本技术涉及无水乙醇生产领域，具体而言，特别是涉及一种非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统。
背景技术：
1、乙醇是一种常见的有机溶剂，被广泛应用于各个领域，包括医药、涂料、卫生用品、化妆品和油脂等。根据不同用途，乙醇可以分为工业乙醇、食用乙醇和无水乙醇三个等级。无水乙醇是指体积浓度大于99.5%的乙醇，因其可作为可再生资源，部分替代不可再生的石油等化石能源，所以无水乙醇的生产技术受到了广泛关注。近年来，无水乙醇被广泛用于汽油改良剂，可以提高汽油的抗爆性，消除铅污染，改善燃烧和降低尾气排放，对保护环境起到了越来越重要的作用。
2、在工业生产中，由于乙醇与水在常压下存在共沸现象，共沸物中含有乙醇约95.8wt%，含水4.2wt%，使用常规的分离手段难以将乙醇中的水分去除。目前乙醇脱水制取无水乙醇的生产方法主要有膜分离、萃取精馏和分子筛吸附、共沸精馏法等。然而，这些方法都存在一些缺点。其中膜分离需要使用较大面积的蒸汽渗透膜，而且原料水含量越高，通过渗透膜后无水乙醇水含量越高，难以达到理想的分离效果。萃取精馏结合分子筛吸附的方法能耗较高，同时萃取剂容易损失造成浪费。而共沸精馏较其他方法具有能耗巨大等问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本实用新型提供一种非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，采用非均相共沸精馏技术，可以将乙醇-水混合物中的水脱除，得到高浓度的乙醇。同时，结合热泵节能技术，可以回收利用共沸精馏塔顶部气相的液化潜热，大大降低了供热的蒸汽消耗，从而降低生产能耗。该系统不仅具有较高的生产效率和产品质量，而且具有较低的能耗和环境污染。
2、本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
3、一种非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，包括顺次连通的乙醇脱水塔和溶剂回收塔，所述无水乙醇生产系统还包括与所述乙醇脱水塔连接并用于回收乙醇脱水塔塔顶轻组分共沸物热量的乙醇脱水塔热泵压缩机、与所述溶剂回收塔连接并用于回收溶剂回收塔顶轻组分热量的溶剂回收塔热泵压缩机。
4、此无水乙醇生产系统的优点如下：
5、首先，采用非均相共沸精馏系统，将含水乙醇送入乙醇脱水塔，通过加入共沸剂，如环己烷、苯等有机溶剂，可以将含水乙醇中的水脱除。乙醇脱水塔塔顶得到乙醇、水、共沸剂三元非均相共沸物，而乙醇脱水塔塔釜可以得到高纯度的无水乙醇，并且高纯度的无水乙醇含水量低于0.01wt%。
6、其次，将乙醇脱水塔塔顶得到的三元非均相共沸物通过冷却后在乙醇脱水塔回流罐进行分层，得到油相和水相。油相全回流循环回乙醇脱水塔，水相进入溶剂回收塔分离。通过溶剂回收塔的分离，溶剂回收塔塔顶可以回收水相中的共沸剂，经冷却后部分循环回溶剂回收塔，部分返回乙醇脱水塔，溶剂回收塔塔釜采出废水，废水cod可以低于1000mg/l。
7、再者，结合热泵节能技术，可以回收利用生产过程中产生的能量，降低生产能耗。热泵是一种能够把不能直接利用的低温热能转换为可以利用的高温热能，然后再供人们使用的一种高效节能技术。热泵技术具有能够把低品质热能转换成高品质热能、高效节能等优点。结合热泵节能技术，使得无水乙醇生产系统不仅具有较高的生产效率和产品纯度，而且可以大大降低能耗。为提高能量利用率并降低能耗，乙醇脱水塔和溶剂回收塔塔顶通过采用热泵压缩机将塔顶气相升温升压后供给塔釜再沸器使用。在再沸器中，气相物料供热后被冷凝，从而把共沸精馏塔顶部气相的液化潜热回收利用，大大降低了供热的蒸汽消耗。在系统运行过程中，除开工期间需要提供蒸汽外，其余时间两个精馏塔不需要消耗蒸汽，仅需给两台热泵压缩机供电即可实现，从而大大降低了能耗。通过采用这种先进的工艺流程，我们能够高效地脱水乙醇并回收溶剂，同时降低能源消耗和环境影响。
8、具体的，常规的精馏塔通常采用循环冷却水来冷凝塔顶气相物料，然后将其进入回流罐。但是这种方法存在一些缺点。首先，需要消耗大量的循环水，这不仅增加了水耗，而且增加了电耗，因为循环泵需要消耗电能来循环冷却水。其次，塔顶气相的潜热也被浪费掉了，因为这些热量没有被回收利用。
