精餾干貨15多效精餾

1/915||多效精餾化工707導(dǎo)語：精餾是化工生產(chǎn)中的一個(gè)能耗大戶，為了降低其能耗，可以承受多種節(jié)能措施， 多效精餾〔Multi-effectDistillation〕就是其中之一。多效精餾原理多效精餾是通過擴(kuò)展工藝流程，來降低精餾操作能耗的一種途徑。其根本原理是：重復(fù)使用供給精餾塔的能量，以提高熱力學(xué)效率。具體做法是：以多塔代替單塔，將一個(gè)分別任務(wù)分解為由假設(shè)干個(gè)操作壓力不同的塔來完成， 每一個(gè)精餾塔成為一效，將前一效塔頂蒸汽作為后一效塔底再沸器的加熱蒸汽 以此類推直至最終一個(gè)塔，如圖 1所示。在多效精餾過程中，各塔的操作壓力不同，前一效壓力高于后一效壓力，前一效塔頂蒸汽冷凝溫度略高于后一效塔釜液的沸點(diǎn)溫度。因此，多效精餾充分利用了冷熱介質(zhì)之間過剩的溫差，特點(diǎn)在于其能位不是一次性降級(jí)的，而是逐塔逐級(jí)降低的。這樣，在整個(gè)流程中，只需第一效參加穎蒸汽，最終一效參加冷凝介質(zhì)，而中間各塔則不再需要外加蒸汽和冷凝介質(zhì)，由此到達(dá)了節(jié)能的目的?！睵1＞P2＞…＞PN〕多效精餾流程多效精餾的工藝流程依據(jù)加熱蒸汽和物料的流向不同，通常分為三大類:并〔順〕流〔從高壓塔進(jìn)料〕、逆流〔從低壓塔進(jìn)料〕和平流〔每效均有進(jìn)料〕，三種典型多效精餾流程如圖 2所示。⑴多效順流精餾是工業(yè)中最常見的流程模式，見圖2〔a〕，物料和蒸汽的流淌方向一樣。優(yōu)點(diǎn)是：溶液從壓力和溫度較高的一效流向壓力和溫度較低力，而不需要泵。同時(shí)，當(dāng)前一效溶液流入溫度和壓力較低的后一效時(shí)，溶液會(huì)自動(dòng)蒸發(fā)，可以產(chǎn)生更多的二次蒸汽。此外，此種流程操作簡潔，工藝條件穩(wěn)定。但缺點(diǎn)是隨著溶液從前一效漸漸流向后面各效，其濃度漸漸增高，但是其操作溫度反而降低，導(dǎo)致溶液的黏度增大，總傳熱系數(shù)漸漸下降。因此，對(duì)于隨組成濃度增大其溶液黏度變化很大的溶液不宜承受。流程見圖2〔b〕，物料和加熱蒸汽的流淌方向相反，物料從最終一效進(jìn)入，用泵依次送往前一效，由第一效排出；而加熱蒸汽由第一效進(jìn)入。優(yōu)點(diǎn)是：溶液的濃度越大精餾塔的操作溫度也越高，因此因組成濃度增大使黏度增大的影響大致與因溫度上升使黏度降低的影響相抵消，故各效的傳熱系數(shù)也大致一樣。缺點(diǎn)是：溶液在效間的流淌是由低壓塔流向高壓塔，由低溫流向高溫，因此必需用泵輸送，動(dòng)力消耗較大。此外，各效進(jìn)料均低于沸點(diǎn)，沒有自蒸發(fā)，與并流流程比照，各效產(chǎn)生的二次蒸汽較少。一般來說，多效逆流流程適用于黏度隨溫度和組成變化較大的溶液，但不適用于熱敏性物料的分別。⑶多效平流流程如圖2〔c〕，原料液平行參加各效，分別后溶液也分別由各效排解。蒸汽由第一效流向末效，二次蒸汽屢次利用。此種流程適用于處理精餾過程中有結(jié)晶析出的溶液，如某些無機(jī)鹽溶液的精餾分別，過程中析出結(jié)晶而不便于效間輸送，則可以承受多效平流流程。多效精餾的節(jié)能效果和效數(shù)一般來說，多效精餾的節(jié)能效果是以其效數(shù)來打算的。理論上，與單塔相比，雙塔組成的雙效精餾的節(jié)能效果為 三效精餾的節(jié)能效果為 67%，四效精餾節(jié)能效果為 75%，由此類推，對(duì)于N效精餾，其節(jié)能效果為：式中η為節(jié)能效果，N為效數(shù)。由此可以看到同樣增加一個(gè)塔，從單塔精餾到雙塔精餾的節(jié)能效果可達(dá)508%，所以在承受多效精餾節(jié)能時(shí)，要考慮到節(jié)約的能量與增加的設(shè)備投資間的關(guān)系。