本发明涉及一种蒸馏装置及其蒸馏方法，更为详细地涉及如下的蒸馏装置及其蒸馏方法：利用从蒸发分离器排放的塔顶蒸气(overheadvapor)的凝结潜热使水蒸发，且对所述蒸发的水蒸气进行压缩，并将压缩后的水蒸气的热量作为用于分离混合物质的蒸发热源来使用，其中在塔顶蒸气流入蒸发器之前通过对其进行(绝热)压缩的方法提高热效率。
背景技术：
蒸馏系统用于对供给原料中存在的混合物质通过沸点差进行蒸发分离。在蒸馏系统的上部，低沸点物质(highvolatilecomponent)蒸发而以塔顶蒸气(overheadvapor)形式被分离；在蒸馏系统的下部，高沸点物质(lowvolatilecomponent)以未蒸馏形式被分离。此时，低沸点物质和高沸点物质可分别为单组分物质，也可分别为双组份以上的混合物。
这种蒸馏系统必须包括用于根据沸点差对物质进行分离的蒸发分离器，蒸发分离器有蒸溜塔(distillationcolumn)、精馏塔(rectificationcolumn)、汽提塔(strippingcolumn)和汽提槽(strippingvessel,stripper)等。
在多种蒸发分离器中，需要提取低沸点物质时使用精馏塔，需要提取高沸点物质时使用汽提塔或汽提槽。汽提塔主要在提取低粘度的高沸点物质时使用，汽提槽在提取高粘度的高沸点物质时使用。
图1为示意地表示以往的蒸馏系统的图。图1的蒸馏系统包括蒸发分离器110，用于供给供给原料；蒸发器130，用于对从蒸发分离器110排放的塔顶蒸气和水进行热交换；凝汽器(未图示)，用于对在蒸发器130中没有凝结的塔顶蒸气进行最终凝结；压缩机140，用于对从蒸发器130蒸发的水蒸气进行压缩；及再沸器(reboiler)150。
对以往蒸馏系统的动作过程进行说明如下。首先，从原料供给部(未图示)向蒸发分离器110供给供给原料。根据蒸发分离器110所要求的温度向再沸器(reboiler)150供给蒸汽时，在供给原料中的低沸点物质蒸发为塔顶蒸气而排放，高沸点物质在下部以凝结液形式被分离。此时，在蒸发分离器110中，只有规定温度以下沸点的低沸点物质以塔顶蒸气的形式被排放，规定温度以上沸点的物质不会以塔顶蒸气的形式被排放。蒸发器130利用塔顶蒸气的凝结潜热对水进行热交换而生成饱和水蒸气。在蒸发器130中生成的饱和水蒸气通过多级机械蒸气压缩机(multi-stagemechanicalvaporrecompression)140后重新被供给作为蒸发分离器110的热源。
如上所述，以往的蒸馏系统利用通过塔顶蒸气的凝结潜热使水蒸发的方法，该系统形成饱和水蒸气并在压缩机140中对所述饱和水蒸气进行压缩后将其作为蒸馏系统的补充热源来使用。即，要求人们致力于提出能够重新使用在蒸馏过程中产生的能量而提高整个蒸馏系统的能源效率的方法。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种蒸馏装置及其蒸馏方法，该蒸馏装置及其蒸馏方法在塔顶蒸气流入蒸发器之前对其进行绝热压缩后，利用压缩后的塔顶蒸气的凝结潜热生成更多量的饱和水蒸气，并将其作为工艺中的能源来应用，从而能够降低工厂锅炉的蒸汽生产量。
本发明所要解决的课题并不局限于以上所提的课题，对于没有提到的其他课题，本发明所属技术领域的技术人员通过下面的记载应能清楚地理解。
上述目的通过本发明的蒸馏系统来实现，所述蒸馏系统利用沸点差将供给原料中存在的混合物质分离为低沸点物质和高沸点物质，所述蒸馏系统包括：蒸发分离器，用于使所述低沸点物质蒸发并以塔顶蒸气(overheadvapor)的形式排放；第一压缩机，用于接收排放的塔顶蒸气，并对其进行绝热压缩；蒸发器，用于接收绝热压缩后的塔顶蒸气，并使从供水源供给的水与压缩后的塔顶蒸气进行热交换，从而使所述水蒸发为水蒸气；及第二压缩机，用于接收蒸发的水蒸气，并对其进行压缩。
