專利名稱：物質(zhì)混合物的蒸餾方法及實現(xiàn)該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液態(tài)或液化態(tài)物質(zhì)混合物的蒸餾，例如，在酒精工業(yè)中從酒精中去除雜質(zhì)，在微生物學(xué)中制備純凈液體，在制藥工業(yè)中、農(nóng)業(yè)中處理液體廢物和污水，以及在石油化學(xué)中等皆有應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在工業(yè)規(guī)模的塔中，蒸餾過程在專門的接觸裝置中實現(xiàn)，例如塔板，填料或薄膜式裝置，在這些裝置上進行被分離物質(zhì)的傳質(zhì)，即在共存的汽相和沸騰液體之間發(fā)生相互作用。將初始的物質(zhì)混合物加熱并作為原料混合物送入蒸餾設(shè)備的一個接觸裝置中。蒸汽沿設(shè)備上升，液體流入它的底部。
蒸汽相繼通過這些接觸裝置，逐步富集揮發(fā)物質(zhì)，貧化重物質(zhì)(按揮發(fā)性)而液體則相反。為此必須進行兩種基本過程，即所需物流的連續(xù)運動(通常是沿高度方向的逆流運動)及在接觸裝置中的有效傳質(zhì)。在接觸裝置中共存相有足夠長的接觸的條件下，可達(dá)到物質(zhì)的最大可能的富集和貧化，這種狀態(tài)可稱為“熱力學(xué)相平衡”并由物質(zhì)在汽相和液體中的化學(xué)勢相等為特征。在實際條件下，共存相的接觸時間有限，因此離開接觸裝置的物流不呈平衡狀態(tài)。在多數(shù)的實際使用接觸裝置中汽相的停留時間特別有限，它決定于蒸汽氣泡的飄浮時間。因此接觸裝置中共存相的單次接觸不能保證足夠的傳質(zhì)，將離開接觸裝置的液體和蒸汽物流循環(huán)以增加接觸時間，從而增加相同傳質(zhì)。將按蒸汽流方向離開最上一個接觸裝置的蒸汽的冷凝液的一部分循環(huán)到位于進料點上游的精餾段上，即將這部分富集揮發(fā)物質(zhì)的冷凝液重新送入最上一個接觸裝置作回流液。在位置低于進料點的精餾段上，將按液流方向離開最下一個接觸裝置的液體的蒸汽返回到這部分塔體中，這樣就在設(shè)備中實現(xiàn)了液體和蒸汽物流的逆流運動。
這樣，籍助于上述的液體和蒸汽的循環(huán)就可解決最大限度地增加接觸裝置中共存的液相和汽相的接觸時間的問題，從而保證接觸裝置中物質(zhì)之間的有效傳質(zhì)。
提餾段的作用是分離富集重物質(zhì)的釜底產(chǎn)品，部分釜液蒸發(fā)又變成富集重物質(zhì)的蒸汽。
蒸汽連續(xù)通過接觸裝置，逐步貧化重物質(zhì)同時富集輕物質(zhì)。這樣富輕物質(zhì)的部分產(chǎn)品在精餾段頂部再循環(huán)，而富集重物質(zhì)的部分產(chǎn)品在提餾段底部再循環(huán)。相間的傳質(zhì)在兩個平行的過程中實現(xiàn)，即液體的部分蒸發(fā)和蒸汽的部分冷凝。
液體的路程比蒸汽的路程長得多。因此必須增加蒸汽在接觸裝置上的停留時間，這通常籍助于回流液(送入全部接觸裝置的液體)的再蒸發(fā)來實現(xiàn)。
逆流運動所必需的蒸汽和液體的物流量由初始混合物中揮發(fā)組分和重組分的比例和蒸餾分離產(chǎn)品的技術(shù)條件決定。
在已知的方法中，初始原料混合物在換熱器中加熱到沸騰溫度(通常比沸騰溫度低幾度)，再將預(yù)熱的液體送入提餾段頂部的塔板。
精餾段所需的液體量相當(dāng)于進入塔頂塔板的回流液量，而提餾段加入的是料液。相間的傳質(zhì)在絕熱條件下進行，該過程同樣受熱力學(xué)相平衡條件決定。兩段中的蒸汽量實際上是恒定的(稍有偏小與偏離絕熱條件有關(guān)，而在提餾段則與料液的欠熱有關(guān))。塔的兩段中蒸汽和液體的恒定流量限制了各個接觸裝置為實現(xiàn)其最佳循環(huán)的選擇，因為即使段中所有接觸裝置中只有一個出現(xiàn)了較為復(fù)雜的傳質(zhì)條件，都需采用循環(huán)物流的最大值。
