李秀梅

摘要： 本文主要論述的就是精餾塔能耗高的原因和精餾過程的節(jié)能原理，分析了精餾塔回流比、操作壓力以及進(jìn)料變化對精餾塔能耗的影響，并對精餾塔節(jié)能優(yōu)化措施進(jìn)行了詳細(xì)的探討。

Abstract： This paper mainly discusses the reasons of the high energy consumption of the rectifying column and the energy saving principle of the distillation process. It analyzes the influence of reflux ratio， operating pressure and feed change on energy consumption of the rectifying column， and discusses the energy saving optimization measures of rectifying column in detail.

關(guān)鍵詞： 精餾塔；回流比；節(jié)能優(yōu)化

Key words： rectifying column；reflux ratio；energy saving optimization

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）28-0034-02

0 引言

精餾是石化工業(yè)生產(chǎn)中能耗較大的單元操作之一。隨著能源價格的不斷增長，精餾系統(tǒng)的節(jié)能在石化工業(yè)的節(jié)能中有著重要的地位。但是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，在進(jìn)行精餾生產(chǎn)的時候，裝置操作偏向于保守，而操作方法以及操作參數(shù)的設(shè)置不夠合理，過分離現(xiàn)象普遍存在。而且，精餾過程消耗的能量絕大部分并非用于組分分離，而是被冷卻水或分離組分帶走[1]。因此，為了使精餾過程節(jié)能，就需要研究和探討如何將節(jié)能原理運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)，對石化工業(yè)有著重要的意義。

1 精餾過程節(jié)能原理

從能量的本質(zhì)不難看出，精餾過程是將物流有效能轉(zhuǎn)化為擴(kuò)散有效能，這樣能夠在一定程度上降低損失。精餾過程有效能的損失主要是由不可逆性引起的：一是流體流動的壓降；二是相濃度不平衡物流間的傳質(zhì)或不同濃度物流間相混合；三是不同溫度物流間的傳熱或不同溫度物流間的混合?；谏鲜鼍s過程的節(jié)能原理，目前精餾過程的節(jié)能技術(shù)主要包括以下幾個：①充分利用精餾過程的熱能；②減少精餾過程本身對能力的需求；③提高精餾系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。為了更好地減少精餾過程本身對能力的需要，我們從根本上進(jìn)行節(jié)能的方法，主要應(yīng)該考慮分離序列的選擇和操作條件的優(yōu)化[2]。

2 分離序列的選擇

對一個多組分混合物的分離，可以有許多分離順序，最優(yōu)的分離順序與最差的分離順序其能耗和費(fèi)用相差很大，約為50%。因此，確定最佳分離順序在精餾過程中是很重要的問題。而選擇的好壞將對能耗產(chǎn)生重大影響。根據(jù)研究結(jié)果，可以得出以下結(jié)論[2，3]：

①產(chǎn)品按塔頂產(chǎn)品的揮發(fā)度依次遞減的順序逐個回收；②最難分離的組需要分別放在最末端進(jìn)行分離；③將進(jìn)料按塔頂與塔底各占50%的分餾比例安排；④純度要求高的產(chǎn)品放在最后分離；⑤對于容易造成系統(tǒng)腐蝕或結(jié)焦的組分，在提高后續(xù)設(shè)備的材質(zhì)要求后，再進(jìn)行穩(wěn)定操作；⑥對于各組分沸點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)的混合物，如果有的組分需要在冷凍的條件下進(jìn)行分離，就應(yīng)使進(jìn)入冷凍系統(tǒng)或冷凍等級更高的系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)盡量減少。

3 操作條件的優(yōu)化

3.1 選擇適宜的回流比 精餾過程的能耗主要取決于塔底再沸器的加熱蒸汽（或其他熱載體）用量及塔頂冷凝器的冷卻水（或其他冷卻劑）用量，兩者都與塔內(nèi)上升蒸汽量有關(guān)[4]。當(dāng)塔頂產(chǎn)品流量一定時，上升蒸汽量正比于（R+1），所以增大回流比（R），將增加精餾塔消耗的加熱蒸汽量及冷卻水用量，操作費(fèi)用也相應(yīng)增加。

回流比越小，凈功耗越小。因此，我們在可能的條件下減小操作的回流比。當(dāng)系統(tǒng)的回流比在最小的時候，雖然節(jié)能效果顯著，但是塔設(shè)備費(fèi)用卻在迅速增加，使精餾總費(fèi)用也隨之增加。所以，在回流比趨于最小回流比操作的時候，就會造成塔系統(tǒng)總費(fèi)用增加，而且操作情況也趨于惡化。

最優(yōu)回流比主要反映的是設(shè)備費(fèi)用與操作費(fèi)用之間的最佳權(quán)衡。在一般情況下，若在最優(yōu)回流比下進(jìn)行操作，總費(fèi)用大部分是加熱蒸汽的費(fèi)用，約占到70%。當(dāng)塔頂冷凝器溫度低于大氣的溫度時候，就會增加冷凍費(fèi)。

