论精馏节能技术
论精馏节能技术
摘要：文章介绍了在精馏分离操作中，通过蒸馏过程热能的充分利用、减少蒸馏过程本身对能量的需要、提高蒸馏系统的热力学效率、采用混合系统、加强管理五个方面的举措，从而达到了节能的目的。关键词：精馏；节能；精馏能耗
1 前言
在工业生产中，石油化学工业的能耗所占比例最大，而石油化学工业中能耗最大者为分离操作，其中又以精馏的能耗居首位。因此，在当今能源紧缺的情况下，对精馏过程的节能研究，就显得十分重要。本文主要讨论精馏过程的节能。
蒸馏过程的节能基本上可从以下几个方面着手：( 1 )蒸馏过程热能的充分利用；( 2 )减少蒸馏过程本身对能量的需要；( 3 )提高蒸馏系统的热力学效率：( 4 )采用混合系统；( 5 )加强管理。
2 节能举措
2.1 蒸馏过程热能的充分利用
精馏过程中，所需的热量全部由加热蒸汽经再沸器输入，分离后的余热Q，由冷却介质从冷凝器移出。合理利用精馏过程本身的热能，就能降低整个过程对能量的需求，减少能量的浪费。
主要方法有：加强保温保冷；高温物料显热和潜热的利用，在高温蒸馏时回收塔顶物料蒸汽的潜热，塔顶冷凝器用作蒸汽发生器；改进热的利用，包括增强传热面积和采用空气冷却器或蒸发冷却器代替水冷却器等方法；利用夹点技术对换热网络进行优化，在换热网络的合成中，利用夹点技术考虑各种物流匹配，使换热网络的热量利用达到最优。
2.2 减少蒸馏过程本身对能量的需要
减少精馏过程对能量的需要是从根本上进行节能的方法，主要应该考虑分离序列的选择和操作条件的优化。
这一点的主要措施有：优化多塔精馏的排列顺序；改变换作条件和方法，选择适宜的回流比、操作压力、进料板位置、进料状态、采用效率高、压降低的新型塔板如伞形气帽、浮动筛板、新垂直筛板及穿流式浮板等；采用高效换热设备。
2.3 提高蒸馏系统的热力学效率
提高蒸馏系统的热力学效率可行的方法有：
2.3.1 多效精馏
多效精馏将前级塔顶冷凝器与次级塔釜再沸器合二为一，即将前级塔顶蒸汽冷凝所放出的热量用作次级釜液汽化，其原理与多效蒸发相同。多效精馏后几效所产生的节能效果不断下降，而由于效数增加所带来的负面影响却急剧增大，因此工业上一般采用双效精馏。双效精馏按照加热蒸汽与物流的流向，分为顺流法、平流法和逆流法等。
2.3.2 热泵精馏
热泵实质上是一种把冷凝器的热“泵送”到再沸器里去的制冷系统。热泵精馏是依据热力学第二定律，给系统加入一定的机械功，将温度较低的塔顶蒸汽加压升温，作为高温塔釜的热源。因为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汽，故可使精馏的能耗明显减少。
2.3.3 应用中间再沸器和中间冷凝器
对于精馏过程顶底温差较大的精馏塔，如果在精馏段设置中间冷凝器，就可用比塔顶冷凝器温度稍高而价格较低的冷剂作为冷源，而节省较低温度的冷却介质。同理在提馏段设置中间再沸器，就可用温度比塔底再沸器稍低而价格较低的热剂作为热源，达到节能目的。
2.3.4 采用混合系统
当要求精馏塔的产品纯度很高时，必须要求理论板数多，回流比也相应很大，往往导致产品浓度提高有限而能耗却大幅度增加，这时就应当考虑用混合系统来代替单纯精馏。主要有精馏+膜分离混合系统；精馏+ 吸收混合系统；精馏+ 反应混合系统。
2.3.5 加强管理
加强操作管理是最廉价的节能技术，其实质是使过程经常在最佳状态附近运行，以尽量减少不必要的能耗。具体措施有：( 1 )严格控制产品质量；( 2 )改进调节系统。另外，加强设备维修保养，保证所有设备处于最佳传热状态，减少开停车；提高有关人员技术素质和操作水平，降低人为造成的热量浪费也是节能的一个重要方面。
3 总结
综上所述，降低精馏系统能耗的途径是多种多样的，无论采用哪种措施，均可取得一定程度的节能效果，但最终评价则取决于经济效益。在多数情况下，采用节能技术会使操作费用减小，但增加了节能设备而使设备投资增大。所以最大限度地节能不一定是最经济的，而且节能措施往往使操作变得更为复杂，要求较高的控制水平，这在应用节能技术时是不能忽视的，必须综合权衡，采取最佳方案。
精馏节能技术
热泵精馏工艺分析 化工行业是能耗大户，其中精馏又是能耗极高的单元操作，而传统的精馏方式热力学效率很低，能量浪费很大。如何降低精馏塔的能耗，充分利用低温热源，已成为人们普遍关注的问题。对此人们提出了许多节能措施，通过大量的理论分析、实验研究以及工业应用表明其中节能效果比较显著的是热泵精馏技术。热泵精馏是把精馏塔塔顶蒸汽加压升温，使其用作塔底再沸器的热源，回收塔顶蒸汽的冷凝潜热。 热泵精馏在下述场合应用，有望取得良好效果： (1)塔顶和塔底温差较小，因为压缩机的功耗主要取决于温差，温差越大，压缩机的功耗越大。据国外文献报导，只要塔顶和塔底温差小于36℃，就可以获得较好的经济效果。 (2)沸点相近组分的分离，按常规方法，蒸馏塔需要较多的塔盘及较大的回流比，才能得到合格的产品，而且加热用的蒸汽或冷却用的循环水都比较多。若采用热泵技术一般可取得较明显的经济效益。 (3)工厂蒸汽供应不足或价格偏高,有必要减少蒸汽用量或取消再沸器时。 (4)冷却水不足或者冷却水温偏高、价格偏贵，需要采用制冷技术或其他方法解决冷却问题时。 (5)一般蒸馏塔塔顶温度在38～138℃之间,如果用热泵流程对缩短投资回收期有利就可以采用，但是如果有较便宜的低压蒸汽和冷却介质来源，用热泵流程就不一定有利。 (6)蒸馏塔底再沸器温度在300℃以上，采用热泵流程往往是不合适的。 以上只是对一般情况而言,对于某个具体工艺过程，还要进行全面的经济技术评定之后才能确定。 根据热泵所消耗的外界能量不同，热泵精馏可分为蒸汽加压方式和吸收式两种类型 1.蒸汽加压方式 蒸汽加压方式热泵精馏有两种：蒸汽压缩机方式和蒸汽喷射式。 1.1蒸汽压缩机方式 蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接压缩式、分割式和塔釜液体闪蒸再沸式流程。 1.1.1间接式 当塔顶气体具有腐蚀性或塔顶气体为热敏性产品或塔顶产品不宜压缩时，可以采用间接式热泵精馏，见图1。
精馏过程的节能降耗
