一种热泵蒸馏装置及其启动方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工分离和节能改造技术领域，涉及一种蒸馏方法和装置，具体涉及一种基于热泵蒸馏装置及其启动方法。
【背景技术】
[0002]过程工业就是以流程性物料为主要处理对象、完成各种生产过程的工业，例如石油化工、生物化工、制药、农药、食品和炼油等等。过程工业其产值虽然占我国工业总产值的37%，占制造业的46.9%，但是其耗能也占总的终端能源消费量约57.4%。通常过程工业不论规模如何，皆可分解为一系列名为单元操作的过程，而这些单元操作中大多伴随着能量的转换，特别是分离过程，例如精馏和干燥均需要消耗大量的能源，以常见的化工生产为例，分离过程能耗占生产总能耗的40%，而其中95%又为蒸馏和干燥或蒸发浓缩过程所消耗。
[0003]在常规蒸馏或浓缩工艺中，采用蒸汽对物料进行加热，产生蒸汽，蒸汽在冷凝器中由外界冷却水冷却，该过程中蒸汽中的能量被冷却水带走，这部分能量不能得到进一步的回收利用，热力学效率很低。无任何节能技术的单效蒸发浓缩或蒸馏过程中，1.1单位的生蒸汽仅能蒸发约I单位的料液，在这个过程中，一方面，没有过程的热集成设计，二次蒸汽的能量被浪费；另一方面，生蒸汽做为高品质能量被直接转化为高温凝结水，品质损失较大。虽然采用多效蒸发技术可以有效降低设备的能耗，但是设备的复杂性大幅度增加，且最后一效产生的蒸汽产物中蕴含的热量仍然需要被冷却水带走。热泵作为一种有效的节能工具日益引起人们的重视，井将它应用到了工业生产中。热泵蒸发或蒸馏是工业上应用热泵技术较为有效的方法。
[0004]文献《热泵蒸馏的节能技术与应用》(史文树，尤文，于明，长春工业大学学报，2010.31)、《热泵蒸发技术及其应用》(李玉坤，胡绍川，应用能源技术，1996.4)、《热泵在蒸馏过程中的应用》(江浩，张微，油气田地面工程，1999.18)等对热泵在蒸发和蒸馏等应用情况以及存在的问题进行了较详细的归纳。
[0005]中国专利CN201410329144《一种热泵蒸馏节能装置》、中国专利CN96231119《多效热泵蒸馏水机》和中国专利CN200810232627《酒精发酵糟液热泵浓缩工艺及其装置》均采用了开式热泵技术将其与蒸发或蒸馏技术结合，从而获取良好的节能效益。但是，这些专利和相应技术所描述的均为系统已经达到稳定运行后的流程，这时热泵加压后的蒸汽恰好可以用于对物料加热，从而产生新的蒸汽达到物料的平衡。但是，在系统还未启动时，装置中并不存在蒸汽，因此也无法产生新的蒸汽。通常的做法是在设置辅助的电加热器或蒸汽使压缩机从十分小的流量逐渐向额定流量切换，这些方法都存在启动时间长，启动过程不稳定等缺点。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供热泵蒸馏装置及其启动方法。
[0007]为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
一种热泵蒸馏装置，包括蒸馏器，所述蒸馏器底部喷淋液出口和上部喷淋液入口之间通过管道连接有喷淋泵，所述蒸馏器中部放置有蒸发管，所述蒸发管入口与蒸馏器蒸汽出口之间通过管道连接有热泵压缩机，蒸发管出口通过管道与第一预热器热侧通道入口连接，所述蒸馏器下部物料出口通过管道与第二预热器热侧通道入口连接，所述第一预热器冷侧通道出口通过管道与第二预热器冷侧通道入口连接，第二预热器冷侧通道出口通道通过管道与蒸馏器中部物料入口连接；所述蒸馏器下部放置有辅热器，所述辅热器热侧通道入口通过管道分别与第四截止阀及第六截止阀出口连接，辅热器热侧通道出口通过管道与第一导热油泵入口连接，所述第一导热油泵出口通过管道分别与第三截止阀及第五截止阀入口连接，第三截止阀出口与第四截止阀入口之间通过管道连接有第一换热器，所述第一换热器放置在蓄热器底部，所述第六截止阀入口通过管道分别与第二导热油泵出口及第二截止阀入口连接，第二导热油泵入口通过管道与锅炉导热油出口连接，所述第五截止阀出口通道管道分别与第一截止阀出口及锅炉导热油入口连接，所述第一截止阀入口及第二截止阀出口之间通过管道连接有第二换热器，所述第二换热器放置在蓄热器底部；所述蓄热器蒸汽出口至冷凝器热侧通道入口之间通过管道连接有第七截止阀，冷凝器热侧通道出口通过管道与储液器入口连接，所述储液器出口至蓄热器液体入口之间通过管道连接有第九截止阀，所述冷凝器冷侧通道入口与第八截止阀入口连接。
[0008]优选的，所述蓄热器中充注有H2S04-H20、LiCl_H20、LiBr_H20、Na2S_H20或其他盐类酸类碱类二元水溶液.进一步的，所述压缩机为热泵蒸汽压缩机。
[0009]进一步的，所述压缩机的结构形式为无油螺杆压缩机、无油活塞压缩机、无油离心式压缩机或无油罗茨风机。
[0010]一种热泵蒸馏启动方法，其包括如下步骤:
步骤I)蓄热模式:所述第一截止阀、第二截止阀、第七截止阀和第八截止阀打开，所述第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀、第六截止阀和第九截止阀关闭，所述第二导热油泵开启，所述第一导热油泵、喷淋泵和热泵压缩机停止；所述锅炉加热导热油后，由所述第二导热油泵将导热油输送到第二换热器中，加热蓄热器中的二元水溶液，使水溶液中水分沸腾后变成水蒸气析出并经过第七截止阀后流入冷凝器的热侧通道，所述冷凝器冷侧通道中流过冷却水，使冷凝器热侧通道中的水蒸气凝结为液态水后流入储液器中，随着第二换热器中加热过程的进行，蓄热器中的二元水溶液中水分含量变少，溶液浓度提高逐渐形成浓溶液，蓄积热量，直至浓度达到设定值，完成蓄热过程；
步骤2)快速启动模式:所述第一截止阀、第二截止阀、第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀和第八截止阀关闭，所述第三截止阀和第四截止阀打开，所述第二导热油泵停止，第一导热油泵开启；打开所述第九截止阀，使储液器中的液态水通过第九截止阀流入蓄热器，稀释蓄热器在蓄热模式时生成的浓溶液，稀释过程中释放的热量加热导热油，并由第一导热油泵携带至辅热器热侧通道并释放出热量，加油蒸馏器底部物料产生蒸汽，直至蓄热器中压力达到设定值，完成启动过程；
步骤3)正常蒸馏模式:所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第七截止阀、第八截止阀和第九截止阀关闭，所述第五截止阀和第六截止阀打开，所述第一导热油泵停止，第二导热油泵开启；完成步骤2后，所述蒸馏器中压力达到了设定值，蒸馏器中充满物料蒸汽，开启热泵压缩机，从蒸馏器中抽取物料蒸汽，加压后送入蒸发管入口，开启喷淋泵，从蒸馏器底部喷淋液出口抽取物料，并送入蒸馏器上部喷淋液入口，使物料喷淋至蒸发管管外表面，蒸发管内物料蒸汽冷凝，释放热量，蒸发管管外物料液体蒸发，产生物料蒸汽，从而维持蒸馏器中压力和物料平衡，进入正常蒸馏过程。
本发明的有益效果是:
本发明通过溶液浓度差进行蓄热，由导热油锅炉在启动前将蓄热器中的二元溶液浓度提升来蓄积能量，启动过程中稀释二元溶液，从而释放出启动阶所需的大量热量，不仅可实现热泵蒸馏装置的快速启动，同时设置的导热油锅炉负荷小，其在正常工作情况下，仅用于补充热泵不足的热量，此外溶液差蓄热的蓄能密度大，且蓄热和放热过程中由于是液体与液体换热，因此换热系数高。
[0011]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
[0012]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明的热泵蒸馏装置流程示意图；
图中标号说明:
1、蒸馏器，2、热泵压缩机，3、蒸发管，4、锅炉，5、冷凝器，6、储液器，7、蓄热器，8、第一换热器，9、第二换热器，10、辅热器，11、第二预热器、12、第一预热器、101、第一截止阀，102、第二截止阀，103、第三截止阀，104、第四截止阀，105、第五截止阀，106、第六截止阀，107、第七截止阀，108、第八截止阀，109、第九截止阀，201、第一导热油泵，202、第二导热油泵，203、喷淋泵。
【具体实施方式】
[0013]下面将参考附图并结合实施例，来详述本发明的结构特点及技术实施过程:
一种热泵蒸馏装置，包括蒸馏器1，所述蒸馏器I底部喷淋液出口和上部喷淋液入口之间通过管道连接有喷淋泵203，所述蒸馏器I中部放置有蒸发管3，所述蒸发管3入口与蒸馏器I蒸汽出口之间通过管道连接有热泵压缩机2，蒸发管3出口通过管道与第一预热器12热侧通道入口连接，所述蒸馏器I下部物料出口通过管道与第二预热器11热侧通道入口连接，所述第一预热器12冷侧通道出口通过管道与第二预热器11冷侧通道入口连接，第二预热器11冷侧通道出口通道通过管道与蒸馏器I中部物料入口连接；所述蒸馏器I下部放置有辅热器10，所述辅热器10热侧通道入口通过管道分别与第四截止阀104及第六截止阀106出口连接，辅热器10热侧通道出口通过管道与第一导热油泵201入口连接，所述第一导热油泵201出口通过管道分别与第三截止阀103及第五截止阀105入口连接，第三截止阀103出口与第四截止阀104入口之间通过管道连接有第一换热器8，所述第一换热器8放置在蓄热器7底部，所述第六截止阀106入口通过管道分别与第二导热油泵202出口及第二截止阀102入口连接，第二导热油泵202入口通过管道与锅炉4导热油出口连接，所述第五截止阀105出口通道管道分别与第一截止阀101出口及锅炉4导热油入口连接，所述第一截止阀101入口及第二截止阀102出口之间通过管道连接有第二换热器9，所述第二换热器9放置在蓄热器7底部；所述蓄