精馏过程节能技术_岳金彩
精馏的节能技术
分抽提出去。
5.当组分α>2，可考虑简单蒸馏，不必用萃取精馏。
对普通精馏塔所组成的顺序用试探法寻优
一般原则： 1．如果各组分的相对挥发度的范围很宽，则按相对挥发度 递减的顺序逐个从塔顶分离出各组分。这是因为，①先分出α 大的，使后续塔的蒸汽量V下降，塔径减小，操作压力P下降 ，冷凝温度T上升。②产品逐个从塔顶出，塔顶蒸汽量小，冷 凝负荷小。 2．如果各组分在原料中的含量差别比较大，而相对挥发度
如图所示：
需要说明的是，在大 多数情况下，采用上述 的节能技术均会减少操 作费用，但可能增加设 备费用，而且操作会变 得更加复杂，要求有较 高的控制水平。因此需 工业分离问题常常涉及到将多组分混合物分 离成两个以上的产品。尽管一个用复杂方法设计 的分离器有可能得到所需要的多个产品，但广泛 采用的仍是一连串的简单分离器（即一股进料， 两个产品的分离器）。这样就引出了先分离哪个 组分，后分离哪个组分的问题，也就是分离顺序 的问题。一般来说，人们总要寻找最优的或费用 最低的顺序，同时兼顾其它因素，例如可操作性、 可靠性和安全性等问题。
多效精馏
多效精馏的基本方式如图：
采用两效或多效精馏是充分利用能级的一个方法。
不论采用哪种方式，其精馏操作所需的热量与单塔
精馏相比较，都可以减少30~40%。 塔压、液体及蒸汽流动组合方式的确定与分离物 系的相对挥发度、进料中低沸点组分和高沸点组分 的相对比例、进料热状态以及热源蒸汽压力和冷却 介质的温度等有关。
（3）用再沸器液体闪蒸的热泵
当塔底产品是一种好的制冷剂时，塔釜液通过膨胀阀 闪蒸到相应于馏出物饱和温度的压力。塔顶冷凝器又起再 沸器的双重作用。在冷凝器中生成的蒸汽在进塔前被再压 缩到塔底压力。下图为该热泵系统在丙烯-丙烷分离中的应 用。 将釜液闪蒸到496.4kPa，用它来除去冷凝器中所需的
化工精馏技术的应用及节能措施
化工精馏技术的应用及节能措施摘要：化工企业作为能源消耗的重要企业，需要将节能减排放在重要位置，加强对化工精馏技术的应用，树立良好的节能减排观念，科学制定节能措施，保证能源资源在得到充分运用的同时，使能耗问题可以彻底解决，让化工生产过程更为环保，促进化工行业可持续发展目标的实现。
化工精馏技术经过多轮技术革新，已经在生产效率、节能环保、资源利用、精确控制方面有了长足进步。
本文主要分析化工精馏技术的应用及节能措施。
关键词：化工精馏技术；多效精馏技术；节能措施引言为有效促进化工行业精馏过程中能源利用率的提升，应该加强化工行业生产效率的提高，保证化工企业能获得更大经济利益，与此同时，满足环保节能需求，在确保经济效益的前提下，满足社会效益，做到可持续发展。
在运用化工精馏技术时，应该结合当前生产过程中存在的各类问题，不断对精馏技术优化和完善，增强精馏技术运用的规范性和可行性。
1、化工精馏的流程分析蒸馏是根据混合液中不同物质之间的相对挥发差异，对轻质混合液进行物理划分和重组的单元。
塔加热器提供混合液的热源，塔顶提供材料蒸汽制冷剂，蒸馏塔内的混合材料通过多种气体液之间的质量传递和能量传递，液相轻组分获得多气化能量，得到柱顶高纯度的轻馏分产物，气相重组组分多次向柱锅炉释放冷凝能量，得到高纯度的馏分产物。
总之，化学蒸馏是净化分离的过程，在化学制造过程中，由于不同物质的性质不同，需要提取材料需求的特点来满足生产需求，可以说高能效蒸馏是操作的创新和优化传统蒸馏作业与高能效蒸馏作业有着根本的区别。
首先，在设备中，传统蒸馏应使用蒸馏柱进行。
主要工作原理是加热蒸汽，然后达到液体沸点，引起液体的物理气化反应，从而分离纯化。
其次，剩余的零部件必须用冷凝水进行冷却和循环利用，整个操作过程的能耗大、限制性强，蒸馏效率不理想。
因此，需要结合现代技术进行优化，高效节能的蒸馏技术将冷凝热与热能结合起来，以降低蒸馏过程中的能耗，通过分析液体性质和沸点，整个蒸馏过程能够有效地分离出部分组分，如下所示。
精馏过程节能技术综述
精馏过程节能技术综述现代工业生产过程中，精馏过程是十分常见的一种操作，用于从混合物中分离出不同组分。
然而，传统的精馏过程存在能源浪费的问题，因为它需要大量的能源来进行加热和冷却。