炼油、石化生产过程中大量存在的分离、换热和反应工序,节能潜力巨大。能源是社会发展和进步的重要物质基础。我国的能源储量以及一次能源的开发和消费量居世界前列,而能源的总利用率则远低于欧美和日本。化学工业是个耗能大户,能耗量约占全国能源总消费的9%-10%,占工业用能的13%-15%,因此,化工节能对缓解我国能源的供需矛盾影响很大。在当前世界性的能源危机面前,化学工业必须首先关注节能降耗和节能新技术的研究应用。本文就我国化学工业中最普通也是能耗较多的分离过程这一领域中的一些节能现状作一粗略介绍。 一精馏过程的节能降耗 精馏技术是化工领域中最为成熟，应用最为广泛且必不可少的单元操作，同时也是工业过程中能耗和设备投资高的设备，在炼油、石化等行业中，其能耗占全过程总能耗的一半以上。因此对精馏过程节能技术的研究具有极其重要的意义。国内外已开发并应用了一些节能型耦合精馏塔，如反应精馏塔（Reactive Distillation Column）、热耦合精馏塔（Petlyuk Column）、隔板精馏塔（Dividi Wall Column，简称DWC）等。 精馏过程的节能主要有以下几种基本方式:提高塔的分离效率,降低能耗和提高产品回收率;采用多效精馏技术;采用热泵技术等。 板式塔 1.1.1高效导向筛板 高效导向筛板具有生产能力大、塔板效率高、塔压降低、结构简单、造价低廉、维修方便的特点,目前已广泛应用于化学工业、石油化工、精细化工、轻工化工、医药工业、香料工业、原子能工业等。 1.1.2板填复合塔板 板填复合塔板充分利用板式塔中塔板间距的空隙,设置高效填料,以降低雾沫夹带,提高气体在塔内的流速和塔的生产能力。同时气液在高效填料表面再次传质,进一步提高了塔板效率。由于负荷下限未变而上限大幅度提高,因此塔的操作弹性也大为提高。板填复合塔板已在石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多种物系中得到成功应用。 1.1.3复杂精馏塔 传统的精馏塔及其精馏序列已不适应当前过程集成、设备集成的发展趋势。武吴宇【1】等进行了复杂精馏塔的研究,与传统精馏塔的一股进料二股产品的精馏塔比较,能够产生相当大的能量消耗及成本上的节约。复杂塔还适合更新设计,因为它经常可以通过对现有塔进行微小的改动来实行。在所有可能的多组分精馏过程新方案中,热偶精馏在能量和投资费用的节约上都非常有前途。他们采用 Underwood方程和Vmin分析了多组分热偶精馏的最小能耗;主要探讨了用详细的塔模型来进行多组分热偶精馏塔的设计,所建立的塔模型既能够描述传统塔又可以描述热偶精馏塔,并允许不同的选择结构互相比较:提出了以能量消耗最小为目标的,多组分混合物分离的热偶精馏序列的整体优化方法。他们以四组分烷烃混合物的分离为例,根据详细的热偶精馏塔数学模型,计算了热偶精馏的能耗、年总费用,并比较了各种热偶方案的节能效果。以能量消耗最小为目标,对两种热偶精馏序列进行了整体优化。 填料塔 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。 1.2.1新型高效规整填料 高效导向筛板是北京化工大学科研人员在对包括筛板塔板在内的各种塔板进行深入研究、综合比较的基础上,结合塔板上流体力学、传质学的研究结果。 新型高效规整填料主要包括金属板波纹填料和金属丝网波纹填料两大类,在将其进行物理的和化学的方法处理后,填料的分离效率大为提高。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。 1.2.2新型高效散堆填料 (1)金属鲍尔环填料,它采用金属薄板冲轧制成,由于在环壁上开了许多窗孔,使得填料层内的气、液分布情况及传质性能比拉西环有较大的改善。(2)金属阶梯环填料,这种填料降
精馏塔文献综述
精馏塔技术及其装置 摘要 本文综述了精馏塔设备的类型及特点，工作原理及在化工行业的生产运用优点和不足等内容，并对目前国内外精馏塔的现状及发展趋势做了介绍。精馏的原理是在一定条件下使气液两相经过多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离。精馏有很多的设备如湿壁塔,填料塔和板式塔等几种重要的传质塔设备，其中板式精馏塔中的塔板结构是决定板式精馏塔中流体多相流动时的动力学体系特性的最重要因素之一，而筛板塔节省了投资费用，改善了生产条件，因而还提高了产品（乙醇）的产量和质量。因此，对筛板精馏塔塔板的研究改进，掌握先进的精馏技术对化工企业经济效益提高和促进社会积极发展有着重要的意义。 关键词：精馏塔，设备，进展，发展趋势 引言 精馏塔设备是煤化工、炼油、石油化工等生产中最重要的设备之一，化工企业生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满意储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。在化工生产中精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，精馏塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响，
对精馏塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到化工企业的经济效益[1，2，3,4]。 1精馏塔概述 1.1 精馏的原理与意义[5] 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏塔是根据混合物中各组份挥发度的不同，在每层塔板上进行多级部分气化和部分冷凝，从而达到使混合物各组份分离的设备。与其它化工单元操作相比，精馏装置虽然比较简单，但生产运行中经常出现各种各样的问题而影响精馏装置的操作，从而导致塔顶或塔底产品不合格，严重制约生产装置的运行造成产品损失。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到化工企业的经济效益。 1.2板式精馏塔的类型及特点[6] 精馏塔是化工生产中最重要的设备之一，精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益，影响着企业未来的发展。所以说对精馏塔的研究越详细越好。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出
