精馏的节能技术
自回热精馏节能技术使用计划方案

自回热精馏节能技术使用计划方案一、实施背景自回热精馏节能技术是一种新型的精馏技术,它利用回热器中的废热进行精馏过程中的加热,从而降低了能耗和成本。
在当前环保、节能的大环境下,自回热精馏技术已经成为了一个非常热门的话题,越来越多的企业开始关注和应用这项技术。
二、工作原理自回热精馏技术的工作原理非常简单,其基本原理是利用回热器中的废热来加热精馏过程中的物质。
在精馏过程中,物质会被加热至其沸点,然后通过凝结器进行冷却,从而得到所需的产品。
而回热器则会将废热回收,再次利用它来加热下一轮的精馏过程。
三、实施计划步骤1、确定适用范围首先,需要确定自回热精馏技术的适用范围。
这项技术适用于需要进行精馏的各种物质,特别是那些需要高温加热的物质。
2、确定实施方案根据企业的实际情况,确定自回热精馏技术的实施方案。
这包括确定使用的设备和工艺流程,以及需要进行的改造和调整。
3、进行设备改造根据实施方案,对设备进行改造。
这包括添加回热器、调整加热方式等。
4、进行试运行在设备改造完成后,进行试运行。
这可以帮助企业发现设备中存在的问题,并进行调整和改进。
5、正式应用在试运行结束后,正式应用自回热精馏技术。
在使用过程中,需要不断优化和改进,以达到更好的效果。
四、适用范围自回热精馏技术适用于各种需要进行精馏的物质,特别是那些需要高温加热的物质。
此外,该技术还适用于各种规模的企业,无论是大型企业还是中小型企业。
五、创新要点自回热精馏技术的创新点主要包括以下几个方面:1、利用回热器中的废热进行加热,降低了能耗和成本。
2、采用自动控制系统,可以对加热温度和流量进行精确控制,提高了生产效率和产品质量。
3、在设备改造过程中,可以采用先进的材料和工艺,提高了设备的稳定性和可靠性。
六、预期效果通过应用自回热精馏技术,企业可以获得以下效果:1、降低能耗和成本,提高生产效率。
2、减少废气和废水的排放,降低环境污染。
3、提高产品质量和市场竞争力。
七、达到收益应用自回热精馏技术可以带来以下收益:1、降低能耗和成本,提高经济效益。
精馏塔精馏影响因素分析及节能技术的应用

精馏塔精馏影响因素分析及节能技术的应用摘要:通常条件下,都需要利用节能技术来降低经济成本,但是需要增加节能设备,因此高额的设备费用就加大了,最大限度地节能也许不是最实惠的,并且节能技术的运用通常都需要很高水平的操作技术,所以必须综合考量,采用最优方法。
关键词:精馏操作;节能;能源;优化前言蒸馏操作在热力学上是一种非常低效的耗能操作,并且具有很强的热力学不可逆过程。
因此,作为蒸馏操作中的中间操作,蒸馏塔系统的整个操作过程都以产品质量合格和能耗最低为标准。
然而,优化蒸馏操作需要许多相互制约蒸馏效果的因素。
本文从以下几个方面分析了精馏操作的节能措施。
1、蒸馏的工作原理蒸馏是化学生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作。
其本质是多级蒸馏,即在一定压力下,利用互溶液体混合物中各成分的不同沸点或饱和蒸气压,使轻组分(沸点较低或蒸气压较高的组分)蒸发。
经过几次部分液相蒸发和部分气相冷凝,气相中轻组分和液相中重组分的浓度逐渐增加,从而实现分离。
在此过程中,传热和传质过程同时进行,属于传质过程控制。
原料从塔中间合适的位置送入塔中,塔分为两部分。
上段是没有进料的蒸馏段,下段包含作为保留段的进料板。
冷凝器从塔顶提供液相回流,再沸器从塔底提供气相回流。
气相和液相的回流是蒸馏的一个重要特征。
蒸馏塔是一种提供混合物气相和液相之间接触条件并实现传质过程的设备。
该设备可分为两类:一类是板式蒸馏塔,另一类是填料蒸馏塔。
2、精馏塔影响的因素2.1、物料平衡精馏塔稳态操作的必须条件就是要保持精馏装置的物料平衡。
对于指定的原料液流量,只要分离度(馏出液中易挥发组分的摩尔分数)和釜残液中易挥发组分的摩尔分数是规定不变的,而馏出液流量和釜残液流量也能够确定了。
分离度和釜残液中易挥发组分的摩尔分数决定于气液平衡关系和理论板数,所以D和W或采出率 D F/ 与W F/ 只能根据分离度和釜残液中易挥发组分的摩尔分数确定,然而不能随意变化,否则进、出塔的两个组分的量会导致失衡,最终把塔内组成发生改变,波动不平的操作,这样一来整个工作工程的效率和效果不是特别理想。
