理論板數，造成精餾塔過高，製造及安裝成本較大，且安全性能較差。同時，近沸點物系的高分離難度造成精餾塔塔底再沸器蒸汽耗量增加，設備操作費用也相應增加。
除了常規精餾以外，萃取精餾和膜精餾也經常用於分離近沸點物系，但這類操作往往需要引進分離介質(萃取劑和分離膜)。一般來說，不同物系需要不同的分離介質，目前還沒有具有普適性的分離介質。經常出現的情況是找不到一種合適的分離介質來增大待分離物系的相對揮發度(如甲基環戊烷/環己烷；甲基三氯矽烷/二甲基氯矽烷；異丁醇/正丁醇等)以降低分離難度。
技術實現要素：
本發明專利針對常規精餾塔的不足之處，提供一種結構緊湊、投資量較少、能耗低且便於工廠應用的針對分離近沸點物系的循環雙效精餾設計方法，以解決常規精餾塔應用中的技術瓶頸。通過採用該方案，可以實現設備投資和能量消耗的降低，安全性能提高等優勢。本發明的技術方案如下：
一種近沸點物系循環雙效精餾設計方法，包括：構建精餾系統，包括泵(1)、高壓精餾塔(2)、高壓精餾塔再沸器(3)、冷熱物流換熱器(4)和低壓精餾塔(5)、低壓精餾塔冷凝器(6)，待精餾的原始進料與來自低壓精餾塔(5)塔頂的循環物流相混合，通過泵(1)加壓進入高壓精餾塔(2)，高壓精餾塔設計要求只保塔頂，而不對塔底進行分離要求設置；由冷熱物流換熱器(4)作為低壓精餾塔塔底再沸器和高壓精餾塔的冷凝器，高壓精餾塔(2)塔頂產品為低壓精餾塔塔底再沸器提供能量以保證其正常操作；高壓精餾塔塔底物流經過高壓精餾塔再沸器(3)後進入低壓精餾塔(5)；低壓塔設計要求只保塔底，即只有塔底滿足分離要求。
作為優選方式，通過控制低壓精餾塔塔頂的循環物流的循環流量，使得低壓精餾塔塔頂分離至與原始進料組成相同，以保證精餾系統不發生返混現象。
原始進料可以為甲基三氯矽烷/二甲基氯矽烷(me1/me2)，高壓精餾塔的塔頂壓力為210-230kpa，塔頂溫度為90-96℃；低壓精餾塔的塔頂壓力為100-120kpa，塔頂溫度為68-74℃。原始進料可以為甲基環戊烷/環己烷(mcp/ch)，高壓精餾塔2的塔頂壓力為230--250kpa，塔頂溫度為99-105℃；低壓精餾塔的塔頂壓力為100-120kpa，塔頂溫度為68-74℃。原始進料可以為異丁醇/正丁醇，高壓精餾塔2的塔頂壓力為260--280kpa，塔頂溫度為134-140℃；低壓精餾塔的塔頂壓力為100-120kpa，塔頂溫度為68-74℃。
附圖說明
圖1：本發明的循環雙效精餾設計方案(1—泵；2—高壓精餾塔；3—高壓精餾塔再沸器；4—冷熱物流換熱器；5—低壓精餾塔；6—低壓精餾塔冷凝器)
圖2：實施例1的主要操作參數示意圖。
圖3：實施例2的主要操作參數示意圖。
圖4：實施例3的主要操作參數示意圖。
具體實施方式
本發明的循環雙效精餾設計方案的簡圖如圖1所示。近沸點物系a/b其中a為輕組分，b為重組分與來自低壓精餾塔5塔頂的循環物流相混合，通過泵1加壓進入高壓精餾塔2。高壓精餾塔設計要求「只保塔頂」，而不對塔底進行分離要求設置。由於該塔在高壓下操作，高壓塔塔頂產品可以為低壓塔塔底再沸器提供能量以保證低壓塔的正常操作。這種精餾模式構成「雙效精餾」。冷熱物流換熱發生在冷熱物流換熱器4中，該換熱設備既是高壓塔的冷凝器又是低壓塔的再沸器。隨後，高壓塔塔底物流進入低壓塔。低壓塔設計要求「只保塔底」，即只有塔底滿足分離要求。通過控制循環流量，使得低壓塔塔頂分離至與原始進料組成相同，以保證精餾系統不發生返混現象。高壓塔能量輸入以及低壓塔能量輸出分別發生在高壓精餾塔再沸器3和冷熱物流換熱器4中。
具體實施方式應針對不同工廠的實際需求而定。若涉及新工廠設計問題，則可在初步設計中考慮使用循環雙效精餾方案。若涉及舊工廠改造，則應全面考察循環雙效的可行性。一般來說，通過適當改變塔內件，現場可以將已存在的常規精餾塔改造成該專利提到的高壓塔或低壓塔。常規精餾塔的再沸器和冷凝器可以改造利用，同時需要增加一個新的換熱器來實現冷熱物流交換(即設備(4)的功能)。實際應用中，可利用工廠停工期來實現改造設計。
【實施例1】
某裝置採用如圖1所示的新型循環雙效精餾設計方案，原料為等摩爾流率的甲基三氯矽烷/二甲基氯矽烷(me1/me2)，總流量為1000kmol/h，塔2塔頂物流出口和塔5塔底物流出口流率均設置為500kmol/h，me1和me2的分離要求為摩爾分數達到99.9％，主要操作參數如圖2所示，主要操作條件及消耗見表1。
【實施例2】
某裝置採用原料等摩爾流率的甲基環戊烷/環己烷(mcp/ch)，總流量為1000kmol/h，塔2塔頂物流出口流率為500kmol/h，mcp摩爾分數為99.9％，塔5塔底物流出口流率為500千摩爾/小時，ch摩爾分數為99.9％。主要參數如圖3所示，主要操作條件及消耗見表2。
【實施例3】
某裝置採用如圖1所示工藝，原料摩爾組成為(異丁醇/正丁醇)各佔0.5，總流量為1000kmol/h，塔2塔頂物流出口流率為500kmol/h，異丁醇摩爾分數為99.9％，塔5塔底物流出口流率為500kmol/h,正丁醇摩爾分數為99.9％。主要參數如圖4所示，主要操作條件及消耗見表3。
表1循環雙效精餾與常規精餾塔比較(me1/me2)
表2循環雙效精餾與常規精餾塔比較(mcp/ch)
表3循環雙效精餾與常規精餾塔比較(異丁醇/正丁醇)