精餾過程的節(jié)能途徑及新型的精餾技術(shù)

1、精餾過程的節(jié)能途徑及型的精餾技術(shù)摘 要精餾是化工、石化、醫(yī)藥等過程的重要單元操作，它是一類高能耗的單元過 程，其能耗約占化工生產(chǎn)的 60%，其節(jié)能途徑包括多效精餾、熱泵精餾、熱耦精餾技術(shù)、內(nèi)部熱集成蒸餾塔、型高效分別技術(shù)等。多效精餾由 N 個并列操作的精餾塔構(gòu)成，再沸器的加熱蒸汽可削減到原來單效精餾所需加熱蒸汽的 1/N 左右熱泵精餾能使能耗削減 20%左右；熱耦精餾比兩個常規(guī)塔精餾可節(jié)約 30%左右；內(nèi)部熱集成蒸餾塔節(jié)約的能耗可達3060%這些技術(shù)已成功地完成了中試，節(jié)能可到達3060%。關(guān)鍵詞精餾；節(jié)能前言操作，其中又以精餾的能耗居首位。精餾過程是一個簡單的傳質(zhì)傳熱過程，表現(xiàn)為變量多，被控

2、變量多，可操縱的變量也多；過程動態(tài)和機理簡單。 及操作參數(shù)設(shè)置往往欠合理。另外，由于精餾過程消耗的能量絕大局部并非用于組分分別， 熱能，就能降低整個過程對能量的需求，削減能量的鋪張，使節(jié)能收效也極為明顯。據(jù)統(tǒng)計，在美國精餾過程的能耗占全國能耗的3，假設(shè)從中節(jié)約10，每年可節(jié)約5 億美元。我國的煉油廠消耗的原油占其煉油量的810，其中很大一局部消耗于精餾過 程。因此，在當今能源緊缺的狀況下，對精餾過程的節(jié)能爭辯就顯得格外重要。例如，美國巴特爾斯公司在波多黎各某芳烴裝置的 8 個精餾塔上進展節(jié)能優(yōu)化操作，每年可節(jié)約 310 萬美元。 的分別效率，降低能耗和提高產(chǎn)品回收率；承受多效精餾技術(shù)、熱泵技術(shù)

3、、熱耦精餾技術(shù)、塔型和高效填料等。1、轉(zhuǎn)變操作條件和方法選擇適宜的回流比回流比越小，則凈功耗越小。為此，應在可能條件下減小操作的回流比R。塔徑將隨回曾對70 個不同的烴類精餾塔統(tǒng)計計算，最優(yōu)回流比R都在最小回流比的1.111.24 倍之opt揮發(fā)度接近于l 或分別要求很高則承受的R要顯著地高于R在一般狀況下假設(shè)在Roptminopt下操作，總費用大局部是加熱蒸汽的費用，約占70，而冷卻水的費用只占百分之幾。但當塔項冷凝器溫度低于大氣溫度時，即在低溫冷凝時，冷凍費用便是主要的了。 產(chǎn)品，設(shè)計時有肯定的回流余量，余量越大，能耗越高。對于回流設(shè)置較大的精餾塔，在不降低產(chǎn)品質(zhì)量等級的條件下，只要降低回

4、流量，即可降低塔底再沸器的能耗。選擇適宜的操作壓力壓力上升，被分別物系的溫度也相應增高。另一方面，加壓精餾可充分利用廉價資源冰鹽水的使用量，而相應降低了能耗。減壓精餾可以使很多高沸點化合物在分別過程中避開使用高價值的加熱介質(zhì)承受蒸汽加熱使用便利，價格低，同時由于傳熱系數(shù)大，有利于削減傳熱面積、節(jié)約投資； 同時減壓精餾可以避開熱敏化合物的分解或聚合，削減物料的損失而降低消耗。選擇適宜的進料板位置和進料狀態(tài)假設(shè)進塔的物料成分與加料板的成分差異較大，則應更換進料位置(一般塔都有幾個進料 口可供調(diào)整) 將各種物料混合后進展單塔處理或一塔多股進料。實際證明多股進料完成一樣的分別任務(wù)， 不行逆性，必定增加

5、精餾過程的能耗。進料狀態(tài)將直接影響精餾塔的能耗q q 增大，蒸汽量增加，但分別效果得到改善。2、多效精餾多效精餾由 N 個并列操作的精餾塔構(gòu)成， 操作壓力由左至右逐效降低。前面較高壓要冷卻介質(zhì)。承受 N 效蒸餾后，再沸器所需的加熱蒸汽可削減到原來單效精餾所需加熱蒸1/N 3040%。3、低溫熱泵精餾 壓縮機，以轉(zhuǎn)變冷凝或沸騰的溫度。圖 2 為最簡潔的熱泵精餾，在塔頂冷凝器和塔底再沸 縮機壓縮，塔釜再沸器冷凝并放出熱量，再經(jīng)節(jié)流閥減壓至塔頂冷凝器中蒸發(fā)。如此反復， 不斷將熱量從溫度較低的冷凝器泵送至溫度較高的再沸器2。4、熱耦精餾技術(shù)20 世紀 60 年月提出的一種簡單蒸餾技術(shù)，主要用于三元混合