因此，如何降低精馏过程的能源消耗成为了一个重要的研究方向。
在过去的几十年里，研究人员提出了多种节能技术，以下综述了一些常见的节能技术。
首先，改进传统精馏塔的设计是一种简单但有效的节能方法。
例如，使用多级精馏塔可以增加分馏塔的效率，减少需加热和冷却的动力。
此外，增加塔内的换热面积也可以改善能量利用率。
此外，通过使用先进的塔内填料和分布器，可以提高物质的传质效率，从而减少所需的塔高和物料回流比例。
其次，热力耦合是另一种常用的节能技术。
该技术通过将不同温度的流体进行热交换，来降低能源消耗。
例如，实施热力耦合可以将进出精馏塔的气体进行热交换，从而降低所需的加热和冷却负荷。
此外，热力耦合还可以用于塔内热交换，例如通过使用塔内回流来预热进入精馏塔的物料。
另外，采用较低的工艺温度和压力也可以有效地减少精馏过程的能耗。
降低工艺温度可以减少所需的加热负荷，而降低工艺压力可以减少所需的冷却负荷。
因此，在设计和操作精馏过程时，应考虑选取较低的工艺温度和压力，以降低能源消耗。
此外，使用较低的辅助能源，如太阳能、余热等，也是一种常用的节能技术。
太阳能可以用于提供所需的加热或冷却能量，从而降低对传统能源的依赖。
余热是指在其他工艺过程中产生的废热，在精馏过程中可以被回收利用，用于提供所需的加热或冷却能源，进一步减少能源消耗。
最后，引入新的分离技术也是提高精馏过程能耗效率的一种途径。
例如，膜分离技术被广泛应用于分离混合物中的气体或液体组分，并且其能耗通常较低。
相比传统的蒸馏过程，膜分离技术不需要额外的加热和冷却能源，因此能够有效地节约能源。
总的来说，精馏过程节能技术的研究和应用对能源的合理利用具有重要意义。
通过改进传统精馏塔的设计、热力耦合、降低工艺温度和压力、使用低辅助能源和引入新的分离技术等方法，可以有效地降低精馏过程的能耗。
化工精馏技术的应用及节能措施
化工精馏技术的应用及节能措施摘要：化工企业作为能源消耗的重要企业，需要将节能减排放在重要位置，加强对化工精馏技术的应用，树立良好的节能减排观念，科学制定节能措施，保证能源资源在得到充分运用的同时，使能耗问题可以彻底解决，让化工生产过程更为环保，促进化工行业可持续发展目标的实现。
化工精馏技术经过多轮技术革新，已经在生产效率、节能环保、资源利用、精确控制方面有了长足进步。
本文对化工精馏技术的应用及节能措施进行分析，探求更加科学高效的技术应用策略。
关键词：化工精馏技术；多效精馏技术；节能措施引言催化精馏技术与其他技术相比具有十分明显的技术优势，在实际应用中具有性能良好、操作便捷、反应速度快、技术成本低廉等特点，因此受到化工行业的重点关注。
催化精馏技术在实际应用中发生的催化、分离等化学反应过程都是在特定的反应塔内进行的，能够有效提高化工产品的生产质量与效率，具有十分可观的实际应用价值。
1精馏技术概述化工生产中应用的精馏技术，主要是将化工生产中所需要的混合物，利用精馏技术按照混合物不同的挥发程度，实现混合物有效分离的一项生产技术。
在化工生产中，一般是利用精馏塔进行精馏作业，利用气体与液体的逆流相接产生的热量传递，实现物质的有效分离。
精馏技术在实际的应用中，会受到多种因素的影响，如精馏塔的设计与应用、压力、温度等因素，这些影响会使精馏技术在实际作业过程中产生大量的能源消耗，导致化工生产能源消耗增加。
化工生产精馏技术工艺流程，首先从精馏塔的底部灌入气体，精馏塔内部的液体会进行自上而下的流动，并在流动过程中与向上的气体产生接触，气体与混合物液体在接触的过程中，会挥发掉一部分混合物，但仍有一部分难以完全挥发，会逐步转化为另一形态的物质，最后混合物液体会向着塔底运动，气体会在精馏塔顶部聚集，完成液体与气体的分离作业。
其中，完成分离作业的气体会进入到冷凝器内，混合物液体一部分会作为分离物质从精馏塔内取出，另一部分会继续留在精馏塔内重复工艺流程。
化工生产中热泵精馏工艺流程分析及节能措施
化工生产中热泵精馏工艺流程分析及节能措施摘要：随着国家对化工企业节能减排要求的提高，绿色生产成为了我国可持续发展战略的重要措施，化工企业把节能减排也列为了一项重要的措施。
在化工生产过程中许多生产工艺需要较大能量作为动力源泉，如果没有进行有效的管理将会造成能源的浪费，与国家倡导的绿色节能生产发展理念不合。
