精馏过程的节能途径及新型的精馏技术

1、精馏过程的节能途径及型的精馏技术摘 要精馏是化工、石化、医药等过程的重要单元操作，它是一类高能耗的单元过 程，其能耗约占化工生产的 60%，其节能途径包括多效精馏、热泵精馏、热耦精馏技术、内部热集成蒸馏塔、型高效分别技术等。多效精馏由 N 个并列操作的精馏塔构成，再沸器的加热蒸汽可削减到原来单效精馏所需加热蒸汽的 1/N 左右热泵精馏能使能耗削减 20%左右；热耦精馏比两个常规塔精馏可节约 30%左右；内部热集成蒸馏塔节约的能耗可达3060%这些技术已成功地完成了中试，节能可到达3060%。关键词精馏；节能前言操作，其中又以精馏的能耗居首位。精馏过程是一个简单的传质传热过程，表现为变量多，被控

2、变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理简单。 及操作参数设置往往欠合理。另外，由于精馏过程消耗的能量绝大局部并非用于组分分别， 热能，就能降低整个过程对能量的需求，削减能量的铺张，使节能收效也极为明显。据统计，在美国精馏过程的能耗占全国能耗的3，假设从中节约10，每年可节约5 亿美元。我国的炼油厂消耗的原油占其炼油量的810，其中很大一局部消耗于精馏过 程。因此，在当今能源紧缺的状况下，对精馏过程的节能争辩就显得格外重要。例如，美国巴特尔斯公司在波多黎各某芳烃装置的 8 个精馏塔上进展节能优化操作，每年可节约 310 万美元。 的分别效率，降低能耗和提高产品回收率；承受多效精馏技术、热泵技术

3、、热耦精馏技术、塔型和高效填料等。1、转变操作条件和方法选择适宜的回流比回流比越小，则净功耗越小。为此，应在可能条件下减小操作的回流比R。塔径将随回曾对70 个不同的烃类精馏塔统计计算，最优回流比R都在最小回流比的1.111.24 倍之opt挥发度接近于l 或分别要求很高则承受的R要显著地高于R在一般状况下假设在Roptminopt下操作，总费用大局部是加热蒸汽的费用，约占70，而冷却水的费用只占百分之几。但当塔项冷凝器温度低于大气温度时，即在低温冷凝时，冷冻费用便是主要的了。 产品，设计时有肯定的回流余量，余量越大，能耗越高。对于回流设置较大的精馏塔，在不降低产品质量等级的条件下，只要降低回

4、流量，即可降低塔底再沸器的能耗。选择适宜的操作压力压力上升，被分别物系的温度也相应增高。另一方面，加压精馏可充分利用廉价资源冰盐水的使用量，而相应降低了能耗。减压精馏可以使很多高沸点化合物在分别过程中避开使用高价值的加热介质承受蒸汽加热使用便利，价格低，同时由于传热系数大，有利于削减传热面积、节约投资； 同时减压精馏可以避开热敏化合物的分解或聚合，削减物料的损失而降低消耗。选择适宜的进料板位置和进料状态假设进塔的物料成分与加料板的成分差异较大，则应更换进料位置(一般塔都有几个进料 口可供调整) 将各种物料混合后进展单塔处理或一塔多股进料。实际证明多股进料完成一样的分别任务， 不行逆性，必定增加

5、精馏过程的能耗。进料状态将直接影响精馏塔的能耗q q 增大，蒸汽量增加，但分别效果得到改善。2、多效精馏多效精馏由 N 个并列操作的精馏塔构成， 操作压力由左至右逐效降低。前面较高压要冷却介质。承受 N 效蒸馏后，再沸器所需的加热蒸汽可削减到原来单效精馏所需加热蒸1/N 3040%。3、低温热泵精馏 压缩机，以转变冷凝或沸腾的温度。图 2 为最简洁的热泵精馏，在塔顶冷凝器和塔底再沸 缩机压缩，塔釜再沸器冷凝并放出热量，再经节流阀减压至塔顶冷凝器中蒸发。如此反复， 不断将热量从温度较低的冷凝器泵送至温度较高的再沸器2。4、热耦精馏技术20 世纪 60 年月提出的一种简单蒸馏技术，主要用于三元混合