在此，优选将在所述第二压缩机中压缩后的水蒸气的热量作为在所述蒸馏系统中用于对所述混合物质进行分离的热源来供给。或者将在所述第二压缩机中压缩后的水蒸气的热量也可作为需要压缩蒸汽的其他工序的热源来使用。
在此，优选所述第一压缩机利用机械蒸气再压缩(mechanicalvaporrecompression)法来对所述塔顶蒸气进行绝热压缩。
上述目的通过本法明的蒸馏系统的蒸馏方法来实现，所述蒸馏系统利用沸点差将供给原料中存在的混合物质分离为低沸点物质和高沸点物质，所述方法包括以下步骤：a、对装有所述混合物质的蒸发分离器进行加热，以使所述低沸点物质蒸发并以塔顶蒸气(overheadvapor)的形式排放；b、第一压缩机接收排放的塔顶蒸气，并对所述塔顶蒸气进行绝热压缩；c、蒸发器接收绝热压缩后的塔顶蒸气，并使水与所述绝热压缩后的塔顶蒸气进行热交换，从而使所述水蒸发为水蒸气；及d、第二压缩机接收蒸发的水蒸气，并对所述水蒸气进行压缩。
此外，在所述d步骤后，可进一步包括：e、将所述压缩后的水蒸气的热量作为在所述蒸馏系统中用于对所述混合物质进行分离的热源来供给。或者将压缩后的水蒸气的热量也可作为需要压缩蒸汽的其他工序的热源来使用。
根据如上所述本发明的蒸馏装置及其蒸馏方法，可通过在塔顶蒸气流入蒸发器之前对其进行绝热压缩后，利用压缩后的塔顶蒸气的凝结潜热生成饱和水蒸气，并对生成的饱和水蒸气进行压缩的方法来增加压缩蒸汽的供给量，因此具有能够降低工厂锅炉的蒸汽生产量的优点。
附图说明
图1为示意地表示以往蒸馏系统的图。
图2为示意地表示本发明一实施例的蒸馏系统的图。
图3为关于表1及表3示意地表示数据计算位置的以往蒸馏系统的图。
图4为关于表2及表4示意地表示数据计算位置的本发明一实施例的蒸馏系统的图。
图5为本发明一实施例的蒸馏方法的顺序图。
具体实施方式
在对本发明进行说明之前需要说明的是，在多个实施例中，对于具有相同结构的构件使用相同的附图标记，并在第一实施例中进行代表性的说明，在其他实施例中针对与第一实施例不同的结构进行说明。
下面，参照附图对本发明第一实施例的蒸馏装置及其蒸馏方法进行详细说明。
图2为示意地表示本发明一实施例的蒸馏系统的图。
本发明一实施例的蒸馏系统可包括蒸发分离器110、第一压缩机120、蒸发器130及第二压缩机140。
蒸发分离器110为接收由混合物质构成的供给原料并分离为低沸点物质和高沸点物质的装置。蒸发分离器110可从再沸器(reboiler)150接收热量，此时由于因再沸器150而加热蒸发的下部高沸点物质持有的热量，在混合物质中的低沸点物质蒸发并以塔顶蒸气(overheadvapor)的形式排放。
虽然在附图中只表示一个蒸发分离器110，但已公知的结构中还有利用多个蒸发分离器的结构，当然对其能够适用本发明的技术思想的特征。
第一压缩机120对从蒸发分离器110排出的塔顶蒸气在流入蒸发器130之前进行绝热压缩。此时，塔顶蒸气的压力上升的同时温度也上升。本发明中的第一压缩机120可由利用机械蒸气再压缩(mechanicalvaporrecompression：mvr)法来对塔顶蒸气进行绝热压缩的结构来构成。
蒸发器130利用在第一压缩机120中绝热压缩后的塔顶蒸气的凝结潜热，对水进行热交换，从而生成饱和水蒸气。具体地，从额外的供水源(未图示)向蒸发器130供给水，并根据所要求的温度和压力对所供给的水进行蒸发，饱和水蒸气通过第二压缩机140被压缩到蒸发分离器110所要求的温度和压力。未凝结的塔顶蒸气重新被循环供给到蒸发器130，凝结后的塔顶蒸气可向蒸发器130外部排放。此外，在蒸发器130中蒸发的饱和水蒸气将通过第二压缩机140。
第二压缩机140将蒸发器130中生成的饱和水蒸气压缩到蒸发分离器110所要求的温度及压力。第二压缩机140可被构造为利用多个机械蒸气再压缩法进行多级压缩。
