雙效精餾節(jié)能技術(shù)研究進(jìn)展

王凌燕(煙臺國邦化工機(jī)械科技有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引言

在化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)迅速發(fā)展和進(jìn)步的背景下，分離作為非常關(guān)鍵的過程，直接決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和利潤。蒸餾是通過幾個(gè)部分氣化和多個(gè)部分冷凝高度分離液體混合物的操作過程。其優(yōu)點(diǎn)已被廣泛推廣并用于化學(xué)生產(chǎn)中，并取得了優(yōu)異的效果。因此，與其技術(shù)和工藝有關(guān)的節(jié)能措施取得了新的發(fā)展。

1 精餾技術(shù)應(yīng)用的基本原理

精餾技術(shù)的原理與蒸餾原理非常相似，但是與蒸餾相比，精餾原理更為先進(jìn)。蒸餾操作的主要原理是根據(jù)反應(yīng)物的不同物理特性實(shí)現(xiàn)原料分配[1]。通常，大部分的專業(yè)蒸餾工作都在蒸餾塔進(jìn)行。收到氣化物質(zhì)后它們中的大多數(shù)位于性能不同的平板上，并利用底部蒸氣的熱能傳遞效應(yīng)引起傳質(zhì)反應(yīng)。最后，由于自身質(zhì)量的差異，將平板上的汽化材料分離。剩余的汽化物料可以通過在固定溫度范圍內(nèi)的蒸發(fā)而到達(dá)塔的頂部，然后通過塔頂?shù)睦淠M(jìn)行冷凝和回收。常規(guī)蒸餾過程在塔頂消耗大量熱量，這也是那個(gè)高能量消費(fèi)的關(guān)鍵原因[2]。利用精餾技術(shù)，合理回收和利用這部分熱量，有效降低能源消耗，提高能源使用效率，進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能減排的目的，可以獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

2 化工精餾高效節(jié)能技術(shù)開發(fā)

2.1 分級換熱節(jié)能

在傳統(tǒng)的化學(xué)蒸餾過程中，蒸餾釜在底部加熱。這種加熱方法通常需要更長的加熱時(shí)間，以使蒸餾器的內(nèi)部溫度仍滿足要求。同時(shí)，在底部加熱的情況下，很容易在中部和頂部引起低溫，而在靜止器中引起較高的底部溫度。在發(fā)展高效節(jié)能的化學(xué)蒸餾技術(shù)的過程中，可以對這種傳統(tǒng)的加熱技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。充分利用分層換熱節(jié)能技術(shù)，在釜體中間安裝多個(gè)換熱器。在這種新模式下，一旦蒸餾器中存在溫差，就可以充分利用安裝在中間的加熱器對。在傳統(tǒng)模式下，對中間部分進(jìn)行加熱可避免因蒸餾器中的溫差過大而導(dǎo)致的熱損失，從而減少了蒸餾器底部的加熱時(shí)間，并減少了能耗。另一方面，在新技術(shù)的應(yīng)用下，在化學(xué)精餾過程中，不需要使用大量的冷凝劑，提高了熱利用率[4]，有節(jié)能的效果。

2.2 多效精餾節(jié)能

多效蒸餾節(jié)能技術(shù)是使用壓力和運(yùn)行溫度升高的蒸餾塔。在這種類型的蒸餾塔中，進(jìn)了各種等量的材料。這些材料可以充分利用高成分塔的熱量。最終將熱能供給低分量塔的再沸器，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。另外，濃縮高成分塔，減少對冷源水的能源消耗，還能降低低成分塔的熱能消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，將多效蒸餾節(jié)能技術(shù)分為三個(gè)過程如下[5]：(1)對流程過程：高低壓對流過程采用塔式雙進(jìn)材料。也就是說產(chǎn)品可以從塔底和塔頂輸出。再沸器的熱能是從塔的頂端提供的。高壓冷凝器最終達(dá)到節(jié)能的目的。(2)逆流過程：蒸汽進(jìn)入高壓蒸餾塔，原料送往低壓蒸餾塔，低壓蒸餾塔的熱量提供給高壓蒸餾塔，最終達(dá)到保存效果。在逆流過程的雙重效應(yīng)過程中，第一個(gè)加熱蒸汽從高壓塔進(jìn)入，第二個(gè)原料從低壓塔進(jìn)入。低壓塔內(nèi)再熱器的熱源主要來自高壓塔。(3)下游工序：將原料依次送往高壓蒸餾塔和低壓蒸餾塔。高壓蒸餾塔底部液體向低壓蒸餾塔底部提供熱量，滿足節(jié)能效果。

3 雙效精餾的類型與發(fā)展

雙效果蒸餾主要是使用兩個(gè)蒸餾塔的不同操作壓力設(shè)計(jì)的。以加壓精餾塔冷凝器為熱源加熱常壓精餾塔再沸器(熱井)，再沸加壓精餾塔冷凝器和常壓精餾塔。器結(jié)合合成冷凝再沸器，實(shí)現(xiàn)熱集成，達(dá)到節(jié)能目的。根據(jù)供給方向和操作壓力梯度方向是否一致，雙重效果蒸餾分為三種。雙重效果的下游流(高壓塔供給)和雙重效果的逆流(低壓塔供給)[6]。

