1、精馏的节能技术精馏的节能技术一、精馏节能的重要性二、精馏节能技术介绍三、精馏节能的措施一、精馏节能的重要性一、精馏节能的重要性 我国化学工业能源消耗占全国总额的11.5%，占工业部总能耗的20.4%，折算标准煤约8740万吨。精馏过程是利用组分沸点不同，重复进行蒸发和冷凝，使组分分离的过程，因此，热效率很低。由塔釜加给精馏塔上热能的95%被塔顶冷却水等介质带走，而真正用于分离的能量仅为5%。精馏作为化工、石化、医药、食品、冶金等行业生产过程的重要单元操作，其能耗约占化工生产的40%-70。故采取措施降低蒸馏过程中的能耗日益重要，成为研究的重点所在。二、精馏节能技术介绍u精馏过程净功消耗的降低：
2、精馏过程净功消耗的降低：v要使精馏过程的净功消耗降低，可以降低流体流动过程产生的压力降，减小传热过程的温度差，减小传质过程的两相浓度与平衡浓度的差别。v对板式精馏塔而言，为降低压力降，可减低汽速、降低每块塔板上的液位高度。但是，减低汽速意味着在生产能力相同的情况下需增大塔径，即增加设备投资。降低塔板上的液位高度将使塔板效率降低。所以必须根据各种影响因素选择合适的塔径和液层高度。v在精馏过程中，再沸器和冷凝器分别以一定的温差加入和移走热量。若使传热温差减小，则传热面积就需增大，这也会使投资增加，因此要选用高效换热器及改进操作方式。v若冷凝器冷却水温度过低，净功消耗必定增加，故冷凝器中热量的回收利
3、用也是精馏过程降低净功消耗的一个重要方面。v进出每块塔板的气液相在组成与温度上的相互不平衡，是使精馏过程热力学效率下降的重要因素。要降低净功消耗就必须减小各板传热和传质的推动力，即可以尽量使操作线与相平衡线相接近。v最小回流比下操作所需的净功要小于较大回流比下的数值。但即使在最小回流比下操作，除了在进料板附近，其它各板仍有较大的传热和传质推动力。v可逆精馏：使操作线与相平衡线完全重合，此时热力学效率最大，即所谓“可逆精馏”。要达到这种情况，需要无限多个平衡级和无限多个中间再沸器及冷凝器。而实际上是不可能采用“可逆精馏”的，它只代表一个极限情况。分离过程所需最小功是由原料和产物的组成、温度和压力
4、所决定的。要提高热力学效率只能采取措施降低过程的净功消耗，使过程尽量接近可逆过程。精馏过程热力学不可逆性主要由以下原因引起：（1）通过一定压力梯度的动量传递；（2）通过一定温度梯度的热量传递或不同温度物流的直接混合；（3）通过一定浓度梯度的质量传递或者不同化学位物流的直接混合。三、精馏节能的措施三、精馏节能的措施1、操作线的改进 选择最优回流比 影响精馏过程能量消耗最主要的因素是回流比，精馏塔的能耗随回流比几乎成正比增加。所以应选择完成给定的分离任务所需要的操作费和设备费的总和为最小值的回流比。适宜回流比：与最少总费用相对应的回流比称为适宜回流比或操作回流比。图1 最宜回流比的确定回流比倍数经
5、验范围：大多数文献建议R=1.12.0Rmin。进入70年代后，由于技术的进步和能源问题的产生，对回流比的选择更加慎重。目前，回流比的选择选择已经降到最小回流比的1.3倍以下，有的甚至推荐R=(1.11.15)Rmin。图2进料状态对精馏塔的影响（2）进料状态 进料状态将直接影响到精馏塔能耗的大小。当塔主要受提馏段支配时，进料的预热将使q变小，使操作线更接近于汽液平衡线，使提馏段塔板数减少，提馏段的蒸汽负荷减少，从而可节省蒸汽。当塔主要受精馏段支配时,进料的冷却将使得q增大,从而使精馏段板数降低,提馏段板数增加,蒸汽量增加,但分离效果得到改善。2、气液平衡状态的改进（1）萃取精馏、共沸精馏、加
