熱泵與中間換熱器相結(jié)合的節(jié)能技術(shù)

周凱

摘要介紹熱泵精餾與中段換熱精餾相結(jié)合的節(jié)能流程在PM生產(chǎn)中的應(yīng)用，對塔頂汽相直接壓縮式熱泵流程給出了詳細的模擬數(shù)據(jù)。對節(jié)能流程和常規(guī)流程進行對比，通過數(shù)據(jù)反映出顯著的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞熱泵精餾；中間換熱器；節(jié)能技術(shù)

中圖分類號：TQ028 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0057-01

在化工流程中，從原料到產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程，始終伴隨著能量的供應(yīng)、轉(zhuǎn)換、利用、回收、生產(chǎn)、排棄等環(huán)節(jié)。對于多數(shù)企業(yè)而言，要想在日益競爭的市場中占有一席之地，除了要有優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，如何最為有效、合理的利用能源，控制產(chǎn)品成本已經(jīng)成為企業(yè)面臨的新的課題和發(fā)展方向。

目前常用的節(jié)能技術(shù)有很多，如：建立冷熱流體換熱的熱集成網(wǎng)絡(luò)，多效精餾技術(shù)，熱泵精餾技術(shù)，中段換熱精餾技術(shù)等。由于本次擬對已有裝置進行節(jié)能分析，現(xiàn)場不宜增加過多設(shè)備，且之前已對部分系統(tǒng)建立換熱網(wǎng)絡(luò)，所以主要將重點確定為：通過對本公司一套年產(chǎn)5萬噸PM裝置的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集和分析，采用熱泵精餾和中段換熱精餾技術(shù)，對各塔有針對性的進行節(jié)能分析。

1節(jié)能措施

1.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)及基本工況模擬結(jié)果

PM裝置分餾部分主要由4個塔組成。1號塔用于脫除反應(yīng)液中過量的甲醇，2號塔塔頂采出PM成品，3號塔塔頂采出PM異構(gòu)體成品，4號塔為間歇塔，塔頂采出殘余的一些輕組分。塔頂冷凝器采用循環(huán)水冷卻，再沸器采用蒸汽加熱。其中能耗主要集中在1號、2號塔。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，結(jié)合模擬軟件，選用NRTL方程進行模擬計算，計算結(jié)果與現(xiàn)場數(shù)據(jù)基本一致，得到1號、2號塔的能耗：

表1基本工況及能耗分析

設(shè)備位號 T1 T2

全凝器負荷 x 10^6 Kcal/hr -3.267 -3.5083

再沸器負荷 x 10^6 Kcal/hr 2.4297 3.51

塔頂壓力 KPA 101.5 101.5

頂溫 C 64.6 120.5

釜溫 C 121.5 137.1

回流比 0.23 3.66

塔頂上升氣量 kmol/hr 387.8 371.5

塔釜上升氣量 kmol/hr 256.1 352.2

1.2 熱泵精餾

熱泵精餾主要分為汽相壓縮式熱泵精餾和吸收式熱泵精餾。根據(jù)壓縮機工質(zhì)的不同，蒸汽壓縮式熱泵精餾又分為塔頂汽相直接壓縮式、塔底液體閃蒸式和間接蒸汽壓縮式三種類型。

塔頂汽相壓縮式熱泵精餾以塔頂汽相為工質(zhì)，利用壓縮機使塔頂汽相的溫度提高一個能級，從而能夠給塔底物料的汽化提供能量。主要應(yīng)用于：①塔頂和塔底溫差較小的精餾塔；②回流比較大分離系統(tǒng)；③低壓下精餾時塔頂產(chǎn)品需要冷凍劑冷凝的系統(tǒng)。

塔底釜液閃蒸式熱泵精餾是以釜液為工質(zhì)，經(jīng)減壓閃蒸后與塔頂汽相換熱，使塔頂氣相冷凝，同時使自身汽化，然后汽相經(jīng)壓縮機壓縮后進入塔釜作為塔釜熱源。

間接蒸汽壓縮式熱泵精餾則是選擇單獨封閉循環(huán)的工質(zhì)，塔頂汽相能量經(jīng)由工質(zhì)用于塔釜加熱。主要用于精餾介質(zhì)具有腐蝕性、對溫度敏感的情況。

吸收式熱泵系統(tǒng)可以利用溫度不高的熱源作為動力，但熱效率低，需要的投資高，使用壽命不長，因此多用于產(chǎn)熱量大，溫度提升要求不高，并且可以用廢熱直接驅(qū)動的情況。

