完全能量耦合精餾塔的設(shè)計、模擬與優(yōu)化

彭 鵠，郭利新

（北洋國家精餾技術(shù)工程發(fā)展有限公司，天津 300072）

完全能量耦合精餾塔的設(shè)計、模擬與優(yōu)化

彭 鵠，郭利新

（北洋國家精餾技術(shù)工程發(fā)展有限公司，天津 300072）

在很多的工業(yè)生產(chǎn)中，都需要進(jìn)行精餾工作，尤其是化學(xué)工業(yè)，精餾過程的效率與化學(xué)工業(yè)的發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系。精餾過程是一個對能量消耗非常大的過程，一直以來，怎樣使精餾過程更加簡單、高效，怎樣使精餾過程中能量利用效率更高，是相關(guān)企業(yè)和部門密切關(guān)注的問題。因此對完全能量耦合精餾塔的設(shè)計、模擬與優(yōu)化的相關(guān)內(nèi)容做了研究。

完全能量；耦合精餾塔；設(shè)計；模擬；優(yōu)化

1 前言

精餾過程是化學(xué)生產(chǎn)中消耗能量非常多的過程，目前，我國化學(xué)工業(yè)中使用的精餾塔中比較高效的是完全能量熱耦合精餾塔，從熱力學(xué)的角度考慮，這種精餾塔是最好的使用能量的方案。近年來很多研究人員在精餾塔的設(shè)計、模擬、優(yōu)化上做了研究工作，并對完全能量熱耦合精餾塔進(jìn)行了一些改造升級，力求達(dá)到更好的工業(yè)生產(chǎn)使用效果。

2 精餾過程的相關(guān)概念

精餾就是一種將液體混合物中不同的成分分開的工業(yè)操作。精餾過程屬于不可逆過程，想要完成這一過程，就必須向精餾系統(tǒng)提供能量。目前，我國工業(yè)中使用的液體分離法有很多種，其中完全能量熱耦合精餾塔的使用是其中最節(jié)省能量的一種。

3 完全能量耦合精餾塔的設(shè)計

目前，我國的完全能量熱耦合精餾塔的設(shè)計、制作工作還有非常大的發(fā)展空間。完全能量熱耦合精餾塔的設(shè)計是一個非常復(fù)雜的工作。雖然利用完全能量熱耦合精餾塔能夠大大節(jié)省精餾過程中的能源消耗，但是其設(shè)計工作是非常復(fù)雜的，想要設(shè)計出一種比較完善的方案，也是比較困難的，而且目前精餾塔的制作成本也比較高，以下是有關(guān)完全能量熱耦合精餾塔的設(shè)計的一些內(nèi)容。

4 完全能量耦合精餾塔的模擬

完全能量熱耦合精餾塔的模擬工作也是比較復(fù)雜的工作，需要經(jīng)過很多的計算和實驗。

4.1 進(jìn)行完全能量熱耦合精餾塔模擬的規(guī)定條件

在進(jìn)行完全能量熱耦合精餾塔的模擬的時候，要嚴(yán)格按照設(shè)計的方案進(jìn)行模擬。從自由度的角度進(jìn)行研究，我們可以知道，在確定了理論數(shù)據(jù)以及自由度之后，還需要對參數(shù)進(jìn)行規(guī)定，一般來說可以選擇五個參數(shù)。通常情況下，選擇參數(shù)的時候，可以選擇：主塔塔頂液的相回流量、中間側(cè)線采出量、主塔塔底再沸蒸氣量、預(yù)分餾塔塔頂液相回流量、塔底上升蒸氣量等。在進(jìn)行模擬的過程中，還要注意各耦合流之間的分割比。

4.2 進(jìn)行完全能量熱耦合精餾塔時需要嚴(yán)格模擬

在進(jìn)行完全能量熱耦合精餾塔模擬實驗的時候，工作人員應(yīng)該根據(jù)模擬的設(shè)計，按照提前設(shè)定好的各塔塔板數(shù)、各流股的進(jìn)料位置、操作回流比等初始設(shè)計參數(shù)開展模擬工作，要保證模擬工作的精準(zhǔn)性。在模擬過程中，要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)具體的情況，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整參數(shù)。

5 完全能量耦合精餾塔的優(yōu)化

完全能量熱耦合精餾塔能夠提高精餾過程中的可逆程度，減少用再沸器和冷凝器的設(shè)備使用，大大減少精餾過程中的能量消耗，降低工業(yè)生產(chǎn)成本。目前，我國的完全能量熱耦合精餾塔的設(shè)計和應(yīng)用還不是很成熟，相關(guān)部門和研究人員應(yīng)該加強(qiáng)在這方面的研究工作，對完全能量熱耦合精餾塔進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化完全能量熱耦合精餾塔的功能。

在設(shè)計完全能量熱耦合精餾塔時，可從以下幾個角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計：氣相分割比和液相分割比的優(yōu)化、中間組分分配比的優(yōu)化。根據(jù)相關(guān)模擬數(shù)據(jù)，我們可以知道，氣相分割比和液相分割比是影響完全能量熱耦合精餾塔的效率的重要因素，當(dāng)氣相分割比不發(fā)生變化時，液相分割比的增加能夠使再沸器的熱負(fù)荷先減后增。經(jīng)過多次模擬，可以調(diào)整氣相分割比和液相分割比的數(shù)據(jù)，使精餾過程中的物流不可逆混合導(dǎo)致的能源消耗降低。在進(jìn)行中間組分分配比的優(yōu)化的時候，需要注意頂中間組分分配比隨液相流股分割比的變化關(guān)系。

6 結(jié)束語

完全能量熱耦合精餾塔的設(shè)計、模擬和優(yōu)化工作是很復(fù)雜、有難度的工作，完全能量熱耦合精餾塔較多的自由度，也給其研究工作造成了比較大的困難。研究人員應(yīng)該結(jié)合已有的經(jīng)驗，進(jìn)行嚴(yán)密的計算研究，加強(qiáng)模擬實驗，不斷地探索更好的設(shè)計方案，提高精餾過程的能量使用率，促進(jìn)我國工業(yè)的發(fā)展。

[1] 龔超 .完全熱耦合精餾塔的設(shè)計與模擬研究 [D].天津 ：天津大學(xué)，2014.

[2] 周憲田 .內(nèi)部熱耦合反應(yīng)精餾塔的設(shè)計與穩(wěn)態(tài)分析 [D].北京 ：中國石油大學(xué)，2013.

[3] 李麗娜 .隔離壁精餾塔水平熱耦合的設(shè)計與優(yōu)化 [D].北京 ：北京化工大學(xué)，2013.

Design，Simulation and Optimization of a Fully Energy Coupled Distillation Column

Peng Hu，Guo Li-xin

in many industrial production，distillation is necessary，especially chemical work.The eff i ciency of distillation process is closely related to the development of chemical industry.Distillation process is a process of great energy consumption has been，how to make rectif i cation process more simple and eff i cient，how to make the rectif i cation process of energy eff i ciency is higher，pay close attention to the relevant enterprises and departments of the problem.In this paper，the design，simulation and optimization of a fully energy coupled distillation column are studied.

full energy ；coupled distillation column ；design ；simulation ；optimization

TQ053.5

：A

：1003–6490（2017）07–0169–01

2017–05–19

彭 鵠（1986—）， 男， 湖 南 永 順 人， 助 理 工 程 師， 主要從事精餾技術(shù)的研究和開發(fā)、精餾塔的設(shè)計與制造工作。