本文将冲热泵精馏工艺中的蒸汽加压式以及吸收式工艺流程出发，分析其节能效果以及途径，并提出提升化工生产中热泵精馏工艺的节能措施，以提高节能减排效果。
关键词：化工节能;热泵;精馏工艺;蒸汽加压前言随着国家节能减排要求的提出，对于现代化工生产而言，节能环保成为了一项硬性要求，如果没有遵循这一理念，就会失支市场竞争力，企业就无法实现长期发展。
对于热泵精馏工艺而言，节能的主要措施通过控制塔顶与塔底的温度差实现能源的节约，由于在控制过程中稳定性较强，且回收的时间较短，此工艺成为了现代化工生产中常用的节能工艺。
由于热泵精馏工艺在节能上具有着较大的意义，所以对此工艺进行深入分析，对化工行业有着重要意义。
一、热泵精馏工艺流程分析（一）蒸汽加压式工艺流程对于蒸汽加压式工艺，由于不同的化工设备又可以分为蒸汽压缩机方式与蒸汽喷射式工艺。
两种不同的蒸汽加压工艺工作原理不尽相同，但是两种工艺都能起到能源节约的效果。
1、蒸汽压缩机式的蒸汽加压工艺对于热泵精馏工艺流程而言，蒸汽加压方式应用中，压缩机发挥着重要作用。
压缩机式蒸汽加压，顾名思义，就是以压缩机为核心，通过压缩机与其他设备进行相互配合实现蒸汽的加压，从而达到节能效果。
在此过程中，化工设备的完整性是基础，需要的主要化工设备有精馏塔、蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀等，确保这些设备运行的性能下，采用封闭式的循环作业法，通过物理方法，控制温度，是院士的反应物料保持为气体的状态，在压缩机的作业下，实现气体运输到塔釜并实现气体的压缩。
在许多化工企业在应用热泵精馏工艺过程中，由于压缩机式的作业方式，操作较为简单，设计过程简易，控制效果好，逐渐成为了主要的热泵精馏工艺。
精馏过程节能技术分析及应用
精馏过程节能技术分析及应用发表时间：2020-09-08T11:08:18.570Z 来源：《工程管理前沿》2020年4月第12期作者：周建华[导读] 当前社会对资源的需求量不断增加，且需求速度也日益增长摘要：当前社会对资源的需求量不断增加，且需求速度也日益增长，大量的矿产资源以极快的速度被消耗，能源危机已经成为我国面临的主要问题，为更好的优化能源利用，减缓能源消耗速度，促进我国的可持续发展，必须对工业技术进行优化，以此节约能源，所以为提升精馏过程的能源利用效率，降低精馏能源消耗，本文将从精馏过程节能技术展开分析，并对其应用展开研究。
关键词：精馏过程；节能技术；能源精馏过程属于一个传质传热的过程，其复杂程度较高，在精细化工领域及石油化工领域均被广泛应用，精馏过程属于当前化工生产过程中能源消耗的最主要环节，化工生产过程中变量因素较多，其机理复杂程度较高，精馏能耗在化工中所占能耗可高达95%以上。
所以为更好的节约能源，精馏过程中的节能问题就显得尤为重要，下面就精馏节能现状展开分析，并对精馏节能技术的开展与应用展开论述。
一、精馏节能现状当前，化工生产中所需分离的物料种类不断提升，产品的精度和纯度要求也日益增长，但是当前化工领域应用的精馏装置操作方式比较保守，操作规格不合理，操作方式困难。
在精馏过程中，需要将混合物料由中间位置放入塔内位置，在塔内，主要由填料或者塔板设计为主，以确保汽液能够紧密接触，在沸腾器中加热塔底液相后，于冷凝器中对蒸汽进行冷凝干预。
在开展该精馏过程干预时，能量均会被冷却水或者分离组分携带，而并不是应用于组分分类之中，所以具备更大的精馏潜力[1]。
当前，世界各地均提升了对精馏节能的重视程度，建立在节能基础上的应用和研究也不断发展进步，美国所采用的精馏塔，能量消耗程度可以高达120万桶石油，在全国能源消耗中所占比例为3%，若是提升精馏过程中的节能技术，每次节约能源消耗的10%，则可每年节约5亿迈远。
化工精馏高效节能技术开发与运用
化工精馏高效节能技术开发与运用摘要：现今能源短缺局势更加严峻，对于化工企业来讲，需要积极响应节能减排，实施节能举措。
化工装备主要涉及反应、分离两个过程，后者占消耗量的75%，其中精馏是核心过程，能耗占一半以上。
因此，在装备能耗方面，减少精馏过程的消耗是关键点。
如今，一般的蒸馏程序难以让能耗减少，必须采取高效精馏技术。
