本发明涉及一种热泵精馏系统与方法及在乙醇回收中的应用,属于热泵精馏领域。
背景技术：
乙醇是重要的工业生产原料，其用途非常广泛，可以用于有机合成的原料，各种化合物的结晶；洗涤剂；萃取剂；食用酒精可以勾兑白酒；用作粘合剂；硝基喷漆；清漆、化妆品、油墨、脱漆剂等的溶剂以及农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料、还可以做防冻剂、燃料、消毒剂等。75%的乙醇溶液常用于医疗消毒。
在实际工业过程当中，由于乙醇的优良性质，其常常作为溶剂使用。乙醇作为反应溶剂有一下几点优势：1.乙醇无毒、无腐蚀性；2.乙醇能够溶解许多无机物和大多数有机物，无机盐包括硝酸铜、硝酸铝、硝酸鈰等等；3.乙醇与常用无极溶剂水比较具有较低的沸点、较低的粘度和较低的表面张力，并且离子强度也很低，对某些反应具有比水优越的地方。一般情况下，作为溶剂使用的乙醇浓度为90%-95%。
在生产过程中，乙醇溶剂的回收往往采用精馏的方式，由于乙醇溶剂浓度要求不高，故多采用单塔精馏在塔顶采出浓度为90%-95%的乙醇溶液。由于传统精馏工艺是一个高能耗的操作单元，故溶剂回收单元在整个工艺流程的能耗中占据了很大的比例。如何降低乙醇溶剂回收过程中的能耗成为一个重要的研究课题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种热泵精馏系统与方法及在乙醇回收中的应用，降低传统生产过程中的能耗。
一种热泵精馏系统，其特征在于：由精馏塔、蒸汽压缩机、再沸器、预热器组成；所述精馏塔具有进料口、塔顶回流口、塔顶蒸汽出口、塔釜出口、塔底蒸汽进口；进料经过预热器的冷侧后与精馏塔的进料口相连，精馏塔的塔顶蒸汽出口依次经过蒸汽压缩机、再沸器的热侧、预热器的热侧后分成两路，一路作为塔顶出料，一路与精馏塔的塔顶回流口相连；塔釜出口分成两路，一路经过再沸器的冷侧后与精馏塔的塔底蒸汽进口相连，一路排出塔底重组分。
所述热泵精馏系统的精馏方法，其特征在于包括以下过程：进料经预热器升温进入精馏塔中，主要的分离任务在精馏塔内完成，塔顶乙醇蒸汽经压缩机升温升压后变成高温高压气体，压缩后蒸汽进入再沸器热侧与塔釜液相换热后，冷凝为液相，该液相经预热器热侧，预热原料后，一部分作为塔顶出料，一部分作为塔顶回流；塔釜出口分为两路，一路经过再沸器的冷侧蒸发为气相进入塔底，一路作为塔底重组分出料。
所述热泵精馏系统，其特征在于：所述精馏塔为板式或填料塔。
所述热泵精馏系统，其特征在于：所述的蒸汽压缩机，可以为罗茨式、离心式、双螺杆等形式。
所述热泵精馏系统，其特征在于：所述的再沸器其形式可以为板式换热器，强制循环换热等方式。
所述热泵精馏方法的在乙醇回收中的应用，其特征在于：所述精馏塔操作压力为50kPa—300kPa，回流比为0.5—4；所述的蒸汽压缩机的，压缩比为1.5—8。
本发明的优点在于：利用热泵精馏作为乙醇溶剂回收方式，与传统精馏方式相比，可以节约大量冷凝水和蒸汽的消耗，能耗约为传统精馏的40%，可大大降低操作费用。符合企业节能降耗的要求。
附图说明
图1-热泵工艺流程图；
图2-原有精馏流程图；
图3-本发明与传统精馏系统操作费用比较图；
图中标号名称:1-精馏塔塔体；2-压缩机；3-再沸器；4-预热器；5-塔顶乙醇蒸汽；6-压后乙醇蒸汽；7-塔顶出料；8-塔顶回流；9-塔釜出料；10-进料；11-冷凝器；12-冷凝水；13-蒸汽。
具体实施方式
下面结合附图对进行说明：
实施实例1