6、盐精馏 这类精馏技术是由于添加第三组分，使要分离的两组分的相对挥发度增加，破坏或利用共沸，来使组分变得更加容易分离。一般在分离较困难的系统中采用，从节能角度考虑也可以作为一项很重要的技术而被采用。图3操作压力对气液平衡的影响（2）选择最优操作压力 选择最优操作压力，是精馏系统节能的一项有力措施。事实证明，在一定分离精度要求下，对某些物系降低精馏分离塔的操作压力，可增加被分离各组分的相对挥发度，从而减少回流比，降低塔釜温度，尤以沸点相近的物系，其节能效果更为显著。脱甲烷塔在56kg/cm2压力下操作与3035kg/cm2压力下操作相比，回流比可下降1/91/10，一个40万吨的乙烯装置，即可节约
7、压缩功率3600千瓦，而且投资也可减少。对于减压操作的塔,纸然进一步降低操作压力可减少回流比,但减压下塔板效率降低,节能效果不一定显著,必须慎垂对待。3、热能的充分利用（1）热交换系统 精馏系统是由塔体和热交换器组成。在再沸器、冷凝器、进料顶热器和成晶冷却器系统中,热交换器最佳化是节能的重要环节,因为它决定了热能是否得到充分利用的问题。图4顺流和逆流三效工艺流程图 多效精馏系统是由若干压力不同的精馏塔构成，而且依据压力高低的顺序，相邻两个塔的高压塔塔顶蒸汽作用为低压塔再沸器的热源，换言之，高压塔塔顶蒸汽的冷凝潜热均被精馏系统自身回收利用，使热能得到充分有效地利用。（2）多效精馏系统 采用两效或
8、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3040%。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。图5蒸汽压缩式热泵精馏图6蒸汽喷射式热泵精馏（3）低温精馏的热泵 对于组分沸点差较小的低温精馏系统，热泵流程是一种有效的提高热力学效率的手段。热泵的原理：使用膨胀阀和压缩机来改变冷凝和（或）沸腾温度，使冷凝器中放出的热量用作再沸器中加热所需的热量。当冷凝器和再沸器不相匹配时，可用辅助冷凝器和再沸器。c.用再沸器液体闪蒸的热泵当塔底产品是一
9、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。a.用外部制冷剂的热泵 将外部制冷剂用于塔顶冷凝器和再沸器所构成的封闭循环中，冷凝器作为制冷剂的蒸发器，再沸器作为制冷剂的冷凝器。b.压缩塔顶蒸汽的热泵 当馏出物是一种好的制冷剂时，塔顶蒸汽被压缩，使它的冷凝温度高于塔底产物沸点，冷凝放出的热量用于再沸器。离开再沸器的冷凝液通过一个膨胀阀，闪蒸到塔顶压力，以提供回流和馏出产品。过剩的蒸汽再循环进入压缩机。此方案常被称为蒸汽再压缩。4、合理组织精馏流程 采用中间再沸器和中间冷凝器流程中间再沸器：中间再沸
10、器：目的：目的：节省高品位热源。代价：代价：中间再沸器下方塔板分离能力被削弱。中间冷凝器中间冷凝器目的：目的：减少主冷凝器高品位冷剂的用量，以减少能耗。代价：代价：其下方的塔板的分离能力有所下降。5、采用新型高效塔板和新型填料 我国已经应用或者正在试验阶段的新型塔板有浮喷板、舌型板、复合板、导向筛板和斜孔板等。国外有Linde板、多降液管筛板（MD板）、垂直筛板（VST板）、网状筛板和浮动角钢板等。在大型乙烯装置中，采用MD板。可使塔板间距降低2540cm，这样，可在给定的塔中，采用更多的塔板，降低回流比，节能20%国外新型填料有阶梯环填料（Cascade）（Mini-Ring）、英特洛克斯金属填料（Intalox metal）、网版格子填料（Perform Grid）和苏尔采波纹填料（sulzer）。这些填料在国内也有研究和试制。最近的发展趋向是代替鲍尔环拉西环、鞍型填料和部分塔板，以节省精馏操作能耗。6、其他节能措施（1）选择最佳进料状态，以降低再沸器负荷（2）选择正确的进料板位置，以避免不同组分物料的进一步混合（3）使用大塔径单塔时，有时把单塔分为双塔，各处理一半，对于节约能耗有利（4）避免将高中压蒸汽经节流减压后作为加热蒸汽，应将高中压蒸汽首先用于透平，然后以其乏汽加热精馏塔。