9、相比之下，采用热泵精馏技术可以克服这些缺点。采用热泵精馏后，塔顶气相物料经过热泵压缩机升温升压至合适的温度和压力，使塔顶气相的饱和温度高于塔釜的操作温度。这样，塔顶气相就可以通过再沸器给塔釜供热，供热时气相冷凝成液相。因此，塔顶气相的液化潜热就被回收了。同时，只需要少量循环水将液化后的物料降温即可，这样就可以大大降低热量消耗，提高能量利用效率。
10、优选的，所述乙醇脱水塔设有乙醇脱水塔回流罐、乙醇脱水塔塔顶冷凝器、乙醇脱水塔蒸汽再沸器、乙醇脱水塔热泵再沸器。
11、乙醇脱水塔蒸汽再沸器通常用于在开工阶段为乙醇脱水塔塔釜提供蒸汽，以提高乙醇脱水塔的精馏效率。在开工阶段，需要乙醇脱水塔蒸汽再沸器提供蒸汽来加快物料的蒸发过程，并使系统尽快达到稳定状态。乙醇脱水塔热泵再沸器将乙醇脱水塔顶部升温升压后的轻组分共沸物作为热源给乙醇脱水塔塔釜物料加热，这样可以有效回收利用乙醇脱水塔塔顶轻组分共沸物气相的液化潜热，使得热量得到更加充分的利用，从而降低能耗。
12、优选的，所述溶剂回收塔设有溶剂回收塔回流罐、溶剂回收塔塔顶冷凝器、溶剂回收塔蒸汽再沸器、溶剂回收塔热泵再沸器。
13、溶剂回收塔蒸汽再沸器则用于为溶剂回收塔提供蒸汽，以促进塔内物料的蒸发和回收。在开工阶段，由于溶剂回收塔内物料尚未完全回收，需要提供蒸汽来加快回收过程，并使系统尽快达到稳定状态。溶剂回收塔热泵再沸器将溶剂回收塔顶部升温升压后的轻组分作为热源给溶剂回收塔塔釜物料加热，这样可以有效回收利用溶剂回收塔塔顶轻组分气相的液化潜热，使得热量得到更加充分的利用，从而降低能耗。
14、优选的，所述乙醇脱水塔热泵压缩机与乙醇脱水塔塔顶的轻组分共沸物管线连接，乙醇脱水塔塔顶的轻组分共沸物经乙醇脱水塔热泵压缩机升温升压后，送入乙醇脱水塔热泵再沸器，用于给乙醇脱水塔塔釜供热。
15、乙醇脱水塔顶部的轻组分共沸物通过乙醇脱水塔热泵压缩机升温升压后，作为乙醇脱水塔再沸器热源，给乙醇脱水塔塔釜物料加热，这样可以使乙醇脱水塔内的热量得到更加充分的利用，从而降低能耗。
16、优选的，乙醇脱水塔塔顶冷凝器与乙醇脱水塔热泵再沸器轻组分共沸物出口管线连接，乙醇脱水塔热泵再沸器轻组分共沸物经乙醇脱水塔塔顶冷凝器冷却后进入乙醇脱水塔回流罐，用于将轻组分共沸物分层为油相和水相。
17、通过乙醇脱水塔塔顶冷凝器进一步冷凝分离乙醇脱水塔热泵再沸器的轻组分共沸物，并通过乙醇脱水塔回流罐将冷凝后的轻组分共沸物进行分层，上层为油相，下层为水相。从而确保油水两相的充分分离，这种分离效果的提高可以减少后续处理过程的负担，提高整体工艺效率。
18、优选的，所述乙醇脱水塔回流罐上部油相管线通过回流泵与乙醇脱水塔循环管线连接，水相管线经进料泵与溶剂回收塔进料管线连接。
19、乙醇脱水塔回流罐上部分离的油相通过回流泵送回乙醇脱水塔循环使用，乙醇脱水塔回流罐下部分离的水相则通过进料泵送入溶剂回收塔进一步分离，从而实现对共沸剂循环回收利用，降低共沸剂的消耗，降低成本。
20、优选的，所述溶剂回收塔热泵压缩机与溶剂回收塔塔顶的轻组分线连接，溶剂回收塔塔顶的轻组分经溶剂回收塔热泵压缩机升温升压后，送入溶剂回收塔热泵再沸器，用于给溶剂回收塔塔釜供热。
21、溶剂回收塔塔顶的轻组分共沸物经溶剂回收塔热泵压缩机升温升压后，作为溶剂回收塔再沸器的热源，给溶剂回收塔塔釜物料加热，这样可以使乙醇脱水塔内的热量得到更加充分的利用，从而降低能耗。
22、优选的，溶剂回收脱水塔塔顶冷凝器入口管线与溶剂回收塔热泵再沸器轻组分出口管线连接，溶剂回收脱水塔塔顶冷凝器出口管线与溶剂回收塔回流罐入口管线连接，溶剂回收塔回流罐出口管线经回流泵增压后，一路与溶剂回收塔循环线连接，另一路与乙醇脱水塔返回线连接。
23、溶剂回收脱水塔的塔顶冷凝器入口管线与溶剂回收塔热泵再沸器的轻组分出口管线连接，进一步冷凝溶剂回收塔热泵再沸器的轻组分，冷凝后的轻组分进入溶剂回收塔回流罐，部分通过回流泵循环回溶剂回收塔，提高溶剂回收塔精馏效率，部分返回乙醇脱水塔，从而实现共沸剂的回收利用。
24、优选的，所述乙醇脱水塔设有进料预热器，乙醇脱水塔原料经进料预热器加热后送入乙醇脱水塔；乙醇脱水塔塔底的无水乙醇产品经进料预热器冷却后采出。