精馏节能技术
热泵精徭工艺分析 化工行业就是能耗大户，其中精镭又就是能耗扱鬲得单元揀作，而传统得精餾方式热力学效率很低，能量浪费很大。如何降低精憎塔得能耗，充分利用低温热源，已成为人们普遍关注得问题。对此人们提出了许多节能措施，通过大董得理论分析、实验研究以及工业应用表明其中节能效果比较显著得就是热泵精憎技术。热泵精馅就是把精馅塔塔顶蒸汽加压升温，使其用作塔底再沸器得热源，回收塔顶蒸汽得冷凝潜热。 热泵精餾在下述场合应用，有望取得良好效果： (1)塔顶与塔底温差较小，因为压缩机得功耗主要取决于温差，温差越大，压缩机得功耗越大。損国外文献报导，只要塔顶与塔底温差小于36°C,就可以获得较好得经济效果。 (2)沸点相近纽分得分离，按常规方法，蒸惚塔需要较多得塔盘及较大得回流比，才能得到合格得产品，而且加热用得蒸汽或冷却用得循环水都比较多。若釆用热泵技术一般可取得较明显得经济效益。 (3)工厂蒸汽供应不足或价格偏商，有必要减少蒸汽用量或取消再沸器时。 (4)冷却水不足或者冷却水温偏高、价格偏喷■，需要釆用制冷技术或其她方法解决冷却问題吋。 (5)—般蒸憎塔塔顶温度在38?138°C之间，如果用热泵流程对缩短投资回收期有利就可以釆用，但就是如果有较便宜得低压蒸汽与冷却介质来源，用热泵流程就不一定有利。 (6)蒸餾塔底再沸器温度在300°C以上，釆用热泵流程往往就是不合适得。 以上只就是对一般请况而言，对于某个具体工艺过程，还要进行全面得经济技术评定之后才能确定。根据热泵所消耗得外界能量不同，热泵赭憎可分为蒸汽加压方式与吸收式两种类型 J蒸汽加压方式 蒸汽加压方式热泵箱憎有两种：蒸汽压缩机方式与蒸汽喷射式。 1> 1蒸汽压缩机方式 蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接压缩式.分割式与塔釜液体闪蒸再沸式流程。1> 1. 1间接式 当塔顶气体具有腐蚀性或塔顶气体为热敏性产品或塔顶产品不宜压缩时，可以釆用间接式热泵精徭，见图1o 图1间接式热泵精馅流程图 它主要由祷惚塔、压缩机、蒸发器、冷凝器及节流阀等组成。这种流程利用单独封闭循环得工质(冷剂)工作：冷剂与塔顶物料换热后吸收热董蒸发为气体，气体经压缩提高压力与温度后，送至塔釜加热釜液，而本身，親结成液体。液体经节流减压后再去塔顶换热，完成一个循环。 于就是塔顶低温处得热董，通过冷剂得媒介传递到塔釜高温处。在此流程中，制冷循环中得冷剂冷凝器与塔釜再沸器合为一个设备。在此设备中冷剂冷凝放热而釜液吸热蒸发。 间接式热泵精鶴得特点就是： (1)塔中要分离得产品与冷剂完全隔离；
特殊精馏综述
特殊精馏技术及其应用研究进展 张静 （兰州大学化学学院10级在职研究生，甘肃兰州 730030） 摘要：本文综述了各种特殊精馏的方法，归纳分析了各种特殊精馏方法的原理及应用研究情况 关键词：特殊精馏；应用；研究进展 混合物的分离是化工生产中的重要过程。蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。它是通过加热造成气、液两物系，利用物系中各组成部分挥发度不同的特性以实现分离的目的。按蒸馏方式可将蒸馏分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏。 1. 精馏原理 在连续精馏塔内, 原料液自塔的中部某适当位置连续地加人塔内, 塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝。冷凝液的一部分作为回流液, 其余作为塔顶产品馏出液连续排出。加料位置以上部分是精馏段, 此段内上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递, 使易挥发组分不断增浓。加料位置以下部分是提馏段, 塔底装有再沸器蒸馏釜, 以加热液体产生蒸汽, 蒸汽沿塔上升, 与下降的液体逆流接触并进行物质传递, 使难挥发组分不断富集, 并于塔底连续排出, 作为塔底产品[1]。 2. 特殊精馏概述[1-3] 当待分类组分之间形成共沸物或相对挥发度接近1时，用普通精馏是无法实现分离或是经济上不合理的。此时，向体系中加入一种适当的新组分，通过与原体系中各组分的不同作用，改变组分之间的相对挥发度，使系统变得易于分离，这类既加入能量分离剂又加入质量分离剂的精馏称为特殊精馏或称增强精馏。 3. 特殊精馏的分类及应用 按操作条件可将特殊精馏分为添加剂精馏，复合（或耦合）精馏以及非常规条件下的精馏。恒沸、萃取、加盐精馏输于添加剂精馏，反应精馏属复合精馏，分子精馏为非常规条件下的精馏。 3.1 恒沸精馏 恒沸精馏是在被分离的二元混合液中加入第三组分,该组分能与原溶液中的一个或者两个组分形成最低恒沸物,从而形成了"恒沸物- 纯组分"的精馏体系,恒沸物从塔顶蒸出,纯组分从塔底排出,这种形式的精馏称为恒沸精馏,其中所添加的第三个组分称为恒沸剂或者夹带
精馏节能技术研究