现某单位需要将60%的乙醇水溶液中的乙醇回收，要求乙醇浓度大于92%，处理量为10t/h。
一种乙醇溶剂回收热泵精馏工艺，主要由精馏塔1、压缩机2、再沸器3和预热器4组成。
所述的精馏塔1采用填料塔，主要分离任务在塔内完成，塔顶采出92%浓度的乙醇蒸汽5，乙醇蒸汽经过蒸汽压缩机2升压升温，压缩后的乙醇蒸汽6作为再沸器3的热源，经再沸器换热后，乙醇蒸汽冷凝为乙醇溶液，该液相经预热器4预热原料后，一部分作为回收溶剂出料7，浓度为92%，一部分作为精馏塔的回流液8，塔釜采出废水10。
所述的精馏塔1操作压力为101kPa，塔顶乙醇蒸汽5温度为78.2℃，回流比为1.1。
所述的蒸汽压缩机压缩比为3，压缩机排气压力为300kPa，温度为109℃。
所述的预热器为原料预热器，原料（10）被乙醇蒸汽冷凝液预热至接近泡点。
所述的再沸器为塔顶压缩蒸汽（6）与塔釜液相换热场所，塔釜温度为101℃。
与传统精馏系统（附图2）相比较，采用热泵精馏系统可节约蒸汽6.7t/h，循环水550t/h（32℃—38℃），增加电力消耗436kW。以现行价格计算，蒸汽160元/t，循环水0.2元/t，电费0.8元/度，二者年操作费用比较如图3（每年运行时间按8000h计算）：
从图3可以看出，对于10t/h产能的乙醇溶剂回收装置，采用热泵精馏每年的操作费用较传统精馏节约660余万元，大大的节约了企业的投资，降低了能耗。
实施实例2
某药厂以乙醇作为溶剂制取药品，采用精馏的方式将乙醇溶剂回收，要求塔顶乙醇浓度高于95%，处理量为5t/h，其中乙醇含量为70%。
一种乙醇溶剂回收热泵精馏工艺，主要由精馏塔1、压缩机2、再沸器3和预热器4组成。所述的精馏塔1采用填料塔，主要分离任务在塔内完成，塔顶采出95%浓度的乙醇蒸汽5，乙醇蒸汽经过蒸汽压缩机2升压升温，压缩后的乙醇蒸汽6作为再沸器3的热源，经再沸器换热后，乙醇蒸汽冷凝为乙醇溶液，该液相经预热器4预热原料后，一部分作为回收溶剂出料7，浓度为95%，一部分作为精馏塔的回流液8，塔釜采出废水10。
所述的精馏塔1操作压力为300kPa，回流比为4，塔顶温度为109℃。
所述的蒸汽压缩机2压缩比为1.5，压缩机排气压力为450kPa，温度为121℃。
所述的预热器为原料预热器，原料10被乙醇蒸汽冷凝液预热至接近泡点。
所述的再沸器为塔顶压缩蒸汽6与塔釜液相换热场所，塔釜温度为113℃。
采用乙醇热泵精馏工艺，可减少5.5t/h蒸汽消耗，可降低近30%的操作费用。
实施例3
某工厂以乙醇为溶剂生产某热敏性产品，要求在塔釜较低温度下回收乙醇，故需要对精馏系统减压操作。其处理量为2t/h，其中乙醇含量为85%，要求塔顶乙醇浓度大于90%。
一种乙醇溶剂回收热泵精馏工艺，主要由精馏塔1、压缩机2、再沸器3和预热器4组成。所述的精馏塔1采用填料塔，主要分离任务在塔内完成，塔顶采出90%浓度的乙醇蒸汽5，乙醇蒸汽经过蒸汽压缩机2升压升温，压缩后的乙醇蒸汽6作为再沸器3的热源，经再沸器换热后，乙醇蒸汽冷凝为乙醇溶液，该液相经预热器4预热原料后，一部分作为回收溶剂出料7，浓度为90%，一部分作为精馏塔的回流液8，塔釜采出废水10。
所述的精馏塔1操作压力为50kPa，回流比为0.5，塔顶温度为61℃。
所述的蒸汽压缩机2压缩比为8，压缩机排气压力为400kPa，温度为118℃。
所述的预热器为原料预热器，原料10被乙醇蒸汽冷凝液预热至接近泡点。
所述的再沸器为塔顶压缩蒸汽6与塔釜液相换热场所，塔釜温度为110℃。
采用热泵精馏工艺，可使该工况节约蒸汽1t/h，大大降低了操作费用。