總?cè)軇┥a(chǎn)中醪塔差壓蒸餾能耗的分析與探討

徐煥文

摘 要：上世紀(jì)九十年代后上馬的大多數(shù)總?cè)軇┱麴s裝置為降低蒸汽消耗都采用差壓蒸餾，即利用高壓塔塔頂氣相做負(fù)壓塔塔低熱源，負(fù)壓塔塔底再沸器同時也是高塔塔頂氣相冷凝器。認(rèn)為這樣既降低熱量消耗又降低高溫?fù)Q熱壓力，實際上這并不是最好的節(jié)能方式。本文通過實際運行中的差壓蒸餾參數(shù)分析，和雙負(fù)壓塔蒸餾做比較，推斷出采用雙負(fù)壓塔蒸餾比差壓蒸餾能節(jié)省1/4以上的蒸汽消耗。

關(guān)鍵詞：差壓蒸餾；能耗；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.047

生物法生產(chǎn)總?cè)軇┑陌l(fā)酵成熟醪中總?cè)軇ū?、正丁醇、乙醇的統(tǒng)稱）含量只有2%左右，所以蒸餾提純總?cè)軇┑倪^程需要消耗大量的蒸汽?？?cè)軇┱麴s裝置用醪塔脫除50%左右的水，醪塔的蒸汽消耗占總?cè)軇┱麴s消耗的58%左右[1]。

為降低蒸汽消耗，上世紀(jì)九十年代之后上馬的總?cè)軇┭b置或酒精裝置中的醪塔大多數(shù)都采用雙塔差壓塔蒸餾，即利用高壓塔塔頂氣相做負(fù)壓塔塔低熱源，負(fù)壓塔底再沸器同時也是高塔塔頂氣相冷凝器，認(rèn)為這樣既可以降低熱量消耗又可以降低降溫?fù)Q熱壓力，在運行中發(fā)現(xiàn)雖然這樣能節(jié)省35%以上的蒸汽消耗[2]，但并不是最好的節(jié)能方式。下面根據(jù)某公司差壓蒸餾實際運行情況再和雙負(fù)壓塔蒸餾做比較進(jìn)行推斷，得到一個更好的節(jié)能運行方式。

總?cè)軇┖途凭恼麴s裝置都存在類似情況。

1 原工藝流程說明

1.1 原工藝流程敘述

發(fā)酵成熟醪液首先和一醪塔頂?shù)谝焕淠鲹Q熱，然后分兩路別用板式換熱器和一醪塔、二醪塔底的廢醪液換熱，為一醪塔、二醪塔進(jìn)料。

二醪塔再沸器用蒸汽加熱，控制二醪塔底壓力150kPa，溫度130℃。成熟醪進(jìn)料進(jìn)入二醪塔內(nèi)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，輕組分汽化到塔頂，經(jīng)氣相管線在一醪塔底再沸器換熱冷凝進(jìn)入二醪塔回流罐，回流罐內(nèi)液相由回流泵一路進(jìn)入總?cè)軇┕逓橐欢∷M(jìn)料另一路回二醪塔頂回流控制塔頂溫度為120℃，塔頂壓力為135kPa。二醪塔回流罐氣相未凝氣進(jìn)入二醪塔第二冷凝器冷凝。塔底廢醪液經(jīng)廢醪泵和經(jīng)過一醪塔第一冷凝器換熱后的成熟醪再用板式換熱器換熱后外排。

一醪塔底再沸器被二醪塔頂氣相加熱。一醪塔塔頂末級冷凝器出口接吸收塔。吸收塔出口用真空泵抽取不凝氣控制一醪塔頂部壓力-35kPa，塔底壓力為-20kPa；一醪塔底溫度90℃，塔頂溫度為80℃。成熟醪經(jīng)一醪塔頂?shù)谝焕淠鲹Q熱后和一醪塔底廢醪換熱進(jìn)入一醪塔中部進(jìn)料，在塔內(nèi)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，輕組分汽化到塔頂，在第一冷凝器與成熟醪換熱，換熱冷凝后的液體進(jìn)入回流罐，一部分作為頂回流控制塔頂溫度，另一路去總?cè)軇┕逓橐欢∷峁┻M(jìn)料。塔底廢醪液經(jīng)廢醪泵和經(jīng)過一醪塔第一冷凝器換熱后的成熟醪再用板式換熱器換熱后外排。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 按照目前設(shè)計情況運行時的熱量損失