精馏过程中的节能技术综述 能源短缺问题引起了各国的关注，同时我国工信部节能与综合利用部门负责人表示：“十二五期间，国家节能减排的指标将分解到企业头上。”“十二五”约束性指标的分配对象将由地方政府转向行业和企业。由此可知，节能减排的工作必须在各行各业中引起足够的重视，企业应采取实际措施努力降低能耗。 化工行业能耗高，节能减排工作的任务尤为艰巨。分离是化工生产中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，而占据着主导地位的分离方法就是精馏。精馏通过加热液体混合物建立两相体系，利用溶液中各组分挥发度的差异实现组分的分离或提纯目的的操作单元。精馏作为化工、石化、医药、食品、冶金等行业生产过程的重要单元操作，其能耗约占化工生产的40%-70％，故采取措施降低蒸馏过程中的能耗日益重要，成为研究的重点所在。 精馏过程节能的基本途径在于如何减少有效能得损失，从热量供应方面我们可以从热节减方面（降低向再沸器提供的能量）和热回收方面（热能的综合利用）着手进行改进，此外优化控制操作参数、减少操作裕量以及提高塔的分离效率也可降低精馏过程中的能耗[1]。此外，按照流程是否改变及是否利用过程技术可以将其分为三类：①利用过程技术对精馏塔的操作条件进行优化，以减少精馏塔所消耗的能量，如以产品物流预热进料、增加塔板数、减小回流比、增设中间再沸器和中间冷凝器等；②开发高效节能的特殊精馏工艺流程，如热泵精馏、热偶精馏、多效精馏等；③改进精馏塔的保温材料和开发高效的塔板类型和填料。 一、高效节能的精馏技术——热泵技术 热泵精馏是依据热力学第二定律，给系统加入一定的机械功，将温度较低的塔顶蒸汽加压升温，作为高温塔釜的热源。因为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汽，可使精馏的能耗明显降低。根据热泵所消耗的外界能量不同，热泵精馏可分为蒸汽压缩式和蒸汽喷射式两种类型。 ①蒸汽压缩式热泵精馏 蒸汽压缩式热泵精馏[2]又可以分为塔顶气体直接压缩式热泵精馏和单独工质循环式两种类型，如图1
文献综述模板
文献综述 前言 丙烯是三大合成材料的基本原料,在化工生产中扮演着重要的角色。主要用于生产丙烯腈、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等[1]。用以生产多种重要有机化工原料、生成合成树脂、合成橡胶及多种精细化学品。其对环境有害，建议用焚烧法处理。丙烷易燃，常用作烧烤、便携式炉灶和机动车的燃料。有单纯性窒息及麻醉作用，10%浓度以下的丙烷，会引起轻度头晕；接触高浓度丙烷会使人出现麻醉、意识丧失等状态；极高浓度时可致人窒息。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中具有广泛的应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成成分的分离过程是同时进行传质传热的过程[2]。
一、研究有关背景 1、简述 精馏过程在能量剂的驱动下，气、液两相多次直接接触和分离，因液相混合物中各组分由液相向气相转移，而难挥发组分则由气相向液相转移，从而实现原料中各组分的分离。该过程是同时进行的传质、传热的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的存储、输送、传热、分离、控制等的设备和仪表。由这些设备和仪表等构成精馏过程的生产系统，即所要设计的精馏装置。 2、原理 利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分(重组分)却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，该过程被称为精馏。 精馏过程中，传热、传质过程同时进行。原料从塔中适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。在精馏段,气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获得轻组分产品[3]。 3、发展前景 未来精馏塔控制与节能优化的研究可以着眼于以下方向：继续精馏塔控制算法与优化策略的研究，提出更多更有效且易于实现的方法；开发研究完整、适用的控制与优化约束监督级，保证精馏塔先进控制与优化系统的长期有效运行；进一步研究精馏塔机理，根据实际装置的具体特点设计有针对性的控制系统、控制算法以及优化策略[4]。 二、研究内容 1、性状及功能 丙烯用于制丙烯腈、环氧丙烷、丙酮等。用以生产多种重要有机化工原料、生成合成树脂、合成橡胶及多种精细化学品等。 丙烷常用作烧烤、便携式炉灶和机动车的燃料。丙烷通常被用来驱动火车，公交车，叉车和出租车，也被用来充当休旅车和露营时取暖和做饭的燃料。 丙烯和丙烷的物性如下表：
精馏过程节能技术综述
精馏过程节能技术综述 石油化工是我国国民经济发展的支柱产业，据统计其能耗占全国工业总能耗的15％左右，而化工过程中40％～70％的能耗用于分离，精馏能耗又占其中的95％。分离是非常重要的单元操作过程，是石油化工生产过程中必不可少的操作，它直接决定了最终产品的质量和收率，而精馏又是占据着主导地位的分离方法，所以在当今世界能源日益短缺的情况下研究和探讨精馏过程的节能原理、节能技术，并使其应用于工业生产，就显得十分重要。 精馏是化工及燃油工业中的主要分离技术，技术成熟可靠，投资相对较低，所以在石油化工生产过程中应用广泛，但现有精馏技术在热力学上是低效的耗能过程, 有极高的热力学不可逆性，分离lkg产品所需能量(比能耗)相当高，所以寻找精馏工程中有效可行的节能途径显得至关重要。 通过对精馏塔传热过程的分析可以得到如下节能途径：优化操作条件、塔系的热集成技术、内部能量热集成以及加强操作控制管理。 优化操作条件精馏塔的主要操作条件包括操作压力、操作温度、塔板压降，进料位置及温度、理论板数、回流比以及回流温度、塔顶塔底采出量、关键组份的清晰分割程度，塔顶塔底热负荷，塔类型及填料类型等等。下面从充分利用精馏系统的热能、减少对热负荷的需求和提高精馏系统热力学效率三方面进行介绍。 充分利用精馏系统的热能精馏系统中，所需的热量全部由加热蒸气经再沸器输人，分离后的余热由冷却介质从冷凝器移出。若能合理利用精馏过程中本身的能量，就能降低整个过程对能量的需求。可通过采取保温、热量回收、强化换热器以及夹点技术的措施来实现。 在精馏过程中使用的设备主要为精馏塔和换热器，同时还有各种管道，这些设备的材质导热系数较高，若对其采取保温隔热的措施就可大大降低设备与环境之间的热传递作用，以达到节能降耗的目的。 高温物料携带大量热量可在塔外吸收利用，比如回收塔顶物料蒸气的潜热和回收塔釜废液的显热，使其用于工艺流程的其他需要加热的操作；使塔顶、塔釜物料与原料液进行换热，对原料液进行预热。这样就避免了额外能量的消耗以达到节能目的，且操作简单，控制方便，投资费用也很小。 精馏系统的合理用能主要由换热器来体现，强化再沸器和冷凝器中的传热可使传热温差下降，同时还可提高塔顶冷却剂温度，降低塔釜的加热温度。因而采用高效的换热设备或元件可大大提高传热系数，节约能量。比如采用多孔相变化传热面积，包括微孔沸腾表面及特殊处理的冷凝表面，均可使沸腾或冷凝给热系数比光管提高10～30倍；增大传热面积，包括采用翅片管或开槽沟，可以使传热系数提高不少。亦可采用更有效的换热介质来提高传热系数。 当有多股热流冷流进行换热时，可将所有的热流合并成一根热复合曲线，