浅析化工精馏高效节能技术开发及应用

浅析化工精馏高效节能技术开发及应用化工精馏是一种常用的分离技术,其主要应用于石油化工、煤化工、化纤等行业。
由于精馏过程中能量消耗较大,因此开发和应用高效节能技术对于降低生产成本、提高能源利用效率具有重要意义。
高效节能技术的开发主要从以下几个方面展开:首先是优化设备结构和工艺参数。
通过对精馏塔和换热器的结构进行优化设计,减少流体阻力和传热阻力,提高传热效率和分离效果。
通过调整和优化精馏过程中的工艺参数,如压力、温度、流量等,减少能量损耗和废品产生。
其次是引入新型节能设备。
采用多效精馏塔可以实现蒸汽多次利用,提高能源利用效率;采用膜分离技术可以替代传统的精馏过程,降低能耗和操作成本。
再次是开发节能型精馏剂。
精馏剂是精馏过程中的关键因素,能够影响分离效果和能耗。
通过改进精馏剂的成分和结构,提高其吸附能力和选择性,减少回收和处理的工作量和能耗。
最后是采用先进的自动化控制技术。
精馏过程中的操作和控制需求严格,需要实时监测和控制温度、流量、压力等参数。
引入先进的自动化控制技术和智能算法,能够优化操作过程,降低能耗。
首先是减少能源消耗。
通过改进设备结构和工艺参数,优化精馏过程,可以减少能源消耗,降低生产成本。
其次是提高产品质量和产量。
优化精馏过程中的操作和控制,可以提高产品的纯度和收率,提高生产效益。
再次是降低环境污染。
精馏过程中产生的废水废气需要进行处理和排放,而高效节能技术可以减少废品产生和能量损失,降低环境污染。
最后是提高行业竞争力。
采用高效节能技术可以降低生产成本,提高能源利用效率,提高企业的经济效益和竞争力。
化工精馏高效节能技术的开发和应用对于提高生产效益、降低能源消耗、减少环境污染具有重要意义。
应该加强科研力量的投入,推动相关技术的研发和应用,促进化工行业的可持续发展。
精馏过程的节能降耗

精馏过程的节能降耗精馏过程在化工产业中是一项重要的分离技术,但是它也是能耗较高的过程。
为了降低能耗,节能降耗已经成为精馏技术的一个重要研究方向。
本文将介绍几种精馏过程的节能降耗技术。
首先,提高精馏塔的热效率是提高精馏过程的一个关键。
一种常见的做法是引入换热器网络来最大程度地利用出塔冷凝液和进塔蒸汽之间的热量传递。
这种方法可以降低所需的蒸汽量,从而降低了能耗。
此外,还可以使用多效精馏、热泵或采用废热回收技术进一步提高热效率。
其次,提高精馏过程的物质效率也是节能降耗的一个重要途径。
物质效率是指在精馏过程中使用的干燥剂或者吸附剂能够更有效地去除杂质,从而减少能耗。
通过改进精馏塔的操作条件,如温度、压力和液体流速等参数,可以提高物质效率。
同时,使用高效的精馏填料或者塔板也能够提高分离效果,减少杂质的含量。
此外,使用先进的辅助技术可以进一步降低精馏过程的能耗。
例如,在精馏过程中引入膜分离技术可以减少能源消耗。
膜分离技术是一种基于材料表面或孔隙的选择性渗透性原理分离混合物的方法。
与传统的溶剂萃取或者蒸馏技术相比,膜分离技术具有能耗低、操作简单、体积小等优点。
通过将膜分离技术与精馏过程相结合,可以实现更高效的分离效果。
最后,优化精馏过程的操作策略也是节能降耗的一个重要途径。
通过优化参数设定和控制策略,可以使精馏过程更加稳定和高效。
例如,采用先进的控制算法,如模型预测控制或者模糊控制算法,可以实现对精馏过程的快速响应和精确控制,从而降低了能耗和运行成本。
总的来说,精馏过程的节能降耗是一个涉及多个方面的工程问题。
通过提高热效率、物质效率,使用先进的辅助技术和优化操作策略,可以有效地降低精馏过程的能耗。
这些节能降耗技术不仅可以减少环境污染,还可以提高精馏过程的经济效益。
因此,精馏过程的节能降耗在工业应用中具有重要的意义。
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。
图1 间接式热泵精馏流程图它主要由精馏塔、压缩机、蒸发器、冷凝器及节流阀等组成。
精馏节能技术

(3) 中间冷凝器和中间再沸器