這樣，最大可能的回流量送入該段頂部的接觸裝置，相應(yīng)地在塔底部的接觸裝置則送入能使回流液中揮發(fā)物質(zhì)再蒸發(fā)所需的最大的蒸汽量。
現(xiàn)有技術(shù)中已知，由于設(shè)置附加料液導(dǎo)入口或分離產(chǎn)品的附加導(dǎo)出口的方法，可將一個塔分成若干個精餾段和提餾段，而且向每個該段的頂部送入其回流液，回流液量對每個段的所存接觸裝置是恒定的。
從上所述可以看出，已知的方法解決所提問題的手段只有一個，即將部分蒸餾產(chǎn)品以回流液形式循環(huán)，部分釜底產(chǎn)品以蒸汽形式循環(huán)。
已知方法的缺點是蒸餾能耗大，能耗與被分離物質(zhì)從液相到汽相，或相反從汽相到液相的相轉(zhuǎn)換有關(guān)，缺點還在于必須按下列方式進行上述循環(huán)，即由塔段的所有接觸裝置中的最大值決定蒸餾過程的頂端產(chǎn)品的回流量和底部產(chǎn)品的蒸發(fā)量。
此外，蒸汽流和液體流方向在各段之間的嚴(yán)格連接會在提餾段發(fā)生液體過載，而在精餾段則發(fā)生蒸汽過載。這就會提高設(shè)備的制造費用和增加過程控制的復(fù)雜性。
在現(xiàn)有技術(shù)中曾經(jīng)提出從水性介質(zhì)中蒸餾揮發(fā)物質(zhì)的系統(tǒng)和方法，其中的蒸餾塔裝有接觸裝置(美國專利N4783242，B01D，1988)。
離開底接觸裝置的液體送入分離器，分離器連接熱壓縮機，后者有加熱蒸汽供應(yīng)。由于加熱蒸汽的熱壓縮在分離器中造成的壓力降使液體發(fā)生蒸發(fā)。生成的富集揮發(fā)組分的蒸汽與加熱蒸汽一起進入熱壓縮機中，并返回底接觸裝置。余下的液體分成兩個部分，一部分送入冷凝器，并在被離開頂接觸裝置的蒸汽加熱后返回分離器，即是說，將該液體用作冷凝器的冷劑，因此回收了蒸汽熱量。另一部分液體為純凈水，它從分離器中作為釜底產(chǎn)品流出。
這樣，可實現(xiàn)底接觸裝置的重組分的循環(huán)并籍助以蒸汽循環(huán)中的熱壓縮節(jié)省了部分熱量。
這種方法的固有缺點在于采用普通的方法實現(xiàn)塔內(nèi)基本物流的循環(huán)，即將標(biāo)準(zhǔn)回流量送入頂接觸裝置和將標(biāo)準(zhǔn)量蒸汽送入底接觸裝置，它是利用離開塔最后接觸裝置的物流相變的標(biāo)準(zhǔn)流程，這些都會使能耗增加。
最接近本發(fā)明的是用在化學(xué)、石油加工和食品工業(yè)中分離液體的傳質(zhì)設(shè)備中的物流設(shè)計方法，(俄國專利No 201661，B01D3/00，1994)。
在該方法中，蒸汽和液體在接觸裝置上發(fā)生逆流接觸。部分物流旁路過一個或若干個接觸裝置然后在蒸汽物流的方向與主物流混合，物流分開與混合的過程沿設(shè)備的高度進行若干次。一般說來，這種措施能沿主物流方向調(diào)節(jié)必需的蒸汽物流來降低塔的蒸汽過載并可選擇最佳的塔截面。
但要實現(xiàn)該方法耗能很大，因為再循環(huán)送入橫過其路徑的不同的傳質(zhì)裝置的蒸汽時，必需按常規(guī)量返回回流液，然后再蒸發(fā)以去除揮發(fā)性組分。
同時已知裝有任何一種已知類型的接觸裝置的物傳質(zhì)裝置(蘇聯(lián)發(fā)明者證書1777921，B01D3/22，1992)。
為了強化接觸裝置中的傳熱和傳質(zhì)過程，將氣流分成幾個部分，然后與整個液流在接觸裝置上進行接觸，該接觸裝置裝有架空管，經(jīng)過這些架空管送來小部分蒸汽。該架空管成對地連接通過帶有縫隙噴嘴的小室，以確保液體的蒸汽在接觸裝置中更好的接觸。
雖然這種接觸設(shè)備的結(jié)構(gòu)能夠強化傳熱傳質(zhì)過程，但基本上不能減少過程的能耗，因為它同樣要求將常規(guī)數(shù)量的回流液返回塔內(nèi)，并將其重新蒸發(fā)。