精馏过程节能技术
精馏过程节能技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
精馏过程节能技术简述 【摘要】如今环境问题逐渐显露，环境与能源的保护越来越得到社会的重视。尤其是化工行业的资源节约更是在国际中都得到重视。也因此节能的技术、工艺等节能措施等都得到了新的发展。本文便针对其中的化工精馏节能问题进行讨论。 【关键词】化工节能；精馏技术 1 前言 在工业生产中，石油化学工业的能耗所占比例最大，而石油化学工业中能耗最大者为分离操作，其中又以精馏的能耗居首位。精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现为过程变量多、被控变量多、可操纵的变量多、过程动态和机理复杂。 随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分离物料的组分不断增多，分离的产品纯度要求亦不断提高，但我们同时又不希望消耗过多的能量，这就对精馏过程的控制提出了要求。作为化工生产中应用最广的分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。在实际生产中，为了保证产品合格，精馏装置操作往往偏于保守，操作方法以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部分并非用于组分分离，而是被冷却水或分离组分带走。因此，精馏过程的节能潜力很大，合理利用精馏过程本身的热能，就能降低整个过程对能量的需求，减少能量的浪费，使节能收效也极为明显。因此，在当今能源紧缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要。 近年来，由于能源的短缺，精馏过程节能的技术开发和应用研究非常活跃。一方面随着计算机技术与软件的发展，大型化工软件商业化越来越多，静态模拟软件如Aspen，proII等已成为化学工程师的基本设计与优化工具，动态模拟软件如gPORMS以及研究物体流动性能的CFD等软件也开始在一定范围内风行，这都在一定程度上促进了人们对精馏操作的规律性认识和本质认识，有利于对精馏过程的节能研究。另一方面，各类特殊精馏工艺的技术日趋成熟，开始在工业过程中获得实际应用，如热泵精馏在处理丙烯-丙烷系统，乙苯-对二甲苯过程中获得广泛应用，在丁二烯系统中的热偶精馏的运用等，都取得了良好的节能效果。 本文从以下几方面讨论了精馏过程的节能技术：(1)过程技术节能；（2）特殊精馏工
精馏节能技术
热泵精馏工艺分析 化工行业就是能耗大户,其中精馏又就是能耗极高的单元操作,而传统的精馏方式热力学效率很低,能量浪费很大。如何降低精馏塔的能耗,充分利用低温热源,已成为人们普遍关注的问题。对此人们提出了许多节能措施,通过大量的理论分析、实验研究以及工业应用表明其中节能效果比较显著的就是热泵精馏技术。热泵精馏就是把精馏塔塔顶蒸汽加压升温,使其用作塔底再沸器的热源,回收塔顶蒸汽的冷凝潜热。 热泵精馏在下述场合应用,有望取得良好效果: (1)塔顶与塔底温差较小,因为压缩机的功耗主要取决于温差,温差越大,压缩机的功耗越大。据国外文献报导,只要塔顶与塔底温差小于36℃,就可以获得较好的经济效果。 (2)沸点相近组分的分离,按常规方法,蒸馏塔需要较多的塔盘及较大的回流比,才能得到合格的产品,而且加热用的蒸汽或冷却用的循环水都比较多。若采用热泵技术一般可取得较明显的经济效益。 (3)工厂蒸汽供应不足或价格偏高,有必要减少蒸汽用量或取消再沸器时。 (4)冷却水不足或者冷却水温偏高、价格偏贵,需要采用制冷技术或其她方法解决冷却问题时。 (5)一般蒸馏塔塔顶温度在38～138℃之间,如果用热泵流程对缩短投资回收期有利就可以采用,但就是如果有较便宜的低压蒸汽与冷却介质来源,用热泵流程就不一定有利。 (6)蒸馏塔底再沸器温度在300℃以上,采用热泵流程往往就是不合适的。 以上只就是对一般情况而言,对于某个具体工艺过程,还要进行全面的经济技术评定之后才能确定。 根据热泵所消耗的外界能量不同,热泵精馏可分为蒸汽加压方式与吸收式两种类型 1、蒸汽加压方式 蒸汽加压方式热泵精馏有两种:蒸汽压缩机方式与蒸汽喷射式。 1、1蒸汽压缩机方式 蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接压缩式、分割式与塔釜液体闪蒸再沸式流程。 1、1、1间接式 当塔顶气体具有腐蚀性或塔顶气体为热敏性产品或塔顶产品不宜压缩时,可以采用间接式热泵精馏,见图1。
精馏节能专业技术
精馏节能技术