在效數(shù)到達(dá)肯定程度后，再增加效數(shù)季節(jié)能效果已不太明顯。需要說明的是，上述的節(jié)能效果為理論值，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)則要低于理論值。隨著效數(shù)的增加，加熱蒸汽的消耗量削減，操作費(fèi)用降低，但同時(shí)設(shè)備投資費(fèi)增大。同時(shí)效數(shù)的增加又使傳熱溫差減小，傳熱面積增大，故換熱器的投資也增大。因此應(yīng)在全面權(quán)衡節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益的根底上確定， 通常多承受雙效精餾，個(gè)別流程承受三效精餾，極少超過三效精餾 。多效精餾應(yīng)用準(zhǔn)則在多效精餾應(yīng)用中，一般適用于非熱敏性物料的分別，并且只要精餾塔塔底和塔頂溫差比實(shí)際可用的加熱劑和冷卻劑溫差小得多，就可以考慮承受多效精餾。但是，實(shí)際上 多效精餾要受到以下很多因素的影響和限制 。⑴效數(shù)的增加受到第一級(jí)加熱蒸汽壓力及末級(jí)冷卻介質(zhì)種類的限制，第一效的最高操作壓力必需低于塔內(nèi)物料的臨界壓力；對(duì)熱敏物質(zhì)，第一效的溫度不能高于其熱分解溫度。⑵再沸器的設(shè)計(jì)溫度最高不得超過可用熱源的溫度。⑶塔的最低操作壓力通常要依據(jù)冷卻介質(zhì)的冷卻力量而定，要保證所承受的冷卻介質(zhì)可以冷卻塔頂氣相。⑷各塔之間必需有足夠的壓差和溫差， 以便有足夠的冷凝器和再沸器推動(dòng)力。⑸效數(shù)的增多使操作更加困難，兩塔之間的熱耦合，需配備更高級(jí)的掌握系統(tǒng)。另外，還需考慮體系相對(duì)揮發(fā)度、進(jìn)料組成及熱狀態(tài)、板效率以及現(xiàn)有塔的利用等因素?？傊诳紤]多效精餾節(jié)能方案時(shí)，要從系統(tǒng)的全過程進(jìn)展分析、評(píng)估，以便選擇滿足工藝要求的最正確流程方案。多效精餾主要應(yīng)用在小規(guī)模的分別上 比方乙醇行業(yè)中廣泛應(yīng)用的差壓蒸餾技術(shù)〔也叫多效精餾〕，其廣泛應(yīng)用的緣由是和石化行業(yè)相比其規(guī)模和分別板數(shù)都太少，而規(guī)模較大的石化行業(yè)，較常用的方法是設(shè)置中間再沸器和中間冷凝器。多效精餾應(yīng)用實(shí)例——甲醇 -水分別順流雙效精餾流程如圖 3所示， 常壓-減壓塔流程。T1為常壓塔，則T1塔頂壓力〔A〕為101kPa，甲醇質(zhì)量P，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.995，溫度為64.6℃。依據(jù)物料衡算可得D1+D2=796kg/h，T2塔釜物流W2中甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.039。為使熱量順流從 T1塔頂送入T2塔釜，則T2塔釜溫度不能超過64.6℃〔本應(yīng)用中不考慮傳熱溫差，近似認(rèn)為減壓塔塔釜溫度為64.6℃〕，經(jīng)計(jì)算，甲醇-水混合物在甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 溫度為64.6℃下的飽和氣體壓力為 25.1kPa，不考慮塔壓降，則T2的全塔操作壓力為 25.1kPa。TT1和T2均為15塊理論板，進(jìn)料位置為第10塊塔板，回流比分別為1和0.8。經(jīng)試差計(jì)算得 T1塔頂采出量為380kg/h，T2塔頂采出量為416kg/h。通過計(jì)算得T1塔釜再沸器溫度為72.2℃，再沸器熱負(fù)荷為 284kW，與單塔流程相比可以節(jié)能