發(fā)明概述本發(fā)明之目的在于提供以最小能耗運行的蒸餾方法和實現(xiàn)這種方法的裝置。此外，實施本發(fā)明可通過選擇不同塔段的最佳截面使塔段保持最佳的液體和蒸汽物流從而減小裝置的尺寸。
這里所提的物質(zhì)混合物的蒸餾方法包括將混合物送入裝有使液體和蒸汽相互作用的接觸裝置的蒸餾塔。揮發(fā)物的蒸汽從塔頂導(dǎo)出，而難揮發(fā)物質(zhì)在釜底沸騰，并將生成的蒸汽送入塔底。而且將從一個接觸裝置導(dǎo)出的部分蒸汽返回到至少一接觸裝置的蒸汽流或液體流中，這些裝置位于主蒸汽物流方向的上游和/或?qū)⒉糠终羝祷赝唤佑|裝置的液體物流液面之下，返回位置在主蒸汽物流方向上該部分蒸汽導(dǎo)出點的上游。返回塔內(nèi)的部分蒸汽不全部冷凝，即未完全相變?yōu)橐后w。
返回到第n級接觸裝置的蒸汽量V1占第n級接觸裝接觸裝置蒸汽總重Vn的0.30-0.95。該比值是從實驗結(jié)果中得出的，并取決于第n級接觸裝置中處于平衡的液體溫度和蒸汽溫度的差值。
從接觸裝置出來的蒸汽或至少返回到位于該蒸汽流方向上游的接觸裝置的部分蒸汽受到部分冷凝，而冷凝液可返回到位于蒸汽方向上游的接觸裝置。
在某些情況下，初始混合物在送入蒸餾塔前在煮沸器中煮沸，并分別將蒸汽和液體物流送入塔內(nèi)。
從接觸裝置出來的部分液體可返回到位于液流方向上方的接觸裝置。
本發(fā)明中，每個接觸裝置各自解決建立所需的逆流液體和蒸汽物流的問題，它與在其它接觸裝置上提供強傳質(zhì)問題無關(guān)。為了解決這個問題和籍助本發(fā)明共存相的多次接觸達(dá)到必需的分離，本發(fā)明采用再循環(huán)，即液體和蒸汽物流在無其組分大量相變的條件下返回，同時減少回流液的返回，從而解決了能耗最少的問題。
在接觸裝置中與液體保持平衡的蒸汽的溫度可從表中的平衡數(shù)據(jù)查出(V.B.Kogan，V.M.Fridman，V.V.Kafarov，“液體和蒸汽間的平衡”，Nauka pH，1966(俄文)。
塔運行時可用常規(guī)技術(shù)測量接觸裝置中蒸汽的溫度。
在寬沸點混合物情況或當(dāng)返回接觸裝置的蒸汽的溫度遠(yuǎn)低于液體沸騰溫度的情況下，要將蒸汽預(yù)熱到液體的沸騰溫度。
在不改變物態(tài)的前提下進行接觸裝置上的物流循環(huán)不會帶來大量的能耗。這種能量可以輸送相應(yīng)的蒸汽和液體物流所需的機械功來估計。
這樣，本發(fā)明之方法的總能耗遠(yuǎn)比傳統(tǒng)方法的煮沸附加回流液的耗熱量小。
此外，本發(fā)明之方法可以控制任何塔截面上的物流的再循環(huán)比，即在最復(fù)雜的蒸餾區(qū)形成最大再循環(huán)比，而在條件簡單的蒸餾區(qū)形成最小再循環(huán)比。在已知的方法中，回流液和蒸汽的再循環(huán)在塔的整個高度上都是恒定的，而且通常都是由塔段中任一接觸裝置的最復(fù)雜的蒸餾條件來決定的。
離開接觸裝置的蒸汽的部分冷凝是通過普通方式實現(xiàn)的，這些方式在精餾中普通采用，例如籍助于冷卻單元；但按照本發(fā)明，由于富集被分離物質(zhì)的蒸汽返回將會使導(dǎo)入返回蒸汽的接觸裝置的傳質(zhì)更為有效。
冷凝亦可在專門的裝置中進行，這種裝置將冷凝調(diào)節(jié)到最佳程度。
在返回蒸汽部分冷凝的條件下，勿需利用附加冷凝裝置，因為它籍助于直接發(fā)生在輸送蒸汽的裝置之內(nèi)的壓力差。
很多情況下為了增加接觸裝置中某些混入物的傳質(zhì)，部分液體返回到位于其流動方向上游的接觸裝置。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是預(yù)先煮沸初始(料液)混合物，并將生成的蒸汽和液體分別送入塔內(nèi)。在傳統(tǒng)的方法中，塔段的運行與導(dǎo)入其中的一個物流密切相關(guān)，因此進入精餾段的蒸汽量只與離開提餾段最后一塊塔板的蒸汽量有關(guān)，并且和它相等。提餾塔的液體量只等于料液加上離開精餾段最下一塊塔板的液體的總和。這就決定了它不能獨立控制塔段的操作。但當(dāng)蒸汽、液體和料液分別加入塔中時，獨立控制就成為可能。
