一種從低濃度水溶液中分離回收高沸點(diǎn)有機(jī)物的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從低濃度水溶液中分離回收高沸點(diǎn)有機(jī)物的裝置及方法，屬于化學(xué)工程分離技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]從稀溶液中回收高沸點(diǎn)有機(jī)物在生物質(zhì)燃料提取、廢水凈化等領(lǐng)域應(yīng)用范圍廣泛?？啡┖捅桨贩謩e是胺類和呋喃環(huán)系最具代表性的高沸點(diǎn)有機(jī)物之一，從稀溶液中分離直接獲得高純度糠醛和苯胺具有重要的價(jià)值。
[0003]糠醛(學(xué)名呋喃甲醛)的生產(chǎn)是通過酸性水解生物質(zhì)(玉米芯、棉子殼等)原料中的半纖維素物質(zhì)得到。經(jīng)水解后的水解液中糠醛的質(zhì)量百分含量約為2~8 wt%，目前國內(nèi)糠醛廠采用蒸餾法從水解液中分離提純糠醛，第一次為初精餾，可以將糠醛濃度提高至90wt%~92 wt% (水與糠醛恒沸點(diǎn)時(shí)的濃度)，然后再采用多級(jí)精餾進(jìn)行糠醛的精制。精餾過程會(huì)消耗大量的蒸汽，因此能耗占糠醛生產(chǎn)成本的很大比重，如何降低糠醛分離回收的能耗是研宄的熱點(diǎn)。
[0004]中國專利CN103214439A公開了一種利用裝填有非極性大孔吸附樹脂的固定床吸附水解液中的糠醛，然后再通過洗脫劑解吸得到較高濃度的糠醛洗脫液，最后再經(jīng)過處理后得到糠醛目標(biāo)產(chǎn)品，該吸附-解吸的工藝較繁瑣，設(shè)備投資大。中國專利CN103254158A公開了利用生物質(zhì)水解耦合滲透汽化分離生產(chǎn)糠醛的方法及裝置:滲透汽化膜對(duì)水解液中糠醛具有高的吸附選擇性，當(dāng)膜吸附平衡后在膜的下游通過抽真空將膜中優(yōu)先吸附的糠醛和少量水以低壓混合蒸汽的形式解吸出來，最后再將糠醛與水蒸汽冷凝收集，此工藝收集的糠醛仍然需要進(jìn)一步精制，并且糠醛的精制過程耗能很大。
[0005]苯胺是化工行業(yè)重要的中間體之一，在染料、農(nóng)藥、橡膠助劑等行業(yè)中具有廣泛應(yīng)用，廢水中苯胺含量較高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)lwt%~3wt%)，目前工業(yè)上常用的苯胺廢水處理手段有萃取法、吸附法。吸附法不適宜處理濃度較高的苯胺廢水，并且吸附劑的再生較困難，經(jīng)過幾次再生后，吸附容量損失較大。萃取法(CN1600696A、CN102936079A)容易造成水體的二次污染，需要多級(jí)萃取，設(shè)備投資大，并且難以得到可以回用的高純度苯胺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)糠醛生產(chǎn)能耗大、苯胺廢水處理工藝繁瑣這種現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在提供一種低能耗、流程簡單的滲透汽化-分級(jí)冷凝耦合裝置及工藝分離回收低濃度水溶液中的高沸點(diǎn)、水溶性有機(jī)物一糠醛與苯胺。
[0007]本發(fā)明提供的一種從低濃度水溶液中分離回收高沸點(diǎn)有機(jī)物的裝置，包括滲透汽化段和分級(jí)冷凝段，所述滲透汽化段包括原料儲(chǔ)槽、料液循環(huán)泵、滲透汽化槽，滲透汽化槽內(nèi)設(shè)有滲透汽化膜組件；所述分級(jí)冷凝段包括第一級(jí)冷凝器和第二級(jí)冷凝器，第一級(jí)冷凝器和第二級(jí)冷凝器串聯(lián)連接，第二級(jí)冷凝器末端與真空泵連接，第一級(jí)冷凝器下端連接第一儲(chǔ)料罐，第二級(jí)冷凝器下端連接第二儲(chǔ)料罐，第二儲(chǔ)料罐通過循環(huán)泵連接原料儲(chǔ)槽。