正常運行時一醪塔每小時進(jìn)料量160t/h，忽略采出的總?cè)軇┝?，廢醪外排為160t/h；二醪塔每小時進(jìn)料220t/h，忽略采出的總?cè)軇┝浚瑥U醪外排為220t/h。

差壓塔運行時外排廢醪熱焓的計算。查表得到65℃水的熱焓值：272.59kJ/kg，95℃水的熱焓值：398.48kJ/kg。則總的外排廢醪熱焓值為：160t/h*1000*272.59kJ/kg+220t/h*1000*398.48kJ/kg=131280000kJ/h。

2.2 假設(shè)采用雙負(fù)壓塔外排廢醪熱焓值的推算

380t/h*1000*272.59kJ/kg=103584200kJ/h。

2.3 兩種運行方式外排廢醪熱損失的比較

（1）同樣是每小時380噸廢醪量外排，差壓塔運行比假設(shè)的雙負(fù)壓塔運行熱焓值損失多：131280000kJ-103584200kJ=27695800kJ。

0.7MPa飽和蒸汽熱焓值：2762.9kJ/kg；100℃水的熱焓值：419.54kJ/kg。按照蒸餾使用的蒸汽為用0.7MPa的飽和蒸汽，噸蒸汽完全換熱冷凝釋放熱量為：2343.36kJ/kg。這樣差壓塔蒸餾總?cè)軇┩馀艔U醪熱量損耗和假設(shè)的兩個單獨負(fù)壓塔比較，廢醪外排多帶熱量相當(dāng)于壓力為0.7MPa的飽和蒸汽：（27695800/2343.36）/1000=11.8t。

也就是說在同樣是380t/h進(jìn)醪量的情況下，如果醪塔采用雙負(fù)壓塔蒸餾比雙塔差壓蒸餾每小時至少可以再少消耗11.8t以上的蒸汽。相當(dāng)于每噸總?cè)軇┯稚傧募s1.6噸蒸汽，即醪塔的蒸汽消耗將再降低的1/4以上。

（2）若采用雙負(fù)壓塔蒸餾將在二醪塔頂增加一臺真空泵，配套11kW電機。電價按1元/千瓦時核算滿負(fù)荷運行每小時耗電費11元，消耗的電能相對于所降低的蒸汽消耗不足百分之一。并且在實際運行時負(fù)壓塔差壓為15kPa，運行平穩(wěn)，操作彈性大。

2.4 其他情況比較

雙塔差壓運行的缺陷還有：（1）差壓塔設(shè)計方案中二醪塔氣相為一醪塔提供熱量，換熱后高溫不凝氣在二醪塔第二冷凝器用循環(huán)水冷凝，造成較大的熱能損失。（2）二醪塔粗溶劑采出溫度是110℃，總?cè)軇┕迌?nèi)高溫未凝氣體也需要用循環(huán)水冷凝，同樣存在很多熱量損失和能源消耗。（3）為了維持一醪塔的正常運行，二醪塔比常壓塔運行時要提高釜溫30℃以上、提高釜壓約50kPa。

雙負(fù)壓塔運行不僅沒有以上的弊端，而且運行負(fù)荷調(diào)整范圍大?？筛鶕?jù)成熟醪量的情況來調(diào)整是單塔運行還是雙塔運行，兩塔之間在運行中沒有工藝上的關(guān)聯(lián)。

3 結(jié)論

總?cè)軇┑恼麴s裝置采用雙負(fù)壓塔，每個塔都可以單獨運行，并采用各自獨立的再沸器加熱。成熟醪和塔頂?shù)谝焕淠鲹Q熱，換熱后的成熟醪再和塔底外排廢醪繼續(xù)進(jìn)行醪醪換熱，塔底廢醪換熱后溫度可以從95℃降低到65℃。不僅醪塔總的使用蒸汽量能比雙塔差壓再減少四分之一以上，而且對廢醪后續(xù)冷卻所需要的循環(huán)水量也有大幅度的降低。

由此可見在發(fā)酵法生產(chǎn)總?cè)軇┖鸵掖嫉男袠I(yè)中，雙醪塔采用差壓蒸餾的設(shè)計理念存在誤區(qū)。采用獨立操作的雙負(fù)壓塔蒸餾能有更好的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳聲，陸祖祺.發(fā)酵法丙酮和丁醇生產(chǎn)技術(shù)[M].326.

[2]孫鵬鵬等.酒精蒸餾技術(shù)的進(jìn)步與節(jié)能減排[J].