[發明專利]物質混合物的蒸餾方法及實現該方法的裝置

無效

• 申請號: 97180445.1
• 申請日: 1997-10-01
• 公開（公告）號: CN1239901A
• 公開（公告）日: 1999-12-29
• 發明（設計）人: 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（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B01D3/14
• 分類號: B01D3/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧新華,吳大建

發明領域

本發明涉及液態或液化態物質混合物的蒸餾，例如，在酒精工業中從酒精中去除雜質，在微生物學中制備純凈液體，在制藥工業中、農業中處理液體廢物和污水，以及在石油化學中等皆有應用。

發明背景

在工業規模的塔中，蒸餾過程在專門的接觸裝置中實現，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的傳質，即在共存的汽相和沸騰液體之間發生相互作用。將初始的物質混合物加熱并作為原料混合物送入蒸餾設備的一個接觸裝置中。蒸汽沿設備上升，液體流入它的底部。

蒸汽相繼通過這些接觸裝置，逐步富集揮發物質，貧化重物質(按揮發性)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。在接觸裝置中共存相有足夠長的接觸的條件下，可達到物質的最大可能的富集和貧化，這種狀態可稱為“熱力學相平衡”并由物質在汽相和液體中的化學勢相等為特征。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。在多數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，將離開接觸裝置的液體和蒸汽物流循環以增加接觸時間，從而增加相同傳質。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到位于進料點上游的精餾段上，即將這部分富集揮發物質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，這樣就在設備中實現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之間的有效傳質。

提餾段的作用是分離富集重物質的釜底產品，部分釜液蒸發又變成富集重物質的蒸汽。

蒸汽連續通過接觸裝置，逐步貧化重物質同時富集輕物質。這樣富輕物質的部分產品在精餾段頂部再循環，而富集重物質的部分產品在提餾段底部再循環。相間的傳質在兩個平行的過程中實現，即液體的部分蒸發和蒸汽的部分冷凝。

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)的再蒸發來實現。

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組分和重組分的比例和蒸餾分離產品的技術條件決定。

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。相間的傳質在絕熱條件下進行，該過程同樣受熱力學相平衡條件決定。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，而在提餾段則與料液的欠熱有關)。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其最佳循環的選擇，因為即使段中所有接觸裝置中只有一個出現了較為復雜的傳質條件，都需采用循環物流的最大值。

這樣，最大可能的回流量送入該段頂部的接觸裝置，相應地在塔底部的接觸裝置則送入能使回流液中揮發物質再蒸發所需的最大的蒸汽量。

現有技術中已知，由于設置附加料液導入口或分離產品的附加導出口的方法，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，即將部分蒸餾產品以回流液形式循環，部分釜底產品以蒸汽形式循環。

已知方法的缺點是蒸餾能耗大，能耗與被分離物質從液相到汽相，或相反從汽相到液相的相轉換有關，缺點還在于必須按下列方式進行上述循環，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品的回流量和底部產品的蒸發量。

此外，蒸汽流和液體流方向在各段之間的嚴格連接會在提餾段發生液體過載，而在精餾段則發生蒸汽過載。這就會提高設備的制造費用和增加過程控制的復雜性。

在現有技術中曾經提出從水性介質中蒸餾揮發物質的系統和方法，其中的蒸餾塔裝有接觸裝置(美國專利N4783242，B01D，1988)。