初始混合物在附加的煮沸器中煮沸，生成的蒸汽和液體分別送入接觸裝置。
隨附加煮沸器操作，釜液煮沸器構(gòu)成蒸發(fā)提餾段最上一個接觸裝置的平衡蒸汽所必需的蒸汽消耗，而附加煮沸器構(gòu)成蒸發(fā)料液蒸汽所必需的蒸汽消耗。此外，為了建立過程的推動力也消耗能量(克服塔內(nèi)阻力等等)。
兩部分蒸汽在精餾段合并，在精餾段蒸汽作為導(dǎo)出揮發(fā)組分的熱源。
在已知的方法中，采用分開的兩個煮沸器代替一個煮沸器并不能帶來節(jié)約熱能的優(yōu)點。如上所述，在本發(fā)明中，采用兩個煮沸器卻可減小與物流相變有關(guān)的那部分總能。例如，在精餾段下部接觸裝置中的重組分量用以決定從冷凝器返回的回流液量，而在提餾段上部接觸裝置中的揮發(fā)組分量用以決定釜液煮沸器的加熱蒸汽量。
實現(xiàn)物質(zhì)混合物蒸餾方法的裝置包括一蒸餾塔，該塔裝有接觸裝置和配備取出部分蒸汽的裝置，而且至少一個接觸裝置還包括至少一個導(dǎo)入被取出蒸汽的裝置，而且導(dǎo)入蒸汽的裝置位于沿主物流方向的蒸汽取出點的上游。塔也有輸送該蒸汽的裝置。
蒸汽取出裝置和將其導(dǎo)入接觸裝置的裝置可以作成互聯(lián)的支管，通過蒸汽輸送裝置內(nèi)的管道提供，該裝置使蒸汽從較低壓力區(qū)流到較高壓力區(qū)。
導(dǎo)入蒸汽的支管可以位于在接觸裝置的蒸汽區(qū)域或接觸裝置中低于液面的液層中。
取出蒸汽的裝置和導(dǎo)入蒸汽裝置可做成蒸汽導(dǎo)管，其中蒸汽輸送裝置置于塔內(nèi)蒸汽導(dǎo)管之上，以從接觸裝置取出蒸汽。
導(dǎo)入蒸汽的支管可與蒸餾塔截面周界呈切線安裝。
接觸裝置可裝有多個垂直隔板，其下部浸入液體，形成各個液體連通小室，蒸汽取出和導(dǎo)入的支管置于不同的由垂直隔板組成的小室之中。
在蒸汽輸送裝置之后可安裝將蒸汽和它所夾帶的液體分離的裝置，經(jīng)導(dǎo)管經(jīng)導(dǎo)管將分離裝置和位于蒸汽流動方向上游的接觸裝置連接。
不完全冷凝的蒸汽通過輸送裝置(如風(fēng)機、鼓風(fēng)機、活塞或射流裝置等等)返回。在某些情況下利用塔段或小室的不同壓力輸送蒸汽。部分蒸汽從較高壓力區(qū)返回到較低壓力區(qū)。具體而言，部分釜底產(chǎn)品的蒸汽在附加預(yù)熱器中于較高于其其余部分的壓力下預(yù)熱，從而在提餾段形成較高壓力的蒸汽。處于較高壓力下的部分釜底產(chǎn)品蒸汽被用作噴射器的工作氣體或壓力流體使部分蒸汽從塔提餾段的接觸裝置返回。在附加預(yù)熱器加熱的部分蒸汽用作精餾段噴射器的“工作氣體”送入噴射器的“工作氣體”的流量以正比于接觸裝置中真實溫度和平衡的溫度之間的差或比例來調(diào)節(jié)。可采用來自段內(nèi)頂接觸裝置的部分蒸汽作為塔精餾段噴射器的“工作氣體”，該蒸汽經(jīng)鼓風(fēng)機送入一些低接觸裝置的噴射器。
蒸餾塔可裝備板式、膜式或其它類型的接觸裝置。
蒸餾塔亦可裝備填料節(jié)段、疊壓網(wǎng)或其它類型的填料。節(jié)段之間可插置蒸汽導(dǎo)管，使蒸汽從下層節(jié)段通到上層，并放置通道，使液體從上層節(jié)段流入下層。離開塔頂層節(jié)段的部分蒸汽和從其它節(jié)段之間的蒸汽導(dǎo)管來的部分蒸汽以鼓風(fēng)機返回到位于沿主蒸汽流方向的取汽點的上游節(jié)段。返回蒸汽的支管置于節(jié)段的不同高度上，該節(jié)段可具有不同的截面，而且上截面大于下截面。蒸汽比例可以根據(jù)蒸汽返回支管水平上液體溫度和接觸裝置中這個溫度的平衡值之間的差值進行比例調(diào)節(jié)。
附圖簡述

圖1(a)、(b)、(c)表示的根據(jù)本發(fā)明的表明部分蒸汽流不同返回方案的蒸餾塔M及其裝備的接觸裝置K。液體在接觸裝置中的液位1用虛線表示。
