双效精馏节能研究进展.doc

双效精馏节能的研究进展 代文阳 摘要：综述了双效精馏的类型，优化设计的研究进展。总结了早期的双效精馏的优化过程模型以及研究现状，即对目前的研究状态有一个认识，主要使用模拟软件对双效精馏过程的模拟进行优化和控制，最后展望了双效精馏的发展趋势。 关键词：双效精馏；类型；研究进展；优化 前言 在化工生产过程中，产品的分离提纯是一个非常重要的单元操作过程，它关系着产品最终的质量、收率和转化率。而在工业中，产品最主要的分离提纯方法是精馏，精馏过程又是一个非常耗能的单元操作过程，那么精馏过程的节能就成为了精馏研究的一项主要任务。精馏过程的节能方法有单塔热回收、双效精馏、热泵精馏和热偶精馏等。双效精馏是精馏过程中的一种主要的节能方法。双效精馏主要是利用给定的能量来提高精馏设备的热力学效率，进而起到节能的目的。随着世界能源的短缺，节能的每一步进展都会给世界带来巨大的经济效益。 双效精馏的类型与发展 双效精馏主要是利用两个精馏塔的压力的不同设计的。利用加压精馏塔冷凝器作为热源，向常压精馏塔再沸器(热肼)供热，将加压精馏塔冷凝器和常压精馏塔再沸器耦合成冷凝再沸器，实现热集成，达到节能目的[1-3]。按照进料方向与操作压力梯度方向是否一致，双效精馏主要分为双效顺流、双效平流、双效逆流[4]。 2-1、双效顺流的研究进展 双效顺流是流程向高压塔提供热量，高压塔顶蒸汽的冷凝热供低压塔底再沸器使用，高压塔的釜底液作为低压塔的原料液，其流程见图1。 1 - 高压塔 2 - 高压塔再沸器 3 - 低压塔再沸器 4 - 低压塔 5 - 冷凝器 图1 王以清[5]在2002年研究了双效精馏流程的节能分析，肖丰和高维平在2006年对双效顺流进行了过程模拟和优化设计[6],主要是介绍了顺流双效HGL精馏流程，通过建立数模，采用简捷优化法与逐板严格计算相结合的方法来优化设计，并列举实例考证数模的通用性，最终分析评价了节能的效果，节能可达到30%。同年，张鹏等人研究了进料组成对节能效果的影响[7]，得出了顺流双效适用于重组分含量高时，最大节能率可达50%。在2007年，杨家军、肖丰等人又再次对顺流双效HGL精馏流程进一步研究，提出了顺流双效HGL精馏装置的优化[8]，主要是对进料位置优化设计。在一定的条件下，改变高压塔进料板的位置，应用工程模拟软件，选用UNIOUAC热力学状态方程，对以上精馏过程进模拟，得出高压塔进料板位置与回流比的关系曲线，从而得到高压塔的最佳进料位置，用同样的方法可以得到低压塔的最佳进料位置。并从塔的理论板数和总费用之间的关系评估设备费用，得出了双效顺流的节能潜力。近几年来，双效顺流的节能主要是利用ASPEN PLUS中的化工模拟软件中的RADFRAC模块，使用热力学计算模型，对过程进行模拟。以能耗为目标函数，塔顶的蒸汽量作为决策变量，来确定最佳的操作条件。主要包括两塔的操作压力，进而决定操作温度，回流比，进料位置，确定最优的工艺流程。刘启魁等在2011年利用流程模拟软件ProⅡ对甲醇双效精馏过程进行了参数优化[9]，通过改变高压塔的压力，采出比例，找出最佳的压力值和回流比，达到节能效果。 2-2、双效平流的研究进展 双效平流主要是高、低压塔分别进料，塔顶和塔底都有产品的采出。只给高压塔提供热源，工作蒸汽的走向与双效顺流精馏相同，高压塔顶冷凝释放的潜热做为低压塔再沸器的热源，这样就较大程度上节省了能源。如图2。 1 - 高压塔 2 - 高压塔再沸器 3 - 低压塔再沸器 4 - 低压塔 5 - 冷凝器 图2 以往国内外主要对多效精馏过程的研究多注重流程的种类、流程的特点以及节能效果对比等[10-13]。Tyreus和Luybene在1975年研究了多效精馏的节能情况[14].高维平、杨莹在1994年对平流双效精馏过程进行了研究[15]，得出了平流双效精馏流程适用于分离低沸组分浓度大于高沸组分浓度的双组分物系。当热源温度较高,再沸器中有足够的传热温差和需要高回流比时，使用平流双效精馏较好。加热蒸汽和冷却水所耗费用比单塔节省，节省率高达40%到50%。虽然设备投资增加了,但年费用节省40%以上,因此采用平流双效精馏节能效果十分显著。张鹏等人在2006年研究了进料组成对节能效果的影响，得到了同样的进料组分对节能的影响结果。王桂云等在2007年研究了双效精馏节能的影响因素[16]，主要讨论了塔的操作压力，进料分配比和回流比对精馏节能的影响。近几年来，平流双效精馏流程的研究主要是采用优化设计的方法，通过建立数学模型，并通过实例来验证数学模型的通用性，来考察节能的效果。然后提出一些优化设计的计算方法，分析优化各个工艺参数，进而得到最优的设计方案。 2-3、双效逆流的研究进展 双效逆流精馏操作流程是物料从低压塔进料，加热蒸汽从高压塔再沸器进入，产生的高压