6、物的分别。该类型塔已在 1989 年由德国 BASF 公司领先实现了工业化，与常规蒸馏塔相比热耦蒸馏可以节约能耗达 30%左右。可以用一个全塔和一个副塔代替两个完整的精馏塔，从全塔内引出一股液相物流直接作为副塔塔顶的液相回流，使副塔避开使用冷凝器和再沸器，实现了热量的耦合，称为热耦精馏。热耦精馏在热力学规塔精馏可节约能耗 30%Krupp Uhde 建成了工业化的热耦蒸馏塔，美国 UOP 公司在提纯粗庚烷装置中承受了立式隔板蒸馏塔(热耦蒸馏塔的一种)。它承受多股进料技术，并包括了吸取过程。从近年来的进展趋势看，热耦蒸馏的 工业应用有良好的前景。Agrawal 和 Fidkowski 从热力学效

7、率角度动身，分析了分别三元抱负饱和液体时热耦蒸馏与常规序列的差异。Schultz 等45承受当分别指数1 假设中间组分的含量较低，则不宜于选用热耦蒸馏的方案；当其摩尔分数超过 60%后，选用热耦蒸馏方案则比常规简洁方案削减能耗 10%。(2)当 ESI 0.91.1 时，无论中间组分 的(3)当 ESI1 时，不宜于选用热耦蒸馏方案。(4)如常规蒸馏 2 塔操作压力差较大，亦不宜选用热耦蒸馏方案。5、内部热集成蒸馏塔蒸馏塔相比节约的能耗可达 3060%这一设想最早于 20 世纪 60 Freshwatert 提出，其后不断有学者发表争辩成果。日本学者MNakaiwa 等在完成试验争辩的根底上，

8、已于 2022 年通过了该塔的中试，目前正朝着工业化的方向进展。内部热集成塔和传统的蒸馏塔有着相当大的区分塔釜再沸器已不再需要，原有的一个蒸馏塔被分成精馏和提馏 2 个塔，精馏塔放置在提馏塔内部。由于实施了内部热集成，故该类塔具有格外高的热力学效率。6、 承受型高效分别技术分别技术是通过塔设备实现的。对常规板式塔改造，承受高效导向筛板，可降低能耗， 提高生产力量7。高效导向筛板高效导向筛板是北京化工大学在对包括筛板塔板在内的各种塔板进展深入细致争辩的 根底，发挥筛板塔构造简洁、造价低廉的特点，抑制其漏点高、效率低的缺点，并且通过对 效塔板，其工作原理如图 6 所示。高效导向筛板是在高效导向筛板

9、上开设了大量筛孔及少 前进，抑制了原来塔板上的液面落差和液相返混，提高了生产力量和板效率，解决了堵塔、夜泛等问题。另外，在传统塔板上，由于液面梯度，在塔板的上游总存在个非活化区，在此区域内气流无法穿过液层而上升鼓泡。试验测定，非活化区的面积约占塔截面积的 1/3 左右能产生鼓泡，带来了良好的气液接触与传质。高效导向筛板具有以下特点：(1)生产力量 大；(2)效率高；(3)压降低；(4)抗堵力量强；(5)构造简洁，造价低廉。板填复合塔板板填复合塔板是北京化工大学对板式塔与填料塔进展深入争辩的根底上限大幅度提高，因此塔的操作弹性也大为提高。板填复合塔板的工作原理如图 7 所示。气体从塔板下方以肯定

10、的气速通过塔板上的开孔而进入提液管石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多种物系中得到成功应用。型高效填料体分布的均匀程度。型高效规整填料型高效规整填料主要包括金属板波浪填料和金属丝网波浪填料两大类理的和化学的方法处理后，填料的分别效率大为提高。主要优点有：(1)理论塔板数高，通 (2)(3)放大效应不明显。(4)适用于减压精馏，能够满足周密、大型、高真空精馏装置的要求， 犯难分别物系、热敏性物系及高纯度产品的精馏分别供给了有利的条件。型高效散堆填料金属鲍尔环填料金属鲍尔环填料是 20 世纪 40 年月德国 BASF 公司在拉西环填料的根底上开发的。2 5 个舌叶弯入环内指向环心，在中心处几乎相搭，上下 2 层窗孔的位置相互错开，一般开孔的总面积为整个环面积的 35%左右。由于在环壁上开了很多窗孔，使得填料层内的气、液分布状况及传质性能比拉西环有较大的改善。金属阶梯环填料阶梯环填料是 20 世纪 70 年月初由英国传质公司应用价值分析技术开发出来的一种改进的开孔环填料。这种填料降低了环的高度，并在环的 2 个侧端增加了锥形翻边，使其性能较鲍尔环填料有了较大的进步。在同样液体喷淋密