圖1(a)表示分布液體和蒸汽物流的一種實施方案，其中從接觸裝置取出的部分蒸汽返回到位于沿蒸汽流動方向上游的接觸裝置區(qū)域。
將初始混合物作為原料F送入塔M，塔頂裝有冷凝器C2。主蒸汽流V沿塔向上流動時相繼經(jīng)過接觸裝置K并進入冷凝器C2，其中蒸汽在冷凝器中冷凝，并從塔內(nèi)以蒸餾產(chǎn)品D流出。液體L沿塔向下逆流進入塔底并被塔釜C1收集，在釜中形成的蒸汽返回到下接觸裝置。得到的底產(chǎn)品W從塔排出。
在接觸裝置上共存的沸騰液體和蒸汽相之間發(fā)生傳質(zhì)。完成傳質(zhì)后從每個接觸裝置取出部分蒸汽V1并逆向進入前一級接觸裝置，返回到位于接觸裝置上液面1上面的蒸汽流V中。
圖1(b)圖示分布液體和蒸汽物流的一種實施方案，其中從一個接觸裝置取出的部分蒸汽返回到位于沿主蒸汽流V流動方向上游的若干個接觸裝置中。
示于圖1(b)的蒸餾塔M裝備了煮沸器C3，將原料流F送入其中并煮沸，然后分別將液體物流F1和蒸汽物流F2分別送入塔內(nèi)。
取出部分蒸汽V1并返回到位于沿其流動方向上游的若干個接觸裝置K中，從而返回到蒸汽流V中。
取出部分液體L1并以返回到兩個接觸裝置而實現(xiàn)返回主流L中，而且取出接觸裝置中部分流作為側(cè)餾物P。
圖1(3)圖示分布物流的一種實施方案，其中從接觸裝置K取出的部分蒸汽V1送入同一個接觸裝置，但是是送入裝置中液面1之下的液體物流之中。
圖2(a)圖示實施本發(fā)明的蒸餾方法的裝置，并示出塔中蒸汽物流V(實線)和液體物流(點線)的流動方向，同時表示出從接觸裝置取出的和導(dǎo)入接觸裝置的蒸汽物流的流動方向。
裝置包括蒸餾塔1，塔中裝有板或接觸裝置2、2′、2″。取出蒸汽和導(dǎo)入蒸汽的裝置分別為支管4和5。導(dǎo)管3取接取出蒸汽的支管4和導(dǎo)入蒸汽的聯(lián)接管5。輸送蒸汽的裝置6采用風(fēng)機，它置于導(dǎo)管3中。從液體中分離蒸汽的分離器7置于風(fēng)機6之后，并能通過導(dǎo)管8與接觸裝置2′相接。
塔1頂裝有回流冷凝器9，而在塔底為塔釜10。接觸裝置裝有隔板11，其下部置于液面之下液面用虛線表示。這些隔板形成小室K1和K2，它們之間對液體是連通的，而且取出蒸汽的支管4和導(dǎo)入蒸汽的支管5置于同一接觸裝置的不同小室之中。
圖2(b)表示帶接觸裝置2和2′的塔局部示圖。取出蒸汽和導(dǎo)入蒸汽的裝置為導(dǎo)管12，它的入口部分13作成錐形，并置于接觸裝置2′的蒸汽區(qū)，而導(dǎo)管12的出口部分置于沿主蒸汽V流向的上游的接觸裝置2的蒸汽區(qū)。蒸汽輸送裝置6位于導(dǎo)管12的入口部位13之上，并裝有遮護板14將取出的蒸汽流和主蒸汽流隔開。
圖2(c)表示帶接觸裝置2和2′的塔局部示圖，取出蒸汽和導(dǎo)入蒸汽的裝置為支管4和5，兩者經(jīng)導(dǎo)管3聯(lián)接，導(dǎo)管3中裝有蒸汽輸送裝置6，蒸汽導(dǎo)入支管5作成噴嘴狀以改善傳質(zhì)。
支管4和5置于同一接觸裝置中，而且導(dǎo)入支管與置于該接觸裝置液面之下。
圖2(a)表明，物質(zhì)的初始混合物F送入提餾段的頂塔板，液體物流L沿塔1向下流動，而蒸汽V則沿塔逆流向上流動。在接觸裝置2、2′和2″上在共存的沸騰液體和蒸汽相之間發(fā)生傳質(zhì)，虛線表示接觸裝置的液面1。
離開提餾段底塔板的液體進入塔釜10。在塔釜中形成的蒸汽返回到提餾段的底塔板。蒸汽相繼通過各塔板到達(dá)回流冷凝器9。在回流冷凝器9中蒸汽冷凝并以蒸餾產(chǎn)品D的形式從塔中導(dǎo)出，而塔釜產(chǎn)品W從塔釜10排出。
這樣，設(shè)計了必需的最小蒸汽和液體物流量，這些物流量不涉及相變，但又是從精餾段導(dǎo)出揮發(fā)物質(zhì)，并從提餾段導(dǎo)出重物質(zhì)所必需的。
除了必需的最小的蒸汽和液體物流外，還在接觸裝置上建立起蒸汽和液體的附加循環(huán)。
