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节能型精馏优化研究 吉林化工学院 化工于材料工程学院 许杰 摘要：系统地对节能型精馏流程进行了研究，节能型精馏主要有多效精馏、热泵精馏、热偶精馏、中间换热等，并对流程特点进行了简析，精馏还可对塔板及填料物质进行优化以达到节能目的。 关键词：多效精馏、热泵精馏、热偶精馏、中间换热、塔板及填料物质的优化 1.引言 在化工生产过程中，分离是非常重要的一个过程单元，它直接决定了最终产品的质量和收率，工业生产中占据着主导地位的分离方法就是精馏，精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同，利用能量交换和气液间传质进行分离的单元操作，具有独特的优势。据估计，化工过程中40％一70％的能耗用于分离，而精馏能耗又占其中的95％。同时，同时精馏在热力学上是低效的耗能过程，有极高的热力学不可逆性。因此，在当今世界能源日益短缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要，它的每一个进展都会带来巨大的经济效益和社会效益。现代化工进程对节能工作非常重视，国内外投入大量人力、物力进行节能技术的开发，节能新技术、新工艺、新措施、新方法不断问世。 2.多效精馏 多效精馏是将原料分成大致相等的N股进料，分别送入压力依次递增的N个精馏塔中，N个塔的操作温度也依次递增。压力和温度较高塔的塔顶蒸汽向较低塔的塔釜再沸器供热，同时自身也被冷凝，以此类推，这样就节省了低压塔再沸器的能耗和高压塔冷凝器的水耗。在这个系统中，只需向第一个最高压力塔供热，系统即可进行工作，所需能量约为单塔能耗的1／N，如将三个塔串在一起采用三效精馏技术，其能耗仅用原来的1／3，节能幅度达到67％，节能效果非常明显。多效精馏由于效数增加，加热蒸气用量减少，能耗降低，但效数越多，设备投资费用增加，且受到第一级加热蒸气压力及末级冷却介质种类的限制，操作愈发困难，一般由单效改为双效可节能50％，双效到三效n增加17％，三效到四效r1仅增加了8％，可见，多效精馏后几效所产生的节能效果不断下降，因此工业上一般采用双效精馏，其工艺流程按加热蒸气和物料的流向不同，分为平流、顺流和逆流三种。 3.热泵精馏 热泵精馏是依据热力学第二定律，靠补偿或消耗机械功，将塔顶低温蒸气加压升温，作为高温塔釜的加热热源。热泵实质上是一种把冷凝器的热“泵送”到再沸器里的制冷系统。因回收的潜热用于过程本身，又省去了塔顶冷凝器冷却水和塔釜加热蒸气，热泵系统中压缩消耗的能量，是唯一由系统外提供的，相当于只有再沸器直接加热消耗能量的20％一40％，故可使精馏的能耗明显减少。节能效果一般由供热系数COP来衡量，它表示加入lkJ的压缩功可提供给再沸器多少千焦的热量，其值越大，效果越好。热泵精馏以工质的来源可分为两大类：一类是直接式热泵精馏，以塔中的物质为工质；另一类是间接式热泵精馏，以额外的循环物料为工质。 4.使用中间换热装置 对于塔顶塔底温差较大的精馏塔，可通过增设中间换热器的方式来节省或回收热(冷)量。增设的中间换热器改变了操作线斜率，利用了低品位能源：若塔上部的温度分布存在显著变化时，可在精馏段的某塔板间处设置中间冷凝器，并用低品位冷剂作为冷源，节省主冷凝器高品位冷剂的用量，以减少能耗，但其上方塔板的分离能力有所下降；若塔下方的温度分布存在显著变化，可在提馏段的某塔板问处设置中间再沸器，减少主再沸器高品位热量消耗，由于塔的热能有效降级，使得热效率提高，达到最大的节能效果，但其下方塔板分离能力被削弱，如当乙烯精馏塔装置中间再沸器的热负荷约为提馏段总热负荷的30％时，所节约的能量相当于整塔能耗的l7％左右。 5.热耦精馏技术 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，引出一股气相物流直接作为副塔塔底的气相回流，使副塔避免使用冷凝器和再沸器，实现了热量的耦合，称为热耦精馏。 6.采用新型高效分离技术 分离技术是通过塔设备实现的。对常规板式塔或填料进行改造，可降低能耗，提高生产能力。新型塔板有高效导向筛板、板填复合塔板等。高效筛板具有以下特点：(1)生产能力大；(2)效率高；(3)压降低；(4)抗堵能力强；(5)结构简单，造价低廉。 填料是填料塔最重要的传质内件，其性能主要取决于填料表面的湿润程度和气液两相流体分布的均匀程度。新型高效填料有金属鲍尔环填料、金属阶梯环填料、金属环矩鞍填料等。其主要优点有：(1)理论塔板数高，通量大，压力降低。(2)低负荷性能好，理论板数随气体负荷的降低而增加，没有低负荷极限。(3)放大效应不明显。(4)适用于减压精馏，能够满足精密、大型、高真空精馏装置的要求，为难分离物系、热敏性物系及高纯度产品的精馏分离提供了有利的条件。 7.加强操作控制管理 加强操作管理是最廉价的节能技术，其实质是使过程处于最佳运行状态，尽可减少不必要的能耗。具体措施有：严格控制产品质量；改进调节控