实际上，该项技术目前仍然不是很成熟，存在不少可能给精馏带来影响的因素。
化工企业应对这一方面开展全方位研究，加大运用力度。
关键词：化工精馏；高效节能；物质分离1 化工精馏分析利用物质间某些性质的差异，选用不同的方法将它们分离，通常情况下需要借助精馏塔。
使用蒸汽热能组成汽化物料，然后借助塔板传递热量及传质，并且进行汽化分离，剩余物料在冷却之后进行回收，这就是蒸馏原理。
就普通蒸馏而言，其蒸汽损耗较为突出，会提高能耗，借助精馏能科学发挥这一部分热量的作用，继而实现节能目标。
其中，存在较多可能会影响精馏过程的因素，比如温度及塔压，塔压出现波动，会干扰塔板组成，使分离浓度出现变化。
对于冷凝器及加热釜，应该避免二者过多进料，否则，将难以确保产品质量。
物料温度变低时，冷负荷提高，也可能干扰分离情况。
通过加大回流比，进一步提高输出质量，让回流比处在适当范围，以便确保蒸馏效率。
就普通精馏而言，通常情况下都是一股进料，在塔底借助再沸器，通过热能量体提供热量，达成汽化目标，物料基于塔板对热量进行传递，利用组分持续冷凝及汽化，继而进行分离，最终气体至塔顶。
借助冷能量体，待有效完成冷凝，物料返回至塔顶，剩余的作为产品输出。
化工精馏中，冷凝会带走一定的热量，临近塔底利用热能量体供热，若有效借助冷凝热，则可以让能耗减少，实现节能增效目标。
通过冷凝热回收利用，组成各种节能型精馏流程，例如多效精馏。
2 技术开发与运用意义（1）减少化工精馏过程能耗。
对于化工精馏过程来讲，它利用气相液相彼此转化，将难挥发、易挥发组分进行传质，继而达到物质分离的目的。
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【摘要】化工精馏是化工生产中重要的分离技术，而高效节能精馏技术的开发和应用对于提高生产效率、减少能源消耗具有重要意义。
本文通过对化工精馏技术的概述和传统精馏技术存在的问题进行分析，介绍了高效节能精馏技术的研究和发展情况，并结合实际案例展示了其应用效果。
突出了高效节能精馏技术的技术优势，探讨了其未来发展方向。
通过本文的研究可以看出，高效节能精馏技术在化工生产中的潜力巨大，具有显著的经济效益和环境效益，值得进一步深入研究和推广应用。
【关键词】化工精馏、高效节能技术、研究、开发、应用、传统技术、问题、优势、案例、发展方向、总结、精馏技术1. 引言1.1 研究背景化工精馏技术作为化工生产中重要的分离工艺之一，具有对混合物进行精确分离的优势，被广泛应用于石油化工、医药、食品、冶金等领域。
传统的精馏技术存在能耗高、设备大、操作复杂等问题，迫切需要研发高效节能的精馏技术来提高经济性和环保性。
随着科学技术的不断进步，高效节能精馏技术得到了广泛关注和研究。
当前，我国精细化工产业不断发展，对精馏技术提出了更高的要求，要求精馏技术能够更加节能高效地进行分离操作。
研究和开发化工精馏高效节能技术势在必行。
在此背景下，本文旨在探讨化工精馏高效节能技术的开发及应用，为化工产业的节能减排、降低生产成本、提高经济效益做出贡献。
通过深入研究和分析，将为未来化工精馏高效节能技术的发展方向提供参考，推动我国精细化工产业的发展。
1.2 研究意义化工精馏高效节能技术的研究意义主要体现在以下几个方面：精馏技术在化工生产中起着非常重要的作用。
通过精馏过程，可以实现对混合物中各种组分的分离和提纯，从而得到高纯度的产品。
提高精馏技术的效率和节能性对于提高化工生产的质量和效益具有重要意义。
随着化工产业的不断发展和进步，对产品质量和能耗要求也越来越高。
传统的精馏技术存在能耗高、效率低、设备磨损严重等问题，这不仅影响了生产效率，还给企业带来了不小的经济负担。
精馏过程的节能技术
0 引 言精馏过程是一个复杂的传质传热过程，广泛应用于石油化工和精细化工，是主要的能源消耗环节，具有变量多、机理复杂的特点。
根据有关资料统计，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％[1]。
自从发生了世界性的能源危机以来，精馏过程的节能问题已引起了人们的广泛重视。
降低精馏过程的能耗，对于节约能源，减少产品成本至关重要，本文就精馏过程的节能途径进行了探讨。