用置于導(dǎo)管3中的風(fēng)機6經(jīng)支管4從接觸裝置2”取出部分蒸汽，再用導(dǎo)管3中的風(fēng)機6經(jīng)支管5將部分蒸汽送入沿主蒸汽流V方向上游的，即接觸裝置2”下游的接觸裝置2′。
在分離器7中將蒸汽夾帶的液體從蒸汽中分離出來，并經(jīng)導(dǎo)管8送入沿蒸汽流V流動方向上游的接觸裝置2。
圖2(b)表明，部分蒸汽流從接觸裝置2′的蒸汽區(qū)籍助于風(fēng)機6經(jīng)錐形入口13送入蒸汽導(dǎo)管12。遮護板14是將取出的蒸汽流與主蒸汽流分開的輔助裝置。取出的蒸汽流經(jīng)導(dǎo)管12的出口15導(dǎo)入接觸裝置2的蒸汽區(qū)。
圖2(c)表明，經(jīng)支管4取出部分蒸汽流，并經(jīng)噴嘴支管5導(dǎo)入同一接觸裝置的液面1之下。
圖3(a)表明，部分蒸汽流V1籍助于噴射器61和鼓風(fēng)機611返回位于蒸汽流動方向上游的接觸裝置K。作為噴射器的“工作氣體”采用在較高壓力下操作的附加預(yù)熱器C和C1中生成的蒸汽。
塔精餾段頂部噴射器的“工作氣體”則采用頂部接觸裝置的部分蒸汽，該部分蒸汽是由鼓風(fēng)機611送入噴射器。蒸汽籍助于風(fēng)機6返回某些接觸裝置。
圖3(b)表示了裝置的一個局部示圖，其中籍助鼓風(fēng)機611實現(xiàn)在塔段不同的高度位置上的填料塔M各段之間的蒸汽返回。
附加循環(huán)保證了塔板上共存的相間能進行高強度的傳質(zhì)，由于這樣的接觸能夠保證離開塔板的蒸汽對揮發(fā)組分所需的富集度和對重組分的所需的貧化度，對離開塔板的液體則與之相反。
發(fā)明的優(yōu)選實施方案例1一種含8％(重量)酒精的水-酒精混合物在蒸餾設(shè)備中分離。該設(shè)備包括塔、冷凝器和煮沸器。塔裝有70塊凸形塔板，以實現(xiàn)沸騰液體和穿過液體的鼓泡蒸汽之間的傳質(zhì)。塔在大氣壓下操作。離開頂塔板酒精蒸汽進入冷凝器。所得冷凝液分成兩股物流，一股作蒸餾產(chǎn)品的輕餾份，其中含酒精和輕雜質(zhì)。冷凝液的其余部分返回頂塔板作回流液。從第68塊(由下往上數(shù))塔板以液體形式取出的蒸餾產(chǎn)品中含酒精94％(重量)。
初始混合物在進入塔之前先送入附加再煮沸器，生成的蒸汽送入第20塊塔板，剩余的液體送入第19塊塔板。離開第一塔板的液體進入再煮沸器，生成的蒸汽返回到塔的第一塔板，而剩余的液體含水和＜0.02％的酒精作為塔釜產(chǎn)品排出。塔在第1塔板之上裝有從接觸裝置取出和導(dǎo)入所取出的部分蒸汽的裝置，這些裝置作成與導(dǎo)管相連的支管，在導(dǎo)管中還裝有風(fēng)機。如圖2(a)所示，導(dǎo)入蒸汽的支管的位于取出支管之下。離開第60-68塔板的蒸汽籍助于風(fēng)機送入第59-67塔板的蒸汽區(qū)。返回的部分蒸汽V1及其總量Vn之間的比值在第60-68接觸裝置上為0.9-0.95。當(dāng)來從第1～59到塔板的蒸汽返回到位于其下的塔板上時，其比值V1/Vn為0.8-0.85。
部分液體從12、14、18塔板取出分別送入13、15、19塔板，而且從12、14塔板取出雜醇餾分作側(cè)餾分。
在本方法的實施方案中，蒸餾產(chǎn)品含酒精＞94％，而塔釜產(chǎn)品含水和＜0.02％的酒精。
與傳統(tǒng)方法相比，加熱蒸汽節(jié)省25％以上。
例2如例1，一種含8％(重量)酒精的水-酒精混合物送入裝有70塊閥板的蒸餾塔。
離開第69塔板的部分蒸汽和離開第70塔板的部分蒸汽(取出的部分蒸汽V1對總量Vn的比值為0.9-0.95)籍助風(fēng)機經(jīng)位于蒸餾塔周邊切線上的支管返回到液體之中。離開第68塔板的比值V1/Vn等于0.8-0.85的部分蒸汽，用鼓風(fēng)機打入位于第67-42塔板上的噴射器作為工作氣體，在這里與離開這些塔板的蒸汽混合，如圖3(a)所示。從噴射器出來的混合蒸汽返回到塔板上的蒸汽空間。與此類似，返回第42-19塔板的蒸汽是來自噴射器，噴射器所用的工作氣體是離開第42塔板的蒸汽。在第1-18塔板的噴射器中離開塔板的部分蒸汽和塔釜產(chǎn)品的部分蒸汽混合，這部分蒸汽是在附加再煮沸器中于1.6大氣壓力下煮沸的。
