摘 要：文章結(jié)合工作經(jīng)驗，分析分割式熱泵精餾可行性及其實際應用特點。希望通過文章的介紹，可以為相關(guān)的工作人員提供幫助和借鑒。

關(guān)鍵詞：酒精精餾；分割式熱泵精餾；應用

精餾化工行業(yè)作為能耗大戶，其有效的節(jié)能方式方法得到各方關(guān)注，其中熱泵精餾是目前節(jié)能效果最小、最具應用前景的酒精精餾系統(tǒng)。酒精工業(yè)化工行業(yè)中消耗熱能較多的行業(yè)，而生產(chǎn)酒精整個階段中精餾工序則是主要耗用熱能的部位。幾乎有生產(chǎn)所需50%的水與67%的煤都消耗在精餾工序中，所以精餾工序中的能量回收工作對本工業(yè)的污染控制、能量節(jié)約等方面都有著十分關(guān)鍵的意義。

當前全球的酒精精餾行業(yè)均沒有研發(fā)出可以完全有效解決酒精精餾耗能問題的技術(shù)，而此方面技術(shù)也是我們國家科研攻關(guān)的重點。德國著名化工企業(yè)赫斯特公司成功研發(fā)出酒精精餾生產(chǎn)技術(shù)，有效降低了精餾工序所消耗的能量，然而酒精精餾技術(shù)的關(guān)鍵在于繁雜的精餾操作控制技術(shù)，且還需要重新排序精餾塔。The University of TokyoI SSP成功攻克了特殊膜分離酒精技術(shù)難題，然而此項技術(shù)需要花費數(shù)額巨大的錢財進行裝置的添置且當前還沒有應用于實際應用，還僅處在實驗驗證階段。Standiford FC，Badger WL在Chem Eng Prog所發(fā)表的論文Energy conservation in alcohol production中介紹了以酒精精餾熱集成方式為主的技術(shù)，然而此技術(shù)在控制操作便利性、造價控制等方面都并不是十分讓人滿意。文章結(jié)合工作經(jīng)驗，分析分割式熱泵精餾技術(shù)在節(jié)能方面的可行性及其實際應用特點。

1 分割式熱泵精餾的提出及其節(jié)能可行性分析

在精餾工序都會有個恒沸點，假設(shè)在恒沸點奮進進行精餾工作的操作，往往需要消耗較大的能量也會有較大的回流。一般21.7攝氏度上下為究竟精餾塔的溫差，可以歸類為大溫差精餾方面的技術(shù)，假設(shè)應用間接式或直接式熱泵精餾技術(shù)，因為有著較大的溫差，需要選用多級壓縮機，如此一來就需要較高的操作與設(shè)備費用，需要較長的投資回收期，缺乏較好的社會經(jīng)濟效益、節(jié)能成效。此外假設(shè)應用的是直接式熱泵精餾技術(shù)，由于塔底溫度比較高，這就需要壓縮機承受十分高的出口溫度，且很容易造成酒精碳化的情況出現(xiàn)，很顯然是不符合熱泵精餾應用的相關(guān)原則。針對大溫差酒精精餾系統(tǒng)，也可將冷凝器與再沸器設(shè)置在酒精精餾塔的任何溫度范圍中，進而降低熱泵工作中的溫度差，然而由于冷凝器與再沸器存在較為復雜的操作設(shè)計，需要投入較高的費用，因此在經(jīng)濟效益與節(jié)能成效方面也差強人意。