另外，作为采用机械蒸气再压缩法的装置可采用高速涡轮压缩机或低速送风离心压缩机等。当采用送风离心压缩机时，送风离心压缩机为10000rpm以下的低速送风离心压缩机且价格低廉，由于其低速运行，因此具有即便长时间运行也能稳定运行而不损坏压缩机的优点。但是，送风离心压缩机为10000rpm以下，优选为4000～7000rpm的低速压缩机，因此与高速涡轮压缩机相比压缩比较低，因此为了补偿较低的压缩比，可由多个送风离心压缩机来构造。即根据规定的压缩比，在多个送风离心压缩机中多级压缩凝结蒸发器130中饱和的饱和水蒸气。
虽然图2中的第二压缩机140以多级低速送风离心压缩机为例进行了说明，但是第二压缩机140只要能够按照蒸发分离器110或其他工序中要求的温度及压力对蒸发器130中生成的饱和水蒸气进行压缩，就并不一定局限于低速送风离心压缩机。
在蒸发器130中蒸发的饱和水蒸气根据规定的压缩比(例如，1.3～1.4的压缩比)在各压缩机140中依次被多级绝热压缩成饱和水蒸气，通常在各级中大约可升温8～13℃，在四级的情况下大约可升温40～50℃。
此外，在各压缩机140中压缩饱和水蒸气时，压缩后的饱和水蒸气的温度会过高，因此需要一种向各压缩机140供给规定的冷凝水而去除过高温度的降温处理(desuperheating)，由此在各级中得到进一步的饱和水蒸气，因此能够在各级中增加若干量的饱和水蒸气。
通过第二压缩机140被压缩的水蒸气被供给到再沸器150，并作为蒸发分离器110的热源或作为其他工序的热源来使用。
如上所述，蒸发分离器110中有蒸溜塔、精馏塔、汽提塔及汽提槽等，一般来讲精馏塔的塔顶蒸气由各种烃来构成，汽提塔和汽提槽的塔顶蒸气由各种烃和水分来构成。
根据对混合气体的达尔顿(dalton)定律，各气体与其在混合气体的摩尔(mole)质量中所占的摩尔分率成比例地构成分压，且各分压之和等于混合气体的全压。根据该定义，决定各气体的分压。
关于塔顶蒸气的排放温度，各气体的温度均相同。但是，关于塔顶蒸气的排放压力，因为各气体的摩尔分率所决定的分压，各气体的压力并不相同。在蒸发器130中利用塔顶蒸气的凝结潜热生成饱和水蒸气时，从像水一样饱和蒸气压较低的气体即凝结温度高的气体开始凝结，并且因凝结而减小气体体积，同时相应地减小该气体的分压，进而与该减小的分压相应地提升其他气体的分压，以导致其他气体的凝结，最终导致饱和蒸气压最高的气体在最低温度下最终凝结。经过这种步骤凝结所有塔顶蒸气。
在本发明中，可通过一次压缩机120来提升塔顶蒸气的压力，从而提升在蒸发器130中凝结的最终分压。因此，能够在更高的温度下凝结更多量的塔顶蒸气的同时提高水蒸气的蒸发温度，因此具有能够减少二次压缩机级数的同时还能优化耗电来设计的优点。
下面，对如本发明那样操作方式为塔顶蒸气流入蒸发器130之前被第一压缩机120压缩的蒸馏系统和以往的塔顶蒸气未经压缩而直接流入蒸发器13的蒸馏系统进行比较，并对模拟的结果进行分析。
图3为关于表1及表3示意地表示数据计算位置的以往蒸馏系统的图；图4为关于表2及表4示意地表示数据计算位置的本发明一实施例的蒸馏系统的图。
图中表示的1、2、3、4及5分别表示下表中的数据值的计算位置。
1、塔顶蒸气由水蒸气(water)和甲醇(methanol)来构成的情况
<表1>和<表2>分别表示在上述以往的蒸发系统和本发明的蒸发系统中，图中表示的各位置上的蒸馏数据。分别表示塔顶蒸气由水蒸气和甲醇来构成的情况。
【表1】
<表1：以往技术>
【表2】
<表2：本发明>