蒸餾產(chǎn)品酒精＞94％，塔釜產(chǎn)品含酒精＜0.01％。與傳統(tǒng)方法相比加熱蒸汽節(jié)省20％以上。
例3液化氣體混合物送入蒸餾設(shè)備，該設(shè)備為塔，塔裝有25塊凹形塔板進行沸騰液體和蒸汽的傳質(zhì)?；旌衔镉上铝形镔|(zhì)組成5％甲烷、35％乙烷、15％丙烯、20％丙烷、10％異丁烷、15％正丁烷。塔頂保持27大氣壓。設(shè)備裝有冷凝器接收按蒸汽途徑離開上游接觸裝置(凹形塔板)的蒸汽。所得冷凝液分成兩股物流，其中一般取出作蒸餾產(chǎn)品，另一般物流作回流液送入頂塔板。
塔最下一塊塔塊的液體，按其途徑離開最后一塔板的液體進入再煮沸器，蒸出部分液體。生成的蒸汽返回最后一塊塔塊，其余的液體作塔釜產(chǎn)品排出。
各塔板之間插有鼓風(fēng)裝置，將離開塔板的部分蒸汽返回到位于主蒸汽物流方向上游的塔板。取出的部分蒸汽V1和蒸汽總量VT的比值在第1-5塔板和20～25塔板(由下向上數(shù))上為0.9-0.95，在第5-20塔板上為0.8-0.85。
蒸餾產(chǎn)品含甲烷和乙烷和小于5％的較重物質(zhì)，塔釜產(chǎn)品含＜5％的甲烷和乙烷，其余是初始混合物的其它較重(按沸點)物質(zhì)。
與傳統(tǒng)精餾相比，總能量介質(zhì)耗量(加熱蒸汽和冷劑)減少30％。
例4如例3，液化氣體混合物在蒸餾塔內(nèi)分離，該塔裝有30塊閥板。從第16-30塔板的蒸汽通過裝在每一塔板上的鼓風(fēng)裝置返回。離開第1-15塔塊的部分蒸汽通過示于圖3(a)的噴射器返回。噴射器的工作氣體是采用塔釜產(chǎn)品的部分蒸汽。塔釜保持的壓力達(dá)25大氣壓。所得的蒸餾產(chǎn)品和塔釜產(chǎn)品相當(dāng)于例3?？偟哪芰拷橘|(zhì)消耗比傳統(tǒng)精餾減少25％。
例5含有達(dá)0.05％氨、硫化氫及其它有害氣體的被化工氣體污染的水送入裝有40塊閥塊的蒸餾塔。塔由節(jié)段組成，每個節(jié)段含8塊塔塊，噴射器插入其間，如圖3(b)所示。離開節(jié)段每塊塔板，(除頂塔板之外)的部分蒸汽籍助于噴射器返回同一盤。來自各節(jié)段頂塔板的部分蒸汽通過鼓風(fēng)機返回，來自頂塔板的部分蒸汽送入底塔板的噴射器作工作氣體。在塔釜得到凈化水。其中有害氣體含量低于10ppm。塔頂部得到要送去進一步處理的有害氣體的餾分，向塔釜送入加熱水蒸汽，與傳統(tǒng)方法相比，其耗量節(jié)約25％以上。
工業(yè)可行性從上面所引的例子可以看出，蒸餾方法及實現(xiàn)該方法的裝置能保證在能耗的降低不少于20％的前提下獲得最終產(chǎn)品，此外借助于在各個接觸裝置中獨立調(diào)節(jié)循環(huán)，由于塔中部各段截面減少，蒸餾塔的尺寸亦可減少。
附加再循環(huán)提供了接觸裝置上共存相間物質(zhì)的高強度傳質(zhì)，這是由于這種接觸因數(shù)保證離開接觸裝置的蒸汽達(dá)到必需的富集揮發(fā)性物質(zhì)和貧化重物質(zhì)的程度，也保證離開接觸裝置的液體達(dá)到必需的富集重物質(zhì)和貧化揮發(fā)性物質(zhì)的程度。
對每個接觸裝置獨立建立蒸汽再循環(huán)，其方向與主蒸汽流的流動方向相反，這可導(dǎo)致蒸汽和液體的接觸時間增加，強化傳質(zhì)以及使重復(fù)蒸發(fā)和重復(fù)返回蒸餾塔的回流液降至最小。
應(yīng)用本發(fā)明的方法的結(jié)果可大大降低能耗，而每個接觸裝置的獨立操作又可減少塔的尺寸。
權(quán)利要求