如能在塔中部设置中间冷凝器,就可以采用较高温度 如能在塔中部设置中间冷凝器, 的冷却剂。 的冷却剂。 如在塔中部设置中间再沸器,对于高温塔, 如在塔中部设置中间再沸器,对于高温塔,可应用较 低温位的加热剂。 低温位的加热剂。 对于精馏,使操作线向平衡线靠拢,提高塔内分离过 对于精馏,使操作线向平衡线靠拢, 程的可逆程度。 程的可逆程度。 在生产过程中必须要由适当温位的加热剂或( 在生产过程中必须要由适当温位的加热剂或(和)冷 却剂与其相配,并需有足够大的热负荷值得利用, 却剂与其相配,并需有足够大的热负荷值得利用,再 加上塔顶和塔底的温度差要相当大, 加上塔顶和塔底的温度差要相当大,如此才会取得经 济效益。 济效益。
(5) 热泵精馏
将温度较低的塔顶蒸汽经压缩后作为塔底再沸器的热源, 将温度较低的塔顶蒸汽经压缩后作为塔底再沸器的热源, 称为热泵精馏。 称为热泵精馏。 三种典型的热泵精馏流程:使用另外的工作流体, 三种典型的热泵精馏流程:使用另外的工作流体,塔顶 蒸汽再压缩,再沸器液体闪蒸。 蒸汽再压缩,再沸器液体闪蒸。 热泵精馏是消耗一定量的机械功来提高低温蒸汽的能位 而加以利用的。因此消耗单位机械能能回收的热量是一 而加以利用的。因此消耗单位机械能能回收的热量是一 消耗单位机械能能回收的热量 项重要经济指标,称为性能系数,常记为 项重要经济指标,称为性能系数,常记为C.O.P.。 。 显然, 显然,对于沸点差小的混合物分离的精馏塔应用热泵精 馏效果会更好。 馏效果会更好。5Fra bibliotek2 精馏节能技术
化工精馏高效节能技术的开发及应用

化工精馏高效节能技术的开发及应用随着工业化的发展,化工行业成为了国民经济的重要组成部分。
在化工生产过程中,精馏技术是一种常见且重要的分离技术,通过不同组分的沸点差异实现混合物的分离。
传统的精馏技术存在能耗高、产能低、塔效低等问题,不符合当前节能减排的要求。
开发和应用化工精馏高效节能技术是当前的重要研究方向之一。
化工精馏的高效节能技术主要包括下面几个方面:改变传统精馏所采用的分离策略。
传统精馏通常采用连续塔式和间歇塔式两种方式,其耗能量较大。
而采用较新的策略,如非传统精馏技术则能够大大降低能耗。
压力摩擦传递介质技术(PTMD)利用流体在压力梯度下的摩擦生热来辅助分离,能够降低能耗并提高分离效率;旋涡扩散沉降技术以涡旋流形成和沉降效应为基础,通过改善气泡和干涉片状瞬时流动的混合状态,提高了分离效率;蒸汽再生精馏技术通过再生过程中废热的利用,减少了外部能量的输入。
优化传统塔设备结构和工艺参数。
在传统精馏塔的设计和操作上进行优化,可以进一步提高能源利用率和分离效率。
通过改变塔板孔径和数量,增加留存时间以提高传质效率;使用高效填料或结构来改善传质和传热特性,以提高传热和传质效率;采用多级回流功能,减少塔底和塔顶的温差,提高塔效。
引入辅助技术提高精馏的效率。
引入膜分离技术来提高精馏的选择性和效率。
膜分离技术在分子尺度上实现组分之间的物质传递,降低了能量消耗,并具有简单操作、占地面积小等优点。
还可以引入辅助剂来改变精馏物的沸点和挥发度,从而实现高效节能。
提高工艺综合效益。
除了提高精馏过程的效率外,还可以通过优化其他工艺参数来实现综合节能。
通过调整进料和塔回流比例,优化能量利用;在回收和再利用产品中的热量和化学物质,实现能量和物质的循环利用。
化工精馏高效节能技术的开发和应用对于提高化工生产过程的能源利用效率和环境保护具有重要意义。
通过改变传统精馏策略、优化设备和工艺参数、引入辅助技术以及提高工艺综合效益等手段,可以实现精馏过程的高效节能,并为化工行业的绿色发展做出贡献。
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°C,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)—般蒸馏塔塔顶温度在38〜138C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300C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。