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热泵精馏工艺分析 化工行业是能耗大户,其中精馏又是能耗极高的单元操作，而传统的精馏方式热力学效率很低,能量浪费很大。如何降低精馏塔的能耗,充分利用低温热源,已成为人们普遍关注的问题。对此人们提出了许多节能措施,通过大量的理论分析、实验研究以及工业应用表明其中节能效果比较显著的是热泵精馏技术。热泵精馏是把精馏塔塔顶蒸汽加压升温,使其用作塔底再沸器的热源，回收塔顶蒸汽的冷凝潜热。 热泵精馏在下述场合应用,有望取得良好效果: (1)塔顶和塔底温差较小，因为压缩机的功耗主要取决于温差，温差越大，压缩机的功耗越大。据国外文献报导,只要塔顶和塔底温差小于３6℃，就可以获得较好的经济效果。 (2)沸点相近组分的分离,按常规方法，蒸馏塔需要较多的塔盘及较大的回流比,才能得到合格的产品，而且加热用的蒸汽或冷却用的循环水都比较多。若采用热泵技术一般可取得较明显的经济效益。 (３）工厂蒸汽供应不足或价格偏高,有必要减少蒸汽用量或取消再沸器时。 (4)冷却水不足或者冷却水温偏高、价格偏贵，需要采用制冷技术或其他方法解决冷却问题时。 (5)一般蒸馏塔塔顶温度在３8～13８℃之间,如果用热泵流程对缩短投资回收期有利就可以采用，但是如果有较便宜的低压蒸汽和冷却介质来源,用热泵流程就不一定有利。 (6)蒸馏塔底再沸器温度在300℃以上,采用热泵流程往往是不合适的。 以上只是对一般情况而言,对于某个具体工艺过程,还要进行全面的经济技术评定之后才能确定。 根据热泵所消耗的外界能量不同,热泵精馏可分为蒸汽加压方式和吸收式两种类型 1．蒸汽加压方式 蒸汽加压方式热泵精馏有两种：蒸汽压缩机方式和蒸汽喷射式。 1.1蒸汽压缩机方式 蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接压缩式、分割式和塔釜液体闪蒸再沸式流程。 1.１.1间接式 当塔顶气体具有腐蚀性或塔顶气体为热敏性产品或塔顶产品不宜压缩时,可以采用间接式热泵精馏，见图１。
精馏过程的节能研究
精 馏 过 程 的 节 能 研 究 系院：生物与化学工程学院 班级：091612 专业：化学工程与工艺 姓名：张丽丽 学号：016109080 指导教师：叶超群
精馏过程的节能研究 摘要：精馏过程的节能，对于减少能源消耗，降低生产成本和保护环境具有十分重要的意义。本文从最佳回流比R的选择、进料温度及进料状态的确定以及多效精馏等方面，详细的分析了在精馏塔的设计中，如何实现设计的优化问题，从而实现节能。 关键词：精馏过程节能技术 引言 分离工程所需最小功时，其过程是一个可逆过程。要提高热力学效率只能采取措施尽可能地减少分离过程的净功消耗，使过程尽量接近可逆过程。 精馏是化工企业生产应用最广泛的分离方法，由于其过程根本原因使之存在绝对的热力学不可逆性，所以它是耗能较大的一种化工单元操作，据估计，化工过程中40%~70%的能耗用于分离，而精馏能耗又占其中的95%。因此随着世界能源的日益短缺，有关精馏过程的节能措施一直是人们普遍关注的问题。多年来，人们已尝试并采用很多种方法应用于精馏过程进行节能降耗，按照流程是否改变及是否利用过程技术可以将其分为两类：1）利用过程技术对精馏塔的操作条件进行优化，以减少精馏塔所消耗的能量，如：增加塔板数、减小回流比、增设中间再沸器和中间冷凝器等；2）开发了许多高效节能的特殊精馏工艺流程，如热泵精馏、多效精馏、SRV精馏等。 一、精馏过程的节能 （一）在最适宜回流比下操作
回流比直接影响再沸器和冷凝器的热负荷，决定精馏分离的净功耗，因此大体上确 附近，随着R的增定了操作费用，同时还与塔设备的投资密切相关。在最小回流比R min 长，操作线与平衡线间的距离增长，达到规定分离要求所需的塔板数减少，使得设备费用下降。如果进一步增加回流比，在塔板数减少的同时，塔中蒸汽流率和换热器负荷的增大，造成塔径、再沸器和冷凝器传热面积增大，从而使设备费用增加。因此，应当根 。由于总费用在适宜回流比附近变化不大，可据总费用最小原则来选取适宜回流比R opt 取R=（1.2~1.3）R ，这样做总费用仅增加2%~6%，但操作弹性却增大了许多。 min （二）采用最佳进料热状态 进料状态（用加料状态参数q表示）的不同，降造成塔中精馏段和提馏段气液相流率的变化，从而影响R，以及达到规定分离要求所需的理论板数和再沸器和冷凝器的热负荷。加料浓度的不同，即D/F的不同，料液预热的效果也不同。高温精馏，当D/F较大又有适用于加热料液的低温热源时，应尽量采用较低的q值，即以汽相和汽液混合物进料；当D/F较小时，应尽量采用较高的q值，即以液相进料，因为省去料液预热后，塔釜加热量增加甚少。低温精馏时，无论D/F多大，均宜采用较高的q值而以液相进料，因为此时塔顶的冷凝热负荷越小越经济。对于中等温度范围内的精馏操作，即塔釜温度高于大气温度，而塔顶温度低于大气温度，应根据具体情况，确定最佳的进料状态。 （三）直接利用精馏设备中移除的热量 精馏塔顶的镏出液和塔釜残液均具有较高的温度，可以利用这些热量来预热进塔料或其他物料，通过减压使较高温度的釜液闪蒸产生低压蒸汽。对于塔顶是多组分产品且其泡点和露点有明显显著差别时，可以采用两级冷凝，回收高温位的热能。 （四）采用热泵精馏等措施 1.采用热泵精馏 将温度较低的塔顶蒸气经压缩后作为塔底再沸器的热源，称为热泵精馏。对于组分沸点相差较小的低温精馏系统，热泵精馏是一种有效提高热力学效率的方法。热泵精馏有３种典型流程，１）利用外加的工作流体进行操作；２）对塔顶蒸气进行直接压缩，升温后作为塔釜加热剂；３）将釜液进行节流闪蒸后作为塔顶的冷却介质，该介质则受热气化，自身再经压缩升温后回人塔底。在选用热泵精馏使应该注意：1）精馏塔应尽可能地避免压力变动，以防止效率下降，但对于存在加压设备的控制问题，困难很多。2）塔顶和塔底的温差是精馏分离的推动力，而且由于塔板压力损失也加剧了塔釜温度的上升，所以，把塔顶蒸汽加压升温到塔釜热源的水平所需要的能量很大。
北京化工大学节能技术期末试卷