1.一種蒸餾物質(zhì)混合物的方法，它包括將混合物送入蒸餾塔，該塔裝有使液體和氣體進行相互作用的接觸裝置，從塔頂導(dǎo)出蒸汽，煮沸塔釜產(chǎn)品并將生成的蒸汽返回塔的下部，取出部分離開接觸裝置的蒸汽并將其返回塔內(nèi)，其特征在于，將從一個接觸裝置上取出的部分蒸汽返回到至少一個位于該物流流動方向上游的接觸裝置的蒸汽物流或液體物流中和/或?qū)⒉糠终羝祷氐酵唤佑|裝置的液體物流液面之下，其位于沿蒸汽流動方向的部分蒸汽取出點的上游，而且返回蒸汽勿需使其全部冷凝。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，離開接觸裝置的蒸汽或至少部分蒸汽返回到位于沿蒸汽流動方向上游的接觸裝置，該蒸汽只受到部分冷凝。
3.權(quán)利要求1、2的方法，其特征在于，冷凝液返回到位于沿蒸汽流動方向上游的接觸裝置。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，離開接觸裝置的部分液體返回到位于沿其流動方向上游的接觸裝置。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，初始混合物在再煮沸器中預(yù)煮沸，然后分開將蒸汽物流和液體物流導(dǎo)入蒸餾塔。
6.一種實施權(quán)利要求1的物質(zhì)混合物蒸餾方法的裝置，它包括裝有接觸裝置的蒸餾塔，該接觸裝置具有取出部分蒸汽的裝置，其特征在于，至少一個接觸裝置還擁有至少一種導(dǎo)入被取出的蒸汽的裝置，而且導(dǎo)入蒸汽的裝置位于主流流動途徑方向的蒸汽取出點的下游，而且蒸餾塔裝有輸送欲導(dǎo)入的蒸汽的裝置。
7.權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，取出和導(dǎo)入蒸汽的裝置為支管，支管經(jīng)輸送裝置聯(lián)接，使蒸汽從較低壓力區(qū)流向較高壓力區(qū)。
8.權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，取出蒸汽的裝置和將它導(dǎo)入接觸裝置的裝置為蒸汽導(dǎo)管，而且蒸汽輸送裝置置于蒸餾塔中。
9.權(quán)利要求6和7的裝置，其特征在于，導(dǎo)入蒸汽的支管位于蒸餾塔截面周界的切線上。
10.權(quán)利要求6和7的裝置，其特征在于，接觸裝置裝有垂直隔板，隔板下部浸入液體形成液體連通的各個小室，而且在同一接觸裝置中的取出和導(dǎo)入蒸汽的支管置于由隔板形成的不同小室中。
11.權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，在輸送裝置之后裝有分離蒸汽和生成的液體的裝置，該分離裝置通過蒸汽導(dǎo)管與至少一個主蒸汽流流動方向前面的接觸裝置相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及酒精制造工業(yè)，并涉及一種方法，該方法包括將混合物送入蒸餾塔，該塔裝有接觸裝置，蒸汽通過該塔頂導(dǎo)出。這種方法還包括將塔釜產(chǎn)品煮沸，并將產(chǎn)生的蒸汽返回到塔中。從一個接觸裝置上取出的部分蒸汽然后返回到至少一個位于其流動方向上游的接觸裝置的蒸汽流或液體流中。在另一個或同一個實施方案中，部分蒸汽返回到同一接觸裝置的液體物流的液面之下，它位于相對蒸汽流動方向上其導(dǎo)出的上游。蒸汽的返回勿需使蒸汽車部冷凝。實現(xiàn)此方法的裝置包括蒸餾塔，該塔裝有接觸裝置，其中至少一個接觸裝置裝有一個或若干個待處理蒸汽的供料系統(tǒng)。這種系統(tǒng)置于主流流動方向上的蒸汽收集器之下。這種蒸餾塔還裝有將蒸汽送入塔內(nèi)的輸送系統(tǒng)。
文檔編號B01D3/20GK1239901SQ97180445
公開日1999年12月29日 申請日期1997年10月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月10日
發(fā)明者V·J·阿里斯托維奇, J·V·阿里斯托維奇, A·J·索科洛夫, E·V·索科洛瓦 申請人:通用電氣公司