圖1為泡露點溫度-組分相圖，圖2為酒精水溶液的平衡相圖。由于酒精水溶液相平衡存在拐點，為正偏差溶液，因此其并不是理想溶液。在總壓強為0.1兆帕斯卡之下，78.15攝氏度是酒精溶液的恒沸點，x=0.894則是其物質(zhì)的量之比，在78.15攝氏度左右，相比較之下此時酒精有著較小的揮發(fā)度，通常項目會選擇3.5至4.0的回流比，因此需要較大的熱量。而當物質(zhì)的量之比x設(shè)置在0至0.40范圍內(nèi)時，相比之下酒精具有較大的揮發(fā)度，在此時可以應用很小的回流比，因此需要較小的熱量。從下面兩個圖我們還可以知道，大約在0至0.26的物質(zhì)量之比范圍中，酒精泡點溫度與相對揮發(fā)度會有較大的變大，此區(qū)域可以歸類為恒稀區(qū)，也就是此范圍周邊各個塔板有著較大變化的區(qū)域，而大約在0.26至0.894的物質(zhì)量之比范圍中，酒精的泡點溫度與相對揮發(fā)度變化較小，在此范圍周邊各個塔板有著較小變化的區(qū)域，為恒濃區(qū)。因此在0.26至0.894的物質(zhì)量之比范圍中，是可以應用熱泵精餾技術(shù)的。綜上，我們可以將酒精精餾塔設(shè)計為上下兩個相對獨立的精餾塔，在上塔設(shè)置熱泵裝置，進而組成分割式熱泵精餾流程，具體如圖3所示。

分割式熱泵精餾流程分成上下兩個熱泵精餾塔，上面的熱泵精餾塔就如傳統(tǒng)熱泵精餾塔一般，只是比傳統(tǒng)精餾塔多設(shè)置了進料口；而下面的熱泵精餾塔也是類似傳統(tǒng)的氣提塔（又或者是蒸出塔），從上面精餾塔的釜液進料，上面精餾塔的塔底則作為蒸氣出料口。上塔溫差的控制，可以利用控制下面精餾塔進料濃度（也就是上下兩個精餾塔分割點濃度）進而有效監(jiān)控上塔溫差。如此就不需要太大的壓縮機壓比，也有利于控制投資額。分割式熱泵精餾裝置由于在上面精餾塔中設(shè)置了熱泵，進而可以極大減小下面蒸餾塔的回流比，這也是一個效果較好的節(jié)能措施。分割式熱泵精餾流程具有較好的節(jié)能成效也有利于控制投資費用，操作簡便有效開拓了熱泵精餾的應用范圍。

2 分割式熱泵精餾的應用特點

分割式熱泵精餾技術(shù)不是說僅僅將傳統(tǒng)熱泵精餾塔簡單地分成兩個精餾塔，分割式熱泵精餾技術(shù)與傳統(tǒng)熱泵精餾技術(shù)相比較，具有特點。

第一，分割點的選擇問題。分割式熱泵精餾的主要參數(shù)就是分割點，從上面三個圖我們可以知道，當物質(zhì)分離條件相同的前提之下，下塔進料濃度愈大，上面精餾塔塔中的溫差也就愈小，也就可以獲得更明顯的精餾效果，換句話說就是需要愈小的壓縮供，而為了提高下面精餾塔的提餾效果，必然會提高下面精餾塔熱能的消耗；下面精餾塔進料濃度愈小，則結(jié)論與上述相反，因此，分割式熱泵精餾技術(shù)必然會存在一個分割點的最優(yōu)化，利用年運行費用最優(yōu)化作為目標函數(shù)，可以獲得最佳分割點。第二，輔助再沸器的選擇問題。在傳統(tǒng)的熱泵精餾中，由于輔助再沸器具有控制、補償、啟動作用，因此肯定不能缺少輔助再沸器，然而在分割式熱泵精餾中，下塔的常規(guī)再沸器就可以替代輔助再沸器，這樣就沒必要設(shè)置輔助再沸器。

3 結(jié)束語

第一，分割式熱泵精餾根據(jù)熱泵精餾相關(guān)節(jié)能原則進行設(shè)計操作，大體解決了精餾工序中熱泵應用的技術(shù)難題。第二，相較于傳統(tǒng)熱泵精餾方式，分割式熱泵精餾有著獨特的應用特色與較好的技能成效，具有明顯的優(yōu)勢。第三，對于異丙醇水溶液等液體（也就是相圖存在恒稀區(qū)與恒濃區(qū)的液體），同樣可以應用分割式熱泵精餾的技術(shù)。

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