[0008]本發(fā)明提供的一種從低濃度水溶液中分離回收高沸點(diǎn)有機(jī)物的方法，包括以下步驟:
(1)將低濃度有機(jī)物的水溶液通入滲透汽化槽，與具有選擇性分離有機(jī)物功能的滲透汽化膜在膜的上游側(cè)充分接觸并達(dá)到吸附動(dòng)態(tài)平衡；
(2)通過真空泵在滲透汽化膜下游產(chǎn)生低壓真空，使上游側(cè)吸附在膜表面的高沸點(diǎn)有機(jī)物-水發(fā)生汽化，并透過膜在滲透汽化膜的下游側(cè)脫附形成有機(jī)物-水低壓混合蒸汽；
(3)將膜的下游側(cè)富集的有機(jī)物-水低壓混合蒸汽依次通入兩個(gè)串聯(lián)的冷凝器，依據(jù)絕壓數(shù)值大小選擇第一冷凝器溫度范圍，在第一級(jí)冷凝器中獲得高純度液態(tài)高沸點(diǎn)有機(jī)物，純度大于99.9wt% ；
(4)未被冷凝的水蒸汽與小部分有機(jī)蒸汽被截留在第二級(jí)冷凝器中，第二級(jí)冷凝器與滲透汽化槽連接，將小部分有機(jī)蒸汽輸送到滲透汽化槽中進(jìn)行二次分離回收。
[0009]上述方案中，所述低濃度水溶液為有機(jī)物濃度在0.1-8 wt%范圍的水溶液。
[0010]上述方案中，所述高沸點(diǎn)有機(jī)物為沸點(diǎn)在150~230 °C范圍的胺類和呋喃環(huán)系常溫液態(tài)有機(jī)物。
[0011]上述方案中，所述高沸點(diǎn)有機(jī)物為糠醛或苯胺。所述糠醛水溶液的濃度為:lwt%~8wt% ;苯胺水溶液的濃度為:0.lwt%~4wt%。
[0012]上述方案中，所述的具有選擇性分離有機(jī)物功能的滲透汽化膜為聚醚嵌段聚酰胺膜。
[0013]上述方案中，所述滲透汽化膜下游的低壓真空條件為:絕壓在30~2000 Pa范圍。
[0014]上述方案中，所述的第一級(jí)冷凝器溫度控制在-30~30 °C;第二級(jí)冷凝器的溫度為-200?-50 0Co
[0015]上述方案中，所述低濃度有機(jī)物的水溶液的初始溫度為30~95 °C。
[0016]由于本發(fā)明提供的滲透汽化膜分離過程具有分離效率高、能耗低、工藝簡單、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，而且:(I)苯胺是高沸點(diǎn)、水溶性有機(jī)物，可以通過滲透汽化-分級(jí)冷凝耦合工藝直接從低的水溶液中回收到高純度無色苯胺液體；(2)糠醛是高沸點(diǎn)(161.7°C)水溶性有機(jī)物，水解液中的糠醛可以通過滲透汽化-分級(jí)冷凝的工藝一步回收到高純度無色糠醛液體，此法降低了從稀水解液中分離回收糠醛的能耗，具有很重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
[0017]本發(fā)明的工作原理:由于滲透汽化膜分離具有不受汽液平衡限制的優(yōu)點(diǎn)，具有高吸附選擇性滲透汽化膜優(yōu)先吸附低濃度水溶液中的有機(jī)物，然后膜的另一側(cè)抽真空使吸附的有機(jī)物與少量水汽化，最后將被膜富集的低壓有機(jī)蒸汽(有機(jī)物具有較高的沸點(diǎn))與水蒸汽進(jìn)行分級(jí)冷凝，容易冷凝的有機(jī)蒸汽首先被截留在第一級(jí)冷凝器中，未被冷凝的水蒸汽與小部分有機(jī)蒸汽被截留在第二級(jí)冷凝器中。通過滲透汽化-分級(jí)冷凝工藝，其中高沸點(diǎn)、水溶性的苯胺、糠醛從各自低濃度水溶液中被提取出來，并且回收的糠醛與苯胺的純度均大于 99.9wt%。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
(1)通過滲透汽化-分級(jí)冷凝耦合工藝可以從低濃度水溶液中直接分離獲得高純度高沸點(diǎn)液態(tài)有機(jī)物；