一、简单列举两种可再生资源和两种不可再生资源？（4 分） 二、试用龟山-吉田环境模型求H2 的标准化学用。（8 分） 三、用一逆流换热器对一股热流和一股冷流进行换热。热物流从100℃被冷却到80℃，冷物流从20℃被加热到40℃。热物流和冷物流的比热均为5.0kJ/（kg·℃），流量均为 100kg/min。求传热过程中热物流和冷物流的熵变及用损失。假设传热过程中没有散热损失，冷、热物流的比热容（Cp）为常数，物流温度变化小于2 时可用算术平均值代替对数 平均值。（8 分） 四、从能量用的角度分析，为什么冷热物流在高温换热时传热温差选取的较大，而在低温冷冻换热时传热温差选取的较小？对钛材和不锈钢换热系统，传热温差宜选取较大还是较小？（4 分） 五、在精馏过程中，分析采用如下措施分别对节能和分离效果的影响（保持其它操作条件不变，说明变化趋势）：（10 分） a) 减小回流比； b）降低塔板数或填料层高度； c）多股进料； d）冷夜进料； e）蒸汽压缩机方式热泵精馏。 六、假设单效蒸发器和多效（以三效为例）蒸发器的总温差（t）相同，各效的传热面积（A）相等、传热系数（K）相同。试推导多效和单效蒸发的蒸发强度，比较大小。多效蒸发为什么比单效蒸发节能？（6 分） 七、精馏过程分离的依据是什么？当操作线靠近平衡线时，说明用损失和传质推动力的变化趋势。（4 分） 八、简述多效精馏的适用场合，以及采用多效精馏的优缺点。多效精馏为什么需要压力组合？（4 分） 九、为什么采用反应精馏能够节能？对于可逆反应，反应精馏为什么能够提高平衡反应的转化率？（4 分） 十、某一换热系统的工艺物流为两股热流和两股冷流，物流参数如下表所示。取冷热流体之间的最小传热温差为20℃。用问题表法确定该换热系统的夹点位置以及最小加热公用工程用量和最小冷却公用工程用量。（12 分） 十一、简单说明换热网络优化中夹点的意义是什么？如何判识夹点问题和阈值问题？（4 分） 十二、把100KPa、100℃的1kg 空气升热加压到400KPa、400℃，试求加热过程中的熵变，以及所加热量中的用和无。空气的平均定压比热容Cp=1.0kJ/(kg·K)。设环境大气温度为27℃。（8 分） 十三、在干燥过程中，采用换热器的余热回收，即在送入空气和排气之间设置换热器，回收排气中的热量。由于气-气换热的传热系数很小，可采取哪些措施提高传热系数？（4 分） 十四、精馏过程节能技术之一：增设中间再沸器和中间冷凝器，采取这种技术后，能量的数量和质量发生了什么变化？在其它条件不变的情况下，对分离效果是否有影响？在x-y
精馏的节能技术
精馏过程的节能技术 摘要： 精馏是化工、石化、医药等过程的重要单元操作，本文主要讨论精馏过程的节能。从精馏过程热能的充分利用；提高蒸馏系统的分离效率，提高产品回收率来实现降低能耗；减少蒸馏过程对能量的需要和加强管理等几个方面，详细论述了精馏过程的节能技术。 关键词：精馏；节能 1、前言 在工业生产中，石油化学工业的能耗所占比例最大，而石油化学工业中能耗最大者为分离操作，其中又以精馏的能耗居首位。精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂”。 首先，随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分离物料的组分不断增多，分离的产品纯度要求亦不断提高，但人们同时又不希望消耗过多的能量，这就对精馏过程的控制提出了要求。其次，作为化工生产中应用最广的分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。在实际生产中，为了保证产品合格，精馏装臵操作往往偏于保守，操作方法以及操作参数设臵往往欠合理。另外，由于精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离，而是被冷却水或分离组分带走。因此，精馏过程的节能潜力很大，合理利用精馏过程本身的热能，就能降低整个过程对能量的需求，减少能量的浪费，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％，如果从中节约10％，每年可节省5亿美元。我国的炼油厂消耗的原油占其炼油量的8％～10％，其中很大一部分消耗于精馏过程。因此，在当今能源紧缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要。例如，美国巴特尔斯公司在波多黎各某芳烃装臵的8个精馏塔上进行节能优化操作，每年可节约310万美元。 蒸馏过程的节能基本上可从以下几个方面着手：(1) 精馏过程热能的充分利用； (2) 提高蒸馏系统的分离效率，提高产品回收率来实现降低能耗；(3) 减少蒸馏过程对能量的需要；(4)加强管理。 2、蒸馏过程热能的充分利用 2.1加强保温保冷以改进热的利用 在精馏过程中使用的主要设备为精馏塔和换热器，另外还有各种管道，这些设备多为金属制成，对热的传导较为容易，加之环境温度的影响，若对其采取保温保冷的措施，可以大大降低设备与环境之间的热传递作用，从而达到节约热能的目的。 强化再沸器和冷凝器中的传热可使传热温差下降，由于传热温差减小还可使塔顶冷却剂温度提高，塔釜的加热温度下降。这包括增强传热面积和采用空气冷却器或蒸发冷却器代替水冷却器等方法。 2.2高温物料显热和潜热的利用 从精馏塔出来的高温物料本身携带大量的热量，对这部分热量进行回收利用也是节能的一项。如：(1)高温蒸馏时回收塔顶物料蒸汽的潜热，塔顶冷凝器用作蒸汽发生器。如操作压力为32 kPa的粗苯乙烯塔，其塔顶物料蒸汽可用于加热进脱氢反应器的乙苯。这种安排可使每吨苯乙烯产品节能(2)使塔顶、塔釜物料与原料进行换热，通过塔顶物料给原料液加热。这样不仅可以充分利用塔顶、塔釜物料的余热，同时还可减少塔顶冷凝器冷量的使用量。
年处理量为2万吨丙烯-丙烷分离过程精馏塔设计--文献综述
北京化工大学北方学院 NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY （2012）届本科生毕业设计 （理工类） 文献综述 题目：年处理量为2万吨丙烯-丙烷分离过程精馏塔设计学院：理工学院专业：应用化学 学号： 0000000000 姓名： 000000 指导教师： 00000 教研室主任（负责人）： 000000