1 精馏节能现状目前，在化工生产中分离物料的组分不断增多，产品纯度要求也不断提高，但精馏装置操作往往偏于保守，操作方法、操作参数设置欠合理。
典型的单级精馏装置如图l 所示[2]，混合物料从某一中间位置进入塔内，塔内设有塔板或填料促进汽液密切接触，塔底液相在再沸器中加热，塔顶的蒸汽在冷凝器中冷凝。
此精馏过程消耗的能量绝大部分被冷却水或分离组分带走，并非用于组分分离，因此精馏过程的节能潜力很大。
近年来，世界各国对精馏节能都很重视，以节能为中心的研究和应用得到了迅速的发展。
据统计，在精馏过程的节能技术张 琴，范海明，周 钧（中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北 邯郸，056027）摘 要：精馏是石油化学工业的高能耗操作单元，本文从充分利用精馏过程的热能，提高精馏系统的热力学效率，以及减少精馏过程对能量的需要等几个方面论述了精馏过程的节能措施，对各个类型的主要节能方法、优缺点和适用范围进行了综述，并介绍了我国精馏过程的节能现状与趋势。
关键词：化工；精馏；节能中图分类号：：TQ028.31 文献标识码：AEnergy Saving in Distillation ProcessZhang Qin, Fan Hai-ming, Zhou Jun（The 718th Research Institute of CSIC ，Handan 056027，China ）Abstrac t ：Distillation is an important operating unit in petrochemical industry, which has highly energy consumption, the paper focuses on the distillation process from the viewpoint of energy saving, and introduced several energy- saving measures, such as taking full advantage of the thermal in the distillation process, improving the thermodynamic efficiency of distillation systems, and reducing the energy needs of distillation process. The main energy- saving methods, advantages, disadvantages and applications of each energy- saving measures are reviewed, and described our distillation status and trends. Keywords: chemical industry, distillation, energy saving舰 船 防 化2010年第3期，1~5 CHEMICAL DEFENCE ON SHIPS №3, 1~5美国40000多个精馏塔的耗能量相当于120万桶石油，几乎占全国能耗的3％，如果从中节约10%，每年可节省5亿美元。
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化工精馏是一种关键的工艺流程，通常用于分离混合物中的化学物质。
在化工过程中，精馏过程的能源消耗非常高，并且对生产率和资源利用效率产生了重要影响。
因此，开发和应用高效的精馏技术是化工工业的重要任务之一。
本文将探讨化工精馏高效节能技术的开发和应用。
一、精馏技术的常见问题精馏过程引起的能源消耗主要包括两个方面：蒸汽的需求和冷却水的需求。
目前，一些主要的精馏技术常见的问题如下：1. 能源消耗高。
由于大量的蒸汽和冷却水的需求，精馏过程的能源消耗非常高。
这导致成本增加，并且可能降低生产率。
2. 对环境的影响。
大量的能源消耗和排放对环境产生了负面的影响，包括温室气体排放和水消耗等。
3. 设备的维护和操作成本。