(2)分離過程無需添加化學(xué)試劑，無二次污染； (3)分離過程中原料液的溫度控制在較低的溫度(低于95V )下操作，能耗低且分離效率尚;
(4)耦合工藝流程簡單、操作方便，獲得的高純度有機(jī)物無需進(jìn)一步純化；
(5)首次將分級(jí)冷凝工藝應(yīng)用于滲透汽化法回收高沸點(diǎn)有機(jī)物，增加了第二級(jí)冷凝器，使苯胺或糠醛產(chǎn)品的回收利用率高。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明滲透汽化-分級(jí)冷凝工藝流程示意圖。
[0020]圖中:1-原料儲(chǔ)槽；2_料液循環(huán)泵；3_滲透汽化槽；4_第一級(jí)冷凝器；5_第二級(jí)冷凝器；6_真空泵；7_閥門，8-第一儲(chǔ)料罐；9_第二儲(chǔ)料罐；10_殘液循環(huán)泵。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例1:從低濃度水溶液中分離回收高沸點(diǎn)有機(jī)物的裝置
如圖1所示，包括滲透汽化段和分級(jí)冷凝段，所述滲透汽化段包括原料儲(chǔ)槽1、料液循環(huán)泵2、滲透汽化槽3，滲透汽化槽3內(nèi)設(shè)有滲透汽化膜組件；所述分級(jí)冷凝段包括第一級(jí)冷凝器4和第二級(jí)冷凝器5，第一級(jí)冷凝器4和第二級(jí)冷凝器5串聯(lián)連接，第二級(jí)冷凝器5與真空泵6連接，即在兩級(jí)冷凝器末端連接真空泵，第一級(jí)冷凝器4下端通過閥門7連接第一儲(chǔ)料罐8，第二級(jí)冷凝器5下端通過閥門連接第二儲(chǔ)料罐9，第二儲(chǔ)料罐9通過殘液循環(huán)泵10連接原料儲(chǔ)槽I。冷凝后產(chǎn)品通過閥門控制進(jìn)入到儲(chǔ)料罐中。
[0023]采用上述裝置分離回收高沸點(diǎn)有機(jī)物的工藝過程為:
由于滲透汽化膜分離具有不受汽液平衡限制的優(yōu)點(diǎn)，具有高吸附選擇性滲透汽化膜優(yōu)先吸附低濃度水溶液中的有機(jī)物，然后膜的另一側(cè)抽真空使吸附的有機(jī)物與少量水汽化，最后將被膜富集的低壓有機(jī)蒸汽(有機(jī)物具有較高的沸點(diǎn))與水蒸汽進(jìn)行分級(jí)冷凝，容易冷凝的有機(jī)蒸汽首先被截留在第一級(jí)冷凝器中，冷凝后進(jìn)入第一儲(chǔ)料罐中，未被冷凝的水蒸汽與小部分有機(jī)蒸汽被截留在第二級(jí)冷凝器中，冷凝后進(jìn)入第二儲(chǔ)料罐中，第二儲(chǔ)料罐中的液體經(jīng)殘液循環(huán)泵進(jìn)入到原料儲(chǔ)槽中。通過滲透汽化-分級(jí)冷凝工藝，其中高沸點(diǎn)、水溶性的苯胺、糠醛從各自低濃度水溶液中被提取出來，并且回收的糠醛與苯胺的純度均大于99.9wt%0
[0024]實(shí)施例2:從低濃度水溶液中分離回收高沸點(diǎn)糠醛
(1)將濃度為2wt%的糠醛水溶液加熱至800C，通過料液循環(huán)泵將糠醛水溶液以流速120 L/h循環(huán)通入滲透汽化槽中，使膜吸附達(dá)到平衡，膜組件中滲透汽化膜的面積為20.4cm2；
(2)在膜的下游側(cè)，兩級(jí)冷凝器的末端抽真空，，使膜下游壓力維持在絕壓30Pa ;
(3)將糠醛與水的低壓混合蒸汽引入溫度為_29°C、換熱面積為0.1 m2的第一級(jí)冷凝器中，未被冷凝的糠醛與水的低壓混合蒸汽引入與第一級(jí)冷凝器串聯(lián)的第二級(jí)冷凝器中，第二級(jí)冷凝器溫度為_196°C ;
(4)采用卡爾費(fèi)休水分儀測(cè)得第一級(jí)冷凝器中收集的糠醛純度為99.92 wt%,收集速率為240 g/(m2.h);第二級(jí)冷凝器中收集的糠醛純度為25 wt%,收集速率為610 g/(m2.h)。
[0025]實(shí)施例3:從低濃度水溶液中分離