25、进料预热器用于对待加工处理的物料进行预热，提高乙醇脱水塔的处理效率。待加工处理的物料经过进料预热器后进入乙醇脱水塔，有助于降低能耗并提高处理效率。
26、优选的，所述溶剂回收塔塔釜的废水经过泵增压后采出。
27、溶剂回收塔的底部抽出口抽出废水，经过增压泵升压后采出装置。这一设计不仅可以提高废水处理的效率，还能降低能源消耗和环境影响。
28、本实用新型相较于现有技术的有益效果是：
29、第一，通过采用非均相共沸精馏技术，可以将含水乙醇混合物中的水脱除，得到高纯度的无水乙醇，并且高纯度的无水乙醇含水量低于0.01wt%。
30、第二，通过溶剂回收塔的分离，溶剂回收塔塔顶可以回收共沸剂，同时溶剂回收塔塔釜采出废水的cod低于1000mg/l。
31、第三，通过结合热泵节能技术，乙醇脱水塔和溶剂回收塔塔顶气相物料经过热泵压缩机升温升压至合适的温度和压力后给塔釜再沸器供热，从而回收利用塔顶气相物料的液化潜热，大大降低了乙醇脱水塔和溶剂回收塔供热的蒸汽消耗，大大降低热量消耗，提高能量利用效率。
1.一种非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，包括顺次连通的乙醇脱水塔和溶剂回收塔，其特征在于，还包括与所述乙醇脱水塔连接并用于回收乙醇脱水塔塔顶轻组分共沸物热量的乙醇脱水塔热泵压缩机、与所述溶剂回收塔连接并用于回收溶剂回收塔顶轻组分热量的溶剂回收塔热泵压缩机。
2.根据权利要求1所述的非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，其特征在于，所述乙醇脱水塔设有乙醇脱水塔回流罐、乙醇脱水塔塔顶冷凝器、乙醇脱水塔蒸汽再沸器、乙醇脱水塔热泵再沸器。
3.根据权利要求1所述的非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，其特征在于，所述溶剂回收塔设有溶剂回收塔回流罐、溶剂回收塔塔顶冷凝器、溶剂回收塔蒸汽再沸器、溶剂回收塔热泵再沸器。
4.根据权利要求2所述的非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，其特征在于，所述乙醇脱水塔热泵压缩机与乙醇脱水塔塔顶的轻组分共沸物管线连接，乙醇脱水塔塔顶的轻组分共沸物经乙醇脱水塔热泵压缩机升温升压后，送入乙醇脱水塔热泵再沸器。
5.根据权利要求2所述的非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，其特征在于，乙醇脱水塔塔顶冷凝器与乙醇脱水塔热泵再沸器轻组分共沸物出口管线连接，乙醇脱水塔热泵再沸器轻组分共沸物经乙醇脱水塔塔顶冷凝器冷却后进入乙醇脱水塔回流罐。
6.根据权利要求5所述的非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，其特征在于，所述乙醇脱水塔回流罐上部油相管线通过回流泵与乙醇脱水塔循环管线连接，水相管线经进料泵与溶剂回收塔进料管线连接。
7.根据权利要求3所述的非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，其特征在于，所述溶剂回收塔热泵压缩机与溶剂回收塔塔顶的轻组分线连接，溶剂回收塔塔顶的轻组分经溶剂回收塔热泵压缩机升温升压后，送入溶剂回收塔热泵再沸器。
8.根据权利要求7所述的非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，其特征在于，溶剂回收脱水塔塔顶冷凝器入口管线与溶剂回收塔热泵再沸器轻组分出口管线连接，溶剂回收脱水塔塔顶冷凝器出口管线与溶剂回收塔回流罐入口管线连接，溶剂回收塔回流罐出口管线经回流泵增压后，一路与溶剂回收塔循环线连接，另一路与乙醇脱水塔返回线连接。
9.根据权利要求1所述的非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，其特征在于，所述乙醇脱水塔设有进料预热器，乙醇脱水塔原料经进料预热器加热后送入乙醇脱水塔；乙醇脱水塔塔底的无水乙醇产品经进料预热器冷却后采出。
10.根据权利要求1所述的非均相共沸精馏结合热泵的无水乙醇生产系统，其特征在于，所述溶剂回收塔塔釜的废水经过泵增压后采出。