由于精馏设备经常需要定期维护和检修，因此这些成本也会对生产带来一定的影响。
为了提高精馏过程的效率和减少能源消耗，许多高效节能的精馏技术已经被研究和开发，其中包括以下几种。
1. 蒸汽回收技术蒸汽回收技术是通过回收已经使用的蒸汽，将其转化为高温高压蒸汽，从而降低热能的损失和能源消耗。
该技术可以在许多化工生产过程中实现节能，并且能够提高生产效率和产量。
例如，在石油炼制和化学合成过程中，蒸汽回收可以节省大量能源。
2. 热泵技术热泵技术通过利用高温低压的工艺余热或环境热源，提高压缩蒸汽的温度和压力，从而达到节能的效果。
热泵技术可以应用于各种类型的精馏过程中，包括蒸馏、萃取、吸附过程等。
3. 超声波技术超声波技术可以在不需要大量能量的情况下加速分子的移动速度，从而提高精馏效率。
同时，由于该技术能够降低温度和压力，因此可以减少能源消耗和排放。
4. 多级精馏技术多级精馏技术通过增加精馏塔的级数，减少塔内的压力差，从而降低能源消耗。
该技术可以在不影响分离效果的情况下减少能源和资源的消耗。
三、结论随着绿色低碳发展的大势所趋，高效节能的精馏技术将成为化工工业的主要发展方向之一。
通过研究和开发上述的高效节能精馏技术，我们可以更好地满足市场需要，并且为未来的环境和资源保护作出贡献。
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第26卷,总第147期2008年1月,第1期《节能技术》E NERGY C ONSERVATI ON TECH NO LOGY V ol 126,Sum 1N o 1147Jan 12008,N o 11精馏过程节能技术岳金彩,闫 飞,邹 亮,杨 霞(青岛科技大学 计算机与化工研究所,山东 青岛 266042)摘 要:本文总结了精馏过程主要的节能技术,按照流程是否改变及是否利用过程技术对各类技术的进行分类,即过程技术节能,特殊精馏工艺和精馏塔高效材料等类型,对各个类型的主要节能方法、优缺点和适用范围进行了综述,并介绍了我国精馏过程的节能现状与趋势。
关键词:精馏过程;节能;热偶精馏;热泵精馏;中间换热器中图分类号:T Q028 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2008)01-0064-04E nergy Savings in Distillation ProcessY UE Jin -cai ,Y AN Fei ,Z OU Liang ,Y ANG X ia(Institute of com puter and chemical engineering ,Qingdao University of Science and T echndogy ,Qingdao 266042,China )Abstract :According to that whether process technologies are used and the flowsheet are changed or not ,the main energy -saving technologies of distillation process are summarized and classified into three types ,that is energy -saving by process technology ,special distillation processes and high -efficient tray or pack column 1The ordinary methods ,advantages and disadvantages ,and suitable area are rivewed for every types 1At last the status and development trend are introduced 1K ey w ords :distillation process ;energy saving ;thermally coupled ;heat pum p ;intermediate heat exchangers收稿日期 2007-12-06 修订稿日期 2007-12-16作者简介:岳金彩(1969～),男,副研究员。