图1间接式热泵精馏流程图它主要由精馏塔、压缩机、蒸发器、冷凝器及节流阀等组成。
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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。
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置的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。
2.3利用夹点技术对换热网络进行优化对于一个化工系统,当有多股热流和多股冷流进行换热时,可将所有的热流合并成一根热复合曲线,所有的冷流合并成一根冷复合曲线,然后将两者一起表示在温一焓图上,夹点即为在温一焓图上冷、热复合曲线在某点重合时系统内部换热的极限,重合点的传热温差为零,该点即为夹点。
在夹点温差为零下操作,需要无限大的传热面积,可以通过技术经济评价而确定一个系统最小的传热温差——夹点温差,因此,夹点可以定义为冷、热复合温度线上传热温差最小的地方。
在换热网络的合成中,利用夹点技术考虑各种物流匹配,可以使换热网络的热量利用达到最优。
3、提高精馏系统的分离效率和产品回收率3.1多效精馏技术多效精馏的一般流程如图1。
多效精馏由N个并列操作的精馏塔构成,如图l操作压力由左至右逐效降低。
前面较高压力塔的塔顶蒸汽作为后面较低压力的塔底再沸器的加热介质,在其中冷凝。
如果相邻两塔的冷凝器和再沸器的热负荷平衡,则只有第一塔的再沸器需要加热蒸汽,最后一塔的冷凝器需要冷却介质。
采用N效蒸馏后,再沸器所需的加热蒸汽可减少到原来单效精馏所需加热蒸汽的I/N左右。
实践证明,两效精馏操作所需热量与单效精馏比较,可减少30~40%。
图1 多效精馏技术Fig.1 Multi-effect distillation technology3.2低温热泵精馏技术当塔顶冷凝器采用致冷剂冷却时称为低温精馏。
低温精馏可用较低的压力。
同时由于低温时相对挥发度较大,可采用较小的回流比,以减小冷凝器和再沸器的热负荷。
使用单效精馏并用热泵将热量从冷凝器泵送至再沸器的低温精馏,称为热泵精馏。
热泵精馏能使能耗减少。
为了使塔顶蒸汽冷凝时所放出的热能提供给再沸器作为气化室的热源,使用了膨胀阀和压缩机,以改变冷凝或沸腾的温度。
图2为最简单的热泵精馏,在塔顶冷凝器和塔底再沸器之间联上一股闭路循环的外加致冷剂,致冷剂在塔顶冷凝器中蒸发时吸收热量,然后经压缩机压缩,塔釜再沸器冷凝并放出热量,再经节流阀减压至塔顶冷凝器中蒸发。
如此反复,不断将热量从温度较低的冷凝器泵送至温度较高的再沸器。
1.精馏塔;2.压缩机;3.再沸器;4.节流阀图2 热泵精馏技术Fig.2 Distillation heat pump technology3.3热耦精馏技术热耦精馏(Fully Thermally Coupled Distillation Column)是20世纪60年代提出的一种复杂蒸馏技术,主要用于三元混合物的分离。
该类型塔已在1989年由德国BASF公司率先实现了工业化,与常规蒸馏塔相比热耦蒸馏可以节省能耗达30%左右。
可以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。
热耦精馏在热力学上是最理想的系统结构,既可节省设备投资,又可节省能耗。
计算表明,热耦精馏比两个常规塔精馏可节省能耗30%左右。
日本的住友重工株式会社和Krupp Uhde建成了工业化的热耦蒸馏塔,美国UOP公司在提纯粗庚烷装置中采用了立式隔板蒸馏塔(热耦蒸馏塔的一种)。
它采用多股进料技术,并包括了吸收过程。
从近年来的发展趋势看,热耦蒸馏的工业应用有良好的前景。
Agrawal和Fidkowski 从热力学效率角度出发,分析了分离三元理想饱和液体时热耦蒸馏与常规序列的差异。
Schultz等提出了选用热耦蒸馏的一些经验法则,认为选用热耦蒸馏的情况是:进料中间组分的含量比较多,轻关键组分与中间组分之间的相对挥发度和中间组分与重关键组分之间的相对挥发度较接近。