6、物的分別。該類型塔已在 1989 年由德國 BASF 公司領(lǐng)先實現(xiàn)了工業(yè)化，與常規(guī)蒸餾塔相比熱耦蒸餾可以節(jié)約能耗達 30%左右?？梢杂靡粋€全塔和一個副塔代替兩個完整的精餾塔，從全塔內(nèi)引出一股液相物流直接作為副塔塔頂?shù)囊合嗷亓鳎垢彼荛_使用冷凝器和再沸器，實現(xiàn)了熱量的耦合，稱為熱耦精餾。熱耦精餾在熱力學規(guī)塔精餾可節(jié)約能耗 30%Krupp Uhde 建成了工業(yè)化的熱耦蒸餾塔，美國 UOP 公司在提純粗庚烷裝置中承受了立式隔板蒸餾塔(熱耦蒸餾塔的一種)。它承受多股進料技術(shù)，并包括了吸取過程。從近年來的進展趨勢看，熱耦蒸餾的 工業(yè)應用有良好的前景。Agrawal 和 Fidkowski 從熱力學效

7、率角度動身，分析了分別三元抱負飽和液體時熱耦蒸餾與常規(guī)序列的差異。Schultz 等45承受當分別指數(shù)1 假設(shè)中間組分的含量較低，則不宜于選用熱耦蒸餾的方案；當其摩爾分數(shù)超過 60%后，選用熱耦蒸餾方案則比常規(guī)簡潔方案削減能耗 10%。(2)當 ESI 0.91.1 時，無論中間組分 的(3)當 ESI1 時，不宜于選用熱耦蒸餾方案。(4)如常規(guī)蒸餾 2 塔操作壓力差較大，亦不宜選用熱耦蒸餾方案。5、內(nèi)部熱集成蒸餾塔蒸餾塔相比節(jié)約的能耗可達 3060%這一設(shè)想最早于 20 世紀 60 Freshwatert 提出，其后不斷有學者發(fā)表爭辯成果。日本學者MNakaiwa 等在完成試驗爭辯的根底上，

8、已于 2022 年通過了該塔的中試，目前正朝著工業(yè)化的方向進展。內(nèi)部熱集成塔和傳統(tǒng)的蒸餾塔有著相當大的區(qū)分塔釜再沸器已不再需要，原有的一個蒸餾塔被分成精餾和提餾 2 個塔，精餾塔放置在提餾塔內(nèi)部。由于實施了內(nèi)部熱集成，故該類塔具有格外高的熱力學效率。6、 承受型高效分別技術(shù)分別技術(shù)是通過塔設(shè)備實現(xiàn)的。對常規(guī)板式塔改造，承受高效導向篩板，可降低能耗， 提高生產(chǎn)力量7。高效導向篩板高效導向篩板是北京化工大學在對包括篩板塔板在內(nèi)的各種塔板進展深入細致爭辯的 根底，發(fā)揮篩板塔構(gòu)造簡潔、造價低廉的特點，抑制其漏點高、效率低的缺點，并且通過對 效塔板，其工作原理如圖 6 所示。高效導向篩板是在高效導向篩板

9、上開設(shè)了大量篩孔及少 前進，抑制了原來塔板上的液面落差和液相返混，提高了生產(chǎn)力量和板效率，解決了堵塔、夜泛等問題。另外，在傳統(tǒng)塔板上，由于液面梯度，在塔板的上游總存在個非活化區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)氣流無法穿過液層而上升鼓泡。試驗測定，非活化區(qū)的面積約占塔截面積的 1/3 左右能產(chǎn)生鼓泡，帶來了良好的氣液接觸與傳質(zhì)。高效導向篩板具有以下特點：(1)生產(chǎn)力量 大；(2)效率高；(3)壓降低；(4)抗堵力量強；(5)構(gòu)造簡潔，造價低廉。板填復合塔板板填復合塔板是北京化工大學對板式塔與填料塔進展深入爭辯的根底上限大幅度提高，因此塔的操作彈性也大為提高。板填復合塔板的工作原理如圖 7 所示。氣體從塔板下方以肯定

10、的氣速通過塔板上的開孔而進入提液管石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多種物系中得到成功應用。型高效填料體分布的均勻程度。型高效規(guī)整填料型高效規(guī)整填料主要包括金屬板波浪填料和金屬絲網(wǎng)波浪填料兩大類理的和化學的方法處理后，填料的分別效率大為提高。主要優(yōu)點有：(1)理論塔板數(shù)高，通 (2)(3)放大效應不明顯。(4)適用于減壓精餾，能夠滿足周密、大型、高真空精餾裝置的要求， 犯難分別物系、熱敏性物系及高純度產(chǎn)品的精餾分別供給了有利的條件。型高效散堆填料金屬鮑爾環(huán)填料金屬鮑爾環(huán)填料是 20 世紀 40 年月德國 BASF 公司在拉西環(huán)填料的根底上開發(fā)的。2 5 個舌葉彎入環(huán)內(nèi)指向環(huán)心，在中心處幾乎相搭，上下 2 層窗孔的位置相互錯開，一般開孔的總面積為整個環(huán)面積的 35%左右。由于在環(huán)壁上開了很多窗孔，使得填料層內(nèi)的氣、液分布狀況及傳質(zhì)性能比拉西環(huán)有較大的改善。金屬階梯環(huán)填料階梯環(huán)填料是 20 世紀 70 年月初由英國傳質(zhì)公司應用價值分析技術(shù)開發(fā)出來的一種改進的開孔環(huán)填料。這種填料降低了環(huán)的高度，并在環(huán)的 2 個側(cè)端增加了錐形翻邊，使其性能較鮑爾環(huán)填料有了較大的進步。在同樣液體噴淋密