杨 霞(1973～),女,博士研究生。
在化工生产过程中,分离是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,工业生产中占据着主导地位的分离方法就是精馏,精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同利用能量进行分离的操作单元,具有独特的优势〔1〕。
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%〔2〕。
因此随着世界能源的日益短缺,精馏过程一直是研究者节能挖潜的热点对象,它的每一个进展都会带来巨大的经济效益。
多年来,人们已采用了多种方法和手段对精馏过程进行节能降耗的研究,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开发了许多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。
由于第三类没有利用过程技术,本文只对前两类节能方法进行综述。
1 过程技术节能111 操作条件优化节能该方法主要是利用模拟软件对精馏过程的操作条件进行研究,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,塔顶塔底热负荷等等,除塔的操作压力一般是给定的(在设计双效流程除外),其它的都可以作为操作变量,通过灵敏度分析、设计规定或者优化技术来确定满足分离任务的最佳值,以获得最小的冷凝负荷和再沸器热负荷,从而使精馏塔能耗最少。
・46・目前由于通用模拟软件的商品化程度的提高,大型化工企业的操作基本上在最佳条件下进行,一些中小型化工企业的精馏操作还有待于进一步优化。
112 中间换热节能对于塔顶塔底温度差别比较大的精馏塔,可以通过增加中间换热器的方式来节省或回收热量(冷量)。
中间换热的方式有两种:中间冷凝器和中间再沸器。
对塔底再沸器来说(以塔底再沸器为基准),中间冷凝器是回收热量,中间再沸器是节省热量;而对于塔顶冷凝器来说(以塔顶冷凝器为基准),中间冷凝器是节省冷量,中间再沸器是回收冷量〔3〕。
中间冷凝器和中间再沸器的负荷如果比较大,塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷会降低,这样会导致精馏段回流比和提馏段蒸汽比(气相回流比)减少,回流比的减少,应当相应增加塔板数,才能保证产品的分离纯度,从而使设备投资费用增加。
图1 中间再沸器与中间冷凝器Fig 11 M iddle reboiler and m iddle condenser图1描述了这两种中间换热方式的示意流程:如果精馏塔在塔下方温度分布存在显著的变化,则可设中间再沸器使用低品位热源,以减少主再沸器高品位热量消耗,但中沸器下方塔板分离能力被削弱;当塔上部的温度分布若存在显著的变化时,则可设中间冷凝器,采用较低品位的冷剂,减少主冷凝器高品位冷剂的用量,以减少能耗,但其上方的塔板的分离能力有所下降。
将中间换热方式归类于过程技术节能,是因为原来的精馏塔没有变化,只不过增设的中间换热改变了操作线斜率,利用了低品位能源。
在分离任务一定的情况下,常规精馏塔塔釜再沸器的供热量等于设有中间再沸器的精馏塔塔釜再沸器与中间再沸器供热量之和。
设置中间再沸器前后,所需要的总的热负荷不变。
只是在设置中间再沸器后,部分热量可以采用低于塔底再沸器的廉价的废热蒸汽提供,塔的热能有效降级,这使得热效率提高。
对于给定的精馏塔,通过合理设置和使用中间再沸器,可以提供最大的热效率、达到最大的节能效果〔4〕。
2 特殊精馏工艺节能211 热泵精馏〔5-7〕热泵精馏就是靠补偿或消耗机械功,把精馏塔塔顶低温处的热量传递到塔釜高温处,使塔顶低温蒸汽用作塔底再沸器的热源。
21111 热泵精馏的类型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。
蒸汽加压方式热泵精馏分蒸汽压缩机方式和蒸汽喷射式两种。