對于已定的精餾塔的分離物系，回流比和產(chǎn)品的純度密切相關(guān)。為了保證產(chǎn)品的純度合格，我們在不降低產(chǎn)品質(zhì)量等級的條件下，以降低塔底再沸器的能耗為主。

3.2 選擇適宜的操作壓力 精餾塔的操作壓力是影響精餾過程能耗的重要因素，也是精餾過程的一個重要的操作參數(shù)。大多數(shù)物系的相對揮發(fā)度是隨壓力的降低而增大，因此，減壓可以使物系的相對揮發(fā)度增大，平衡溫度降低。所以，在減壓的情況下可以適當(dāng)減小回流比，以節(jié)省能量。同時減壓精餾還可以使許多高沸點(diǎn)化合物在分離過程中避免使用高價值的加熱介質(zhì)，以此減少傳熱面積，節(jié)省投資。[2，5]

在物料組成不變的情況下，加壓會使塔頂、塔釜溫度升高。所以，加壓精餾有利于采用廉價的冷凝介質(zhì)來提高被分離物系資深的飽和蒸汽壓。所采用的水作為冷卻介質(zhì)，在一定程度上較大限度降低了單位產(chǎn)品的投資和可操作費(fèi)用，同時還能減少冰鹽水的使用量，能夠降低相應(yīng)的能耗。從節(jié)能角度分析，操作壓力提高后，塔頂冷凝器和塔釜重沸器的傳熱溫差將比常壓操作時減小，使得單位產(chǎn)品的能耗減少。[2]

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，許多精餾節(jié)能措施是需要通過改變壓力來配合實(shí)施的。其中壓力是精餾過程最重要的也是最基本的參數(shù)之一，它的變化直接影響著汽液的平衡關(guān)系，從根本上改變了原有的分離基礎(chǔ)，使產(chǎn)品的純度、各塔板的溫度以及液汽比等發(fā)生相應(yīng)的變化，壓力的改變還會引起塔板數(shù)、板間距、塔壁厚度、塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)等的變化。除此之外，節(jié)能方法的實(shí)施還會使設(shè)備數(shù)量增加，流程出現(xiàn)復(fù)雜化，使得操作難度也相應(yīng)增加等。因此，需要我們通過多方面的綜合考慮，確定一個最佳的操作壓力。endprint

3.3 選擇適宜的進(jìn)料板位置 一般對選擇精餾塔進(jìn)料位置的時候，主要根據(jù)進(jìn)料的組成來定，因?yàn)檫M(jìn)料位置應(yīng)該選擇塔板的組成與進(jìn)料組成接近的那一層塔板上，否則會因?yàn)榻M成差別較大導(dǎo)致塔板效率下降。[4]如果被分離的物料來源不同，就會導(dǎo)致物料混合后出現(xiàn)單塔處理進(jìn)料的現(xiàn)象，這也必將增加精餾過程的能耗。[3]

3.4 選擇適宜的進(jìn)料狀態(tài) 對于操作中的精餾塔，當(dāng)回流比及塔頂流出液相同時，進(jìn)料的溫度對塔頂冷凝器的熱負(fù)荷產(chǎn)生不了影響，而是與塔底再沸器的熱負(fù)荷成反比關(guān)系。在任何體系下，進(jìn)料溫度升高，都可能減小塔底再沸器的熱負(fù)荷，從而達(dá)到低消耗的目的，所以條件允許的情況下，可以節(jié)省能耗。[4]

精餾塔的分離動力主要來自塔釜再沸器的熱量，它與側(cè)線采出的進(jìn)料狀態(tài)有關(guān)。一般來說，塔底的液量比塔頂要大，塔的液泛都從塔底開始的。[6]

在同一回流比下，冷進(jìn)料與熱進(jìn)料相比，冷進(jìn)料可以減小所需塔板數(shù)，使塔設(shè)備費(fèi)減少。因此，在對精餾塔進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化操作的過程中，還要全面考慮進(jìn)料狀態(tài)對塔板數(shù)、回流比、塔頂冷卻劑消耗量產(chǎn)液負(fù)荷及塔徑的影響。因此，最佳進(jìn)料狀態(tài)的選擇應(yīng)在權(quán)衡經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上來確定。

4 結(jié)束語

綜上所述，可以看出，為了降低精餾系統(tǒng)能耗，可以采取多種多樣的途徑進(jìn)行解決。無論采取哪些措施，都會取決于經(jīng)濟(jì)效益。但是在大多數(shù)情況下，采用節(jié)能技術(shù)并不一定是最經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)楣?jié)能操作系統(tǒng)的操作往往較為復(fù)雜，要求較高的控制水平才能進(jìn)行，因此就需要我們綜合權(quán)衡后，采取最優(yōu)方案。

參考文獻(xiàn)：

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[5]張秀玲，陳玉琴，鄭君穎.化工精餾過程節(jié)能的探討[M].知識介紹，78-80.

[6]姚陽照.淺談精餾塔的節(jié)能設(shè)計[J].化工設(shè)計，1999，9（6）：16.endprint