3.1 雙效順流流程

雙效流程提供下游流熱高壓塔，蒸汽的冷凝熱高壓塔的頂部用于重沸器在低壓塔的底部，底部液體的高壓塔被用作原料低壓塔的液體。其流程如圖 1所示。

圖1 順流雙效精餾流程

近年來，下游雙效節(jié)能主要是利用AspenPlus化學(xué)模擬軟件中的RADF-AAC模塊使用熱力學(xué)計(jì)算模型模擬了過程。把能源消耗作為目標(biāo)函數(shù)，決定了塔頂蒸汽量作為決定變量，決定了最佳運(yùn)行條件。其主要包括兩個(gè)塔的操作壓力，確定操作溫度、回流比、供應(yīng)位置和最佳過程流

3.2 雙效平流流程

雙效平流主要提供高塔和低壓塔，塔頂和塔底有產(chǎn)品回收。工作蒸汽方向與雙重效應(yīng)的下游蒸餾方向相同。將濃縮高壓塔頂部放出的潛熱用作低壓塔再沸器的熱源，大大節(jié)約了能源。平流二重效果蒸餾工藝適用于分離低沸點(diǎn)的成分，濃度大于高沸點(diǎn)組分濃度的雙組分體系。當(dāng)熱源溫度較高，再沸器內(nèi)存在足夠的傳熱溫度差且需要高回流比時(shí)，最好采用平流雙效蒸餾。

4 加強(qiáng)高效節(jié)能精餾技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的措施

4.1 完善操作條件

利用軟件對蒸餾過程進(jìn)行模擬，可以對操作條件進(jìn)行研究和分析。蒸餾塔的關(guān)鍵操作條件包括操作壓力、操作溫度、板壓降，供應(yīng)位置、理論板數(shù)、回流比、恢復(fù)頂部和底部的列、內(nèi)容重要的組件欄的頂部和底部，熱負(fù)荷的頂部和底部列等。這些工況可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要作為變量操作。通過靈敏度分析、設(shè)計(jì)規(guī)程或優(yōu)化技術(shù)確定最佳的分離效果，獲得最小的冷凝負(fù)荷和再沸器的熱負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能降耗的目的[7]。

4.2 充分運(yùn)用中間換熱裝置節(jié)能

由于塔底與塔頂溫差大，可增設(shè)中間熱交換器，平衡冷熱。一次蒸餾塔的上部的溫度大幅上漲或下跌，板塊之間的電容可以安排在蒸餾部分和低級的制冷劑可以作為冷源，從而達(dá)到節(jié)約目的的主冷凝器的高級消費(fèi)有利于減少能源消耗。同樣，如果蒸餾塔的低溫變化較大，可以在蒸餾層的調(diào)色板之間設(shè)置中間再沸器。通過減少再沸器的高品位熱的消耗，可以降低蒸餾塔的熱能，有效提高熱效率，達(dá)到最高的節(jié)能效果。

4.3 多塔精餾分離序列的優(yōu)化

在化學(xué)蒸餾過程中，為了減少后續(xù)設(shè)備的材料要求并確保穩(wěn)定的運(yùn)行，有必要去除那些容易引起系統(tǒng)腐蝕和結(jié)焦的零件。將進(jìn)料分成分子數(shù)相近的兩種料流，根據(jù)塔頂和塔底之間的1:1分餾比進(jìn)行設(shè)置，并根據(jù)降低塔頂產(chǎn)品揮發(fā)性的步驟一一回收。結(jié)合各組分沸點(diǎn)的差異，實(shí)現(xiàn)高效分餾。

4.4 多效精餾

多效精餾將原料大致分為N份進(jìn)給料，壓力升高后分別送往N基精餾塔。N基塔也依次提高操作溫度。壓力和溫度首先從高塔的上蒸汽向相對較低的塔的再沸器供熱，并進(jìn)行冷凝和類推。這節(jié)省了低壓塔再沸器的能量消耗和高壓塔的冷凝設(shè)備消耗水量。在這個(gè)系統(tǒng)中，只要向第一高氣壓塔提供熱量，系統(tǒng)就會運(yùn)作。所需能源約為單塔能源消耗的1/N。如果串聯(lián)使用三個(gè)塔，則將具有三重效果。蒸餾技術(shù)僅使用以前能耗的1/3，達(dá)到節(jié)能范圍的67%,節(jié)能效果特別顯著。對于雙效，它可以節(jié)省50%的能量，對三效η的雙效增加17%，對四效η的三效僅增加8%。可以看出，在多效蒸餾后，由多種效果形成的節(jié)能效果持續(xù)降低，因此，一般使用工業(yè)上的雙重效果精餾。根據(jù)加熱蒸氣和物質(zhì)的流動被分成對流，有流動和逆流三種。

5 結(jié)語

在以往的化學(xué)工業(yè)中，蒸餾技術(shù)是重要的生產(chǎn)技術(shù)，但是這個(gè)技術(shù)的過程更加復(fù)雜，消耗大量的能量。因此，有必要對傳統(tǒng)的蒸餾技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以在生產(chǎn)過程中達(dá)到節(jié)能效果。本文主要分析了化學(xué)蒸餾技術(shù)的相關(guān)原理，改進(jìn)了各種蒸餾節(jié)能技術(shù)的方法，分析了現(xiàn)有化工公司在蒸餾節(jié)能技術(shù)上的局限性，提出了有針對性的措施，促進(jìn)化工行業(yè)蒸餾和節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新。