蒸汽压缩机方式考虑到冷凝和再沸器热负荷的平衡以及便于控制,在流程中往往设有附加冷却器和加热器。
按照流程的不同,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等4种流程。
其中间接式热泵精馏流程利用单独封闭循环的工质(制冷剂)工作,塔顶气体直接压缩式是以塔顶气体作为工质的热泵;分割式热泵精馏流程分为上下两塔:上塔类似于常规热泵精馏,只不过多了一个进料口;而下塔类似于常规精馏的提馏段即蒸出塔(或汽提塔),进料来自上塔的釜液,蒸汽出料则进入上塔塔底;闪蒸再沸是热泵的一种变型,它直接以塔釜出料为冷剂,经节流后送至塔顶换热,吸收热量蒸发为气体,再经压缩升压升温后,返回塔釜。
蒸汽压缩机方式适用于下述系统:①塔顶和塔底温差较小的场合,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被分离物质的沸点接近,分离困难,回流比高,因此需要大量蒸气的场合;③在低压运行时必须采用冷冻剂进行冷凝,为了使用冷却水或空气作冷凝介质,必须在较高塔压下分离某些易挥发性物质的场合。
蒸汽喷射式热泵是提高低压蒸汽压力的专门设备,其原理是借助高压蒸汽(驱动蒸汽)喷射产生的高速汽流,将低压蒸汽的压力和温度提高,而高压蒸汽的压力和温度降低。
低压蒸汽的压力和温度提高到工艺能使用的指标,从而达到节能的目的。
采用蒸汽喷射泵方式的热泵精馏具有如下优点:①新增设备只有蒸汽喷射泵,设备费低;②蒸汽喷射泵没有转动部件,容易维修,而且维修费低;③吸入蒸气量偏离设计点时发生喘振和阻流现象。
这点与蒸汽压缩机相同,但由于没有转动部件,就没有设备损坏的危险。
蒸汽吸收式热泵精馏由吸收器、再生器、冷却器和再沸器等设备组成,常用溴化锂水溶液或氯化钙水溶液为工质。
精馏塔的冷凝器也是热泵的再沸器。
吸收式热泵按照机内循环方向的不同可分为:冷凝器压力大于蒸发器压力的第一类吸收式热泵・56・(Ⅰ型)和蒸发器压力高于冷凝器压力的第二类吸收式热泵(Ⅱ型)。
第一类吸收式热泵需要高温热源驱动,但不需要外界冷却水,热量能得到充分利用,主要应用于产生热水;第二类吸收式热泵可利用低品位热能直接驱动,以低温热源与冷却水之间的温差为推动力,可产生低压蒸汽。
21112 热泵技术应用需注意的几个问题热泵技术以其高效节能的特性,得到了普遍应用,但并非任何条件下都适宜采用热泵技术,应从以下几个方面进行可行性判定:(1)是否存在优质的热源,通常热源应温度较高,稳定量大,与热泵设置点距离较近,且不具有腐蚀性,不易结垢,对设备磨损较小;(2)是否有合适的用热需求,应根据所采用的热泵类型,确定合适的供热温度,使热泵系统经济性较好;(3)运行成本是否低。
由于供热方式的改变,相应增加了其它消耗,应探讨是否具有经济效益,一般热泵节能率达30%以上时,才能比锅炉供热成本低;(4)还应当注意采用热泵技术后,是否对原系统产生其它影响,如意外故障的应变性、负荷变化时的适应性,以及系统整体的热量平衡等。
212 热偶精馏〔8-14〕热偶精馏由于既节能又节省设备投资引起了人们的广泛关注。
最早的热偶精馏是50年前由Pet2 lyuk提出的,研究发现热偶精馏比常规精馏过程节能至少30%以上,但受当时的技术条件所限而难以工业化。
近年来,随着对节能要求的提高,且由于控制技术的提高,热偶精馏方面的研究又趋于活跃,一些大公司已将其中的分隔壁精馏塔工业化。
本文主要介绍热偶蒸馏的特点以及各种流程和应用现状,以期促进我国对该项技术的研究和应用。
热偶精馏主要用于三组份混合物分离或将混合物分为三种产物,可分为以下几种形式〔5～14〕:①侧线蒸馏塔,由主塔和侧线蒸馏塔组成;②侧线提馏塔,由主塔和侧线提馏塔组成:③完全热偶精馏,最早由Petlyuk提出,故又称为Petlyuk蒸馏塔,由主塔和预分馏塔构成,预分塔的作用是将混合物进行初步分离,轻关键组份全部由塔顶分出,重关键组份完全由塔釜采出,中间组份在塔顶、塔底之间分配,主塔的作用则是对预分塔塔顶和塔底的物料进一步分离,得到符合要求的产物;④立式隔板塔(图2),在塔内部采用立式隔板将塔从中间隔开分成两部分,这一结构从本质上可认为是将petlyuk蒸馏塔的主塔和预分塔组合于同一塔内。