吕向红、陆恩锡采用蒸馏计算的严格模型,模拟研究三组分混合物分离的热耦蒸馏塔和常规简单蒸馏序列的能耗,分析热耦蒸馏塔应用的前提条件,从而提出热耦蒸馏塔选用的原则:(1)当分离指数ESI<I时,如果中间组分的含量较低,则不宜于选用热耦蒸馏的方案;当其摩尔分数超过60%后,选用热耦蒸馏方案则比常规简单方案减少能耗10%。
(2)当ESI在0.9~1.1时,无论中间组分的含量高或低,选用热耦蒸馏方案都优于常规方案,既减少能耗,又节省设备投资。
(3)当ESI>1时,不宜于选用热耦蒸馏方案。
(4)如常规蒸馏塔操作压力差较大,亦不宜选用热耦蒸馏方案。
3.4 内部热集成蒸馏塔内部热集成蒸馏塔(Internally Heat Integrated DistillationColumn,简称HIDiC),指同一塔本身的精馏段和提馏段进行热量集成。
它是通过蒸馏塔精馏段和提馏段的热集成实现蒸馏塔的无冷凝器和再沸器操作,从而大幅度降低能耗,与常规蒸馏塔相比节省的能耗可达30~60%;这是迄今所知节能幅度最大、最先进的蒸馏塔型式。
这一设想最早于20 世纪60年代山Freshwatert提出,其后不断有学者发表研究成果。
日本学者M.Nakaiwa等在完成实验研究的基础上,已于2000年通过了该塔的中试,目前正朝着工业化的方向进展。
内部热集成塔和传统的蒸馏塔有着相当大的区别:传统蒸馏塔必不可少的塔顶冷凝器和塔釜再沸器已不再需要,原有的一个蒸馏塔被分成精馏和提馏2个塔,精馏塔放置在提馏塔内率。
该类塔流程如图3所示。
图3 HIDiC流程Fig.3 HIDiC process图4 常规蒸馏塔的M-T图Fig.4 Conventional distillation tower of the M-T图5 HIDiC的M-T图Fig.5 M-T HIDiC figureHIDiC的节能原理可以通过McCabe-Thiele(M-T)图解释。
图4是常规蒸馏塔的M-T 图,精馏段和提馏段的操作线为2条直线。
图中,X D为塔顶产品组成摩尔分数,X B为塔釜产品组成摩尔分数,X f为进料组成摩尔分数,x,y分别为易挥发组分在液相和气相中的组成摩尔分数。
传质推动力为操作线和平衡线之间的距离,它沿塔高非等值分布,在进料板处最小,向塔的两端逐步增加。
这是高度不可逆性的一个主要原因,操作线和平衡线之间的垂直距离越大,有效能损失越大。
而HIDiC塔取消了冷凝器和再沸器,使得操作线变成了一条与平衡线形状相似的曲线,如图5所示。
因而HIDiC塔具有较高的热力学效率。
3.5采用新型高效分离技术分离技术是通过塔设备实现的。
对常规板式塔改造,采用高效导向筛板,可降低能耗,提高生产能力。
3.5.1高效导向筛板高效导向筛板是北京化工大学在对包括筛板塔板在内的各种塔板进行深入细致研究的基础,发挥筛板塔结构简单、造价低廉的特点,克服其漏点高、效率低的缺点,并且通过对各种塔板进行深入研究、综合比较,结合塔板上流体力学和传质学的研究开发的一种新型高效塔板,其工作原理如图6所示。
高效导向筛板是在高效导向筛板上开设了大量筛孔及少部分导向孔,通过筛孔的气体在塔板上与液体错流,穿过液层垂直上升,通过导向筛板的气体沿塔板水平前进,将动量传递给塔板上水平流动的液体,从而推动液体在塔板上均匀稳定前进,克服了原来塔板上的液面落差和液相返混,提高了生产能力和板效率,解决了堵塔、夜泛等问题。
另外,在传统塔板上,由于液面梯度,在塔板的上游总存在个非活化区,在此区域内气流无法穿过液层而上升鼓泡。
实验测定,非活化区的面积约占塔截面积的1/3左右。
高效导向筛板在液流入口处增加了向上凸成斜台状的鼓泡促进器,促使液体一进入塔板就能产生鼓泡,带来了良好的气液接触与传质。
高效导向筛板具有以下特点:(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。
图6 导向筛板工作原理Fig.6 Sieve-oriented principle3.5.2板填复合塔板板填复合塔板是北京化工大学对板式塔与填料塔进行深入研究的基础上,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。