在<表1>和<表2>中，1号数据为通过蒸发分离器110排放的塔顶蒸气的数据，塔顶蒸气由水蒸气(water)和甲醇来构成。水蒸气和甲醇分别以16,000(kg/h)及4,000(kg/h)的量从蒸发分离器110排放，压力及温度条件也分别相同。在<表2>中，2号数据为通过本发明一实施例的第一压缩机120后的塔顶蒸气，可知通过第一压缩机120的绝热压缩，压力从1.0bara上升到1.25bara，温度从76.6℃上升到99.4℃。因此，本发明的特征在于，从蒸发分离器110排放的塔顶蒸气通过第一压缩机120被初步压缩后流入蒸发器130。
在<表1>和<表2>中，4号数据表示通过蒸发器130且利用塔顶蒸气的凝结潜热对水进行蒸发而蒸发的饱和水蒸气的数据。从表可知，<表1>和<表2>中具有相同的压力和温度，以往通过蒸发器130生成的饱和水蒸气的量为4,400(kg/h)，而本发明中生成的饱和水蒸气的量为11,800(kg/h)，远远多于前者。通过第二压缩机140最终压缩后的饱和水蒸气的量分别显示为4,940(kg/h)和13,250(kg/h)。此外可知，以往的蒸发系统和本发明的蒸发系统使用了相同的蒸发器130，因此热交换面积相同，即使如此，通过第一压缩机120的压缩，lmtd(logmeantemperaturedifference：对数平均温差)具有较大差异。
2、塔顶蒸气由多种不同物质(水(water)、α-表氯醇(alpha-epichlorohidrin)、二氯醇(dichlorohydrin)、三氯丙烷(trichloropropane))构成的情况
<表3>和<表4>分别表示以往的蒸发系统和本发明的蒸发系统中的蒸馏数据。
【表3】
<表3：以往技术>
【表4】
<表4：本发明>
在<表3>和<表4>中，1号数据为通过蒸发分离器110排放的塔顶蒸气的数据，塔顶蒸气由水蒸气(water)和α-表氯醇、二氯醇、三氯丙烷来构成，包括压力及温度条件在内的所有数据都相同。在<表4>中，2号数据为通过本发明的第一压缩机120后的塔顶蒸气的数据，可知通过第一压缩机120的压缩，压力从0.406bara上升到0.50bara，温度从74.0℃上升到94.6℃。
在<表3>和<表4>中，4号数据表示通过蒸发器130蒸发的饱和水蒸气的数据。从表可知，在以往的蒸馏系统中生成的饱和水蒸气的量为10,000(kg/h)，而本发明的蒸馏系统中生成的饱和水蒸气的量为16,250(kg/h)，远远多于前者。可知通过第二压缩机140最终压缩后的饱和水蒸气量分别显示为11,000(kg/h)和18,000(kg/h)。
如在前面参照<表1>至<表4>所述，可知如本发明那样塔顶蒸气流入蒸发器之前对其进行绝热压缩而生成的饱和水蒸气的量远远多于以往。
接下来，对本发明一实施例的的蒸馏系统的蒸馏方法进行说明。
图5为本发明一实施例的蒸馏方法的顺序图。
首先，利用从额外的蒸气供给部供给的热能对蒸发分离器110中的供给原料进行加热，以使低沸点物质蒸发并以塔顶蒸气的形式排放(s210)。接下来，第一压缩机120对从蒸发分离器110排放的塔顶蒸气在流入蒸发器130之前进行绝热压缩(s220)。此外，通过第一压缩机120被绝热压缩的塔顶蒸气流入蒸发器130，通过利用塔顶蒸气的凝结潜热对从额外的供水源(未图示)供给的水进行热交换的方法，使水蒸发为水蒸气(s230)。从蒸发器130蒸发的饱和水蒸气通过第二压缩机140被压缩(s240)，此时优选可通过利用机械再压缩(mechanicalvaporrecompression)法的压缩机140来多级压缩。通过第二压缩机140压缩后的水蒸气可作为在蒸馏系统中用于分离混合物质的热源来供给(s250)。例如，可作为通过再沸器150对蒸发分离器110进行加热的热源来使用，或者也可在需要压缩蒸汽的其他工序中使用。
本发明的权利范围并不限于上述实施例，在所附的权利要求书的范围内可由多种形式的实施例实现。在不脱离权利要求书所要求保护的本发明精神的范围内，本发明所属技术领域的技术人员均能变形的各种范围也属于本发明的权利要求书所记载的范围内。