文献综述 前言 丙烯，是三大合成材料的基本原料,在化工生产中扮演着重要的角色。主要用于生产丙烯腈、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等。[1] 丙烷脱氢制备丙烯技术是现在最常用的技术之一，比烃类蒸汽裂解技术能产生更多的丙烯。但当使用丙烷脱氢制备丙烯技术制备丙烯时，总收率只有74%～86%,丙烷不能全部转化为丙烯，反应产物会是丙烷与丙烯的混合物[2]。因此，研究丙烯与丙烷的分离技术至关重要。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中具有广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成成分的分离过程是同时进行传质传热的过程[3]。本文就将对丙烯和丙烷的精馏塔设计进行相关的研究，以便今后能设计出更为高效安全的精馏塔。
一、精馏原理 利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。其精馏塔如图所示。原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提留段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。在精馏段,气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获轻组分产品。[4] 二、精馏装置流程 精馏就是通过多级蒸馏,式混合气、液两相经过多次混合接触和分离,并经行质量和热量的传递,是混合物中的组分达到高程度的分离,进而得到高纯度的产品. [5] 其流程如下:丙烯-丙烷混合气体经预热器加热到指定温度后送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续的从再沸器取出部分液体气化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶或是自然回流作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品。塔釜采用间接蒸汽和再沸器共热。塔底产品经冷却后送入贮槽。[6] 三、板式精馏塔设计 精馏塔是提供混合物气、液两相接触条件、实现传质过程的设备。该设备可分为两类，一类是板式精馏塔，第二类是填料精馏塔。本设计中我们主要讨论的是板式精馏塔。 板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种[7]。 1、泡罩塔
精馏过程的节能降耗
炼油、石化生产过程量存在的分离、换热和反应工序,节能潜力巨大。能源是社会发展和进步的重要物质基础。我国的能源储量以及一次能源的开发和消费量居世界前列,而能源的总利用率则远低于欧美和日本。化学工业是个耗能大户,能耗量约占全国能源总消费的9%-10%,占工业用能的13%-15%,因此,化工节能对缓解我国能源的供需矛盾影响很大。在当前世界性的能源危机面前,化学工业必须首先关注节能降耗和节能新技术的研究应用。本文就我国化学工业中最普通也是能耗较多的分离过程这一领域中的一些节能现状作一粗略介绍。 一精馏过程的节能降耗 精馏技术是化工领域中最为成熟，应用最为广泛且必不可少的单元操作，同时也是工业过程中能耗和设备投资高的设备，在炼油、石化等行业中，其能耗占全过程总能耗的一半以上。因此对精馏过程节能技术的研究具有极其重要的意义。国外已开发并应用了一些节能型耦合精馏塔，如反应精馏塔（Reactive Distillation Column）、热耦合精馏塔（Petlyuk Column）、隔板精馏塔（Dividi Wall Column，简称DWC）等。 精馏过程的节能主要有以下几种基本方式:提高塔的分离效率,降低能耗和提高产品回收率;采用多效精馏技术;采用热泵技术等。 1.1板式塔 1.1.1高效导向筛板 高效导向筛板具有生产能力大、塔板效率高、塔压降低、结构简单、造价低廉、维修方便的特点,目前已广泛应用于化学工业、石油化工、精细化工、轻工化工、医药工业、香料工业、原子能工业等。 1.1.2板填复合塔板 板填复合塔板充分利用板式塔中塔板间距的空隙,设置高效填料,以降低雾沫夹带,提高气体在塔的流速和塔的生产能力。同时气液在高效填料表面再次传质,进一步提高了塔板效率。由于负荷下限未变而上限大幅度提高,因此塔的操作弹性也大为提高。板填复合塔板已在石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多种物系中得到成功应用。 1.1.3复杂精馏塔 传统的精馏塔及其精馏序列已不适应当前过程集成、设备集成的发展趋势。武吴宇【1】等进行了复杂精馏塔的研究,与传统精馏塔的一股进料二股产品的精馏塔比较,能够产生相当大的能量消耗及成本上的节约。复杂塔还适合更新设计,因为它经常可以通过对现有塔进行微小的改动来实行。在所有可能的多组分精馏过程新方案中,热偶精馏在能量和投资费用的节约上都非常有前途。他们采用 Underwood方程和Vmin分析了多组分热偶精馏的最小能耗;主要探讨了用详细的塔模型来进行多组分热偶精馏塔的设计,所建立的塔模型既能够描述传统塔又可以描述热偶精馏塔,并允许不同的选择结构互相比较:提出了以能量消耗最小为目标的,多组分混合物分离的热偶精馏序列的整体优化方法。他们以四组分烷烃混合物的分离为例,根据详细的热偶精馏塔数学模型,计算了热偶精馏的能耗、年总费用,并比较了各种热偶方案的节能效果。以能量消耗最小为目标,对两种热偶精馏序列进行了整体优化。 1.2填料塔 填料是填料塔最重要的传质件,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。 1.2.1新型高效规整填料 高效导向筛板是化工大学科研人员在对包括筛板塔板在的各种塔板进行深入研究、综合比较的基础上,结合塔板上流体力学、传质学的研究结果。 新型高效规整填料主要包括金属板波纹填料和金属丝网波纹填料两大类,在将其进行物理的和化学的方法处理后,填料的分离效率大为提高。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。 1.2.2新型高效散堆填料 (1)金属鲍尔环填料,它采用金属薄板冲轧制成,由于在环壁上开了许多窗孔,使得填料层的气、液分布情况及传质性能比拉西环有较大的改善。(2)金属阶梯环填料,这种填料降低