試論精餾塔設備設計和節(jié)能研究

楊新建(新疆華澳能源化工股份有限公司,新疆　克拉瑪依　834000)

試論精餾塔設備設計和節(jié)能研究

楊新建(新疆華澳能源化工股份有限公司,新疆克拉瑪依834000)

精餾過程屬于化工過程的一個耗能部分，基于此，本文分析了常規(guī)的精餾塔，研究了各種精餾塔類型。經(jīng)過分析以后，可以節(jié)省各種設備的投入，特別是的精餾結(jié)合以后效果比較明顯。

精餾塔；設備設計；節(jié)能

精餾屬于石油加工中使用比較廣泛的一個分離單元，而在化工的行業(yè)中，石油化工耗能比較大。因為精餾的過程能耗比較大，熱力學的效率比較低，所以這個過程一直都是化工行業(yè)中的一個關(guān)鍵性課題。通常情況下，精餾塔的設計好壞對于能耗節(jié)省有著重要作用，所以精餾塔的設計一直都是人們關(guān)注的重點。尤其在二十一世紀，信息技術(shù)不斷發(fā)展與完善，計算機信息技術(shù)在精餾塔的設計中逐漸將手工設計、計算取代。

1　設計反應的精餾塔

在反應的精餾塔設計方面，現(xiàn)階段還沒有形成一個完整的體系，究其原因，精餾設計的過程是精餾耦合和反應的過程，并且精餾過程和反應過程均在同一容器中，兩者互相影響，一旦反應物的配料比、原先進料的位置、板數(shù)、副產(chǎn)物的濃度、停留的時間以及速率等發(fā)生變化，均容易大幅度影響到反應精餾的過程，因此，這個集成過程研究難度相對較大。反應精餾設計研究始于上個世紀八十年代，目前主要精餾塔的設計包含數(shù)學的模擬法、基于上述原因，Ung與Doherty研究了剩余的曲線圖與轉(zhuǎn)換的組成變量。Blessing等人在研究轉(zhuǎn)換的組成變量基礎上，研究出反應的精餾線與反應空間概念，同時與精餾線與反應的精餾線相結(jié)合，分析反應的精餾過程序列［1］。

此外，在轉(zhuǎn)換變量概念基礎上，Thong在反應的精餾塔具體設計中應用塔板的組成線法。該設計理念和上文所說塔板的組成線設計理念比較相似，可以對既有圖解法所設計的精餾塔思路進行改變，同時獲取大量可行設計的方案。相關(guān)人員提出塔板的組成線法設計反應精餾塔策略，并且提出提餾段與精餾段反應精餾塔的組成線，以便設計與計算各種實例［2］。而且通過實踐應用，才可以全面了解精餾塔的設計缺陷與不足，從而根據(jù)實際情況進行完善與改進，盡可能大幅度的節(jié)省操作費用與投資費用，減少成本，提高設計效果。

2　精餾塔設計以及節(jié)能

2.1分隔壁的精餾塔優(yōu)點

分隔壁的精餾塔主要是指將垂直隔板設置在精餾塔的內(nèi)部，把精餾塔分為中檢測線的采出段、精餾的進料段、上部公共的精餾段以及下部公共的精餾段，四個部分。關(guān)于分隔壁的精餾塔設計，相關(guān)人員給出不同位置三種類型設計的精餾塔，主要包含DWCL、DWCU與DWCM，并提出控制策略與動力學的行為。研究結(jié)果顯示，比較相對較差的是DWCU，在很多的情況下，DWCL動力學的表現(xiàn)都比較好，但耗能也比較大。DWCU 和DWCL比起來，兩者在可控性能方面沒有顯著差異，但經(jīng)濟效益比較高。馬晨皓把甲苯－二甲苯－重苯類精餾分離成粗苯精制的工藝作為研究例子，定量分析與比較傳統(tǒng)的分離序列以及隔壁塔的技術(shù)方案，經(jīng)過分析可知傳統(tǒng)傳質(zhì)的耦合隔壁它技術(shù)有顯著的節(jié)能優(yōu)勢［3］。

2.2反應精餾以及分隔壁的精餾塔耦合

因為反應的精餾塔結(jié)構(gòu)比較特殊，Muler在2004年提出反應的精餾塔壁概念。RDWC充分結(jié)合了隔壁塔與反應精餾兩種過程優(yōu)點，這樣能夠精簡流程，將過程中的能耗降低，降低投資的金額，加強選擇性，逐漸變成化工行業(yè)研究的熱點。IvoM-ueller等人在反應速率不變的條件下，模擬了反應精餾的隔壁塔，這個模擬主要針對碳酸酯之上酯基相互轉(zhuǎn)移進行研究，因為這個反應系統(tǒng)主要特征是低選擇性與高轉(zhuǎn)化率，并且這個模擬在相關(guān)理論上已經(jīng)得到證實。在這個反應系統(tǒng)中應用隔壁塔的技術(shù)，能夠提高分離的能力與選擇性，同時可以將操作單元的數(shù)目減少，進而大幅度節(jié)省設備的投資［4］。

另外，大多數(shù)報道中指出，在現(xiàn)有反應精餾的過程中應用分隔壁的精餾塔技術(shù)，能夠大幅度節(jié)省設備投資和能耗。孫蘭義模擬了RDWC合成乙酸的甲酯工藝整個流程，并且對氣象分配對比反應精餾的隔壁塔性能與塔頂回流比進行分析，在和常規(guī)的流程比較下，可以得出精餾隔壁塔能夠節(jié)省11.9%的能耗，同時可以降低操作費用和設備投資。齊彩霞等人對反反應精餾塔的中應用的碳酸二乙酯具體合成工藝模擬以及控制過程進行分析與研究，在對比精餾隔壁塔具體流程和常規(guī)流程過程中，能夠減少能耗，降低二氧化碳的排放量，同時提升系統(tǒng)熱力學的效率，進而節(jié)省投資的資本。

3　結(jié)語

綜上所述，在普通精餾塔設計研究過程中，可重點針對各種物料進行開發(fā)，重點開發(fā)各種體系小型數(shù)值的模擬類軟件，強化計算機對于化工行業(yè)輔助的計算，強化學科之間的交叉性。此外，在設計研究反應的精餾塔過程中，需要不斷對既有設計方式進行改進，進而形成各類非理想的物系。反應精餾的過程和隔壁的精餾塔結(jié)合對于設備投資和操作費用節(jié)省的效果比較明顯，并且應用的效果比較好，這就需要強化反應精餾的技術(shù)和分隔壁的技術(shù)結(jié)合。

［1］莫雅婧，寧亞南，馬占華.內(nèi)部熱耦合反應精餾塔內(nèi)乙酸甲酯的合成研究［J］.現(xiàn)代化工，2014，24（10）：342-343.

［2］王方嫻，方利國，杜嘉偉.內(nèi)部熱集成精餾塔的模擬及其節(jié)能特性研究［J］.廣東化工，2013，15（12）：46-47.

［3］胡女丹，周劍麗，覃引.分隔壁精餾塔分離椪柑皮精油中D-檸檬烯的模擬研究［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學，2015，14（10）：536-537.

［4］時培玉.乙烯分離節(jié)能對內(nèi)部能量集成精餾塔技術(shù)的應用［J］.中國化工貿(mào)易，2014，21（22）：43-44.

楊新建，男，工作單位：新疆華澳能源化工股份有限公司，工藝技術(shù)員，助理工程師，研究方向：能源管理及節(jié)約技術(shù)。