1.3 中段換熱精餾

在普通精餾塔內(nèi)，溫度自塔頂向塔底逐漸升高，如果塔底和塔頂溫差較大，在塔中設(shè)置冷凝器，就可以采用較高溫度的冷卻劑，降低冷公用工程費用。如果在塔的中部設(shè)置再沸器，可以代替一部分原來從塔底加入的熱量。由于中間再沸器所處的溫度比塔底溫度低，所以中間再沸器中可以用比塔底加熱劑溫度低的加熱劑來加熱，節(jié)省熱公用工程的費用。

1.4 節(jié)能措施的選擇

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以看到，2號塔塔頂、塔釜溫差較小，且回流比較大，適合采用塔頂汽相壓縮式熱泵精餾。1號塔塔頂、塔釜溫差大，壓縮機負荷高，且頂溫64.6℃，采用熱泵精餾時要使塔頂汽相冷凝需增加真空泵等設(shè)備，因此初步計算、比較后決定采用中段換熱精餾技術(shù)。采用傳統(tǒng)的塔頂汽相壓縮式熱泵時循環(huán)工質(zhì)加熱塔釜后經(jīng)節(jié)流閥進入閃蒸回流罐，而本流程中采用2號塔壓縮機出口物料加熱塔釜后余熱作為1號塔中段換熱器的熱源，相對來說控制簡單。

2計算結(jié)果

2.1 壓縮機出口壓力

塔頂汽相壓縮式熱泵精餾壓縮機的進氣量為塔頂氣體采出量。出口壓力即循環(huán)工質(zhì)需壓縮到多大壓力才能滿足熱泵系統(tǒng)的性能要求，主要由2號塔塔釜溫度和塔釜熱負荷決定。本次計算中釜溫137℃，為保證再沸器的熱交換，壓縮后氣體溫度取高于釜溫15℃。此外，塔頂氣相經(jīng)壓縮后必須能夠提供充分的熱負荷以滿足再沸器的要求。因而壓縮后溫度和循環(huán)量必須適當(dāng)匹配，本系統(tǒng)中壓縮機出口壓力取300 kPa，此時壓縮機出口溫度為154.7℃，給再沸器加熱后，循環(huán)工質(zhì)溫度為152.8℃的氣液混合相。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，除保證回流量外，回流溫度保證在120℃左右。在循環(huán)工質(zhì)由152.8℃冷凝冷卻到120℃過程中放出熱量0.835×10^6 Kcal/hr。因為1號塔采用了中間換熱器，因此，多余熱量可用于1號塔中段換熱器的熱源，保證能源的最大化利用。

2.2 中段換熱器位置

為保證中段換熱器有足夠的推動力，取冷熱物料溫差15℃以上，并且盡量靠近塔釜位置，因此第30塊板溫度106℃，抽取第30塊塔板物料進中段換熱器加熱，物料流量3000 kg/h。

2.2 模擬計算結(jié)果

模擬流程如下：

經(jīng)過詳細的流程模擬計算，現(xiàn)對熱泵加中間換熱器的節(jié)能流程和常規(guī)流程進行比較。兩種計算分離要求相同。經(jīng)濟效益比較取以下價格：電為0.8元/度，蒸汽220元/t，蒸汽潛熱取500Kcal/kg，壓縮機絕熱效率80%，循環(huán)水溫升取8℃。

同時加中間再沸器后1號塔節(jié)能835000 Kcal，計蒸汽1.67 t，費用367元/小時。總計節(jié)約費用1561元/小時。

2.3 結(jié)果分析

從表2數(shù)據(jù)可以看出，2號塔基本工況和熱泵工況相比，兩者的冷凝器、再沸器溫度基本相同，后者的回流比較前者略大一些，因此熱負荷稍有增加。后者冷凝器對數(shù)平均溫差為11.5℃，該溫差大小恰當(dāng)，滿足換熱器的傳熱要求。后者操作費用則從1182降低到424元/h，顯然節(jié)能效果是十分顯著的。1號塔采用中間換熱器后可直接節(jié)能835000kcal，節(jié)約費用367元/小時。總共節(jié)約費用1561元/小時。經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。

表2節(jié)能效果比較

操作參數(shù) PM裝置2號塔熱泵節(jié)能效果

常規(guī)精餾 熱泵精餾

頂溫（℃） 120 120

釜溫（℃） 137 137

壓縮機出口溫度 153

產(chǎn)量（t/h） 7.15 7.15

熱負荷（kcal/h） 3513300 3580000

消耗蒸汽（t/h） 7.03

消耗電量（kW） 530

冷負荷（kcal/h） 3508300

循環(huán)水量（t/h）（取8℃溫差） 438.5 86.15

循環(huán)水電機電耗（KW*h） 90

蒸汽費用（元/小時） 1546

電費（元/小時） 72 424

節(jié)約費用（元/小時） 1194

參考文獻

[1]陸恩錫，羅明輝.蒸餾過程熱泵節(jié)能—熱泵系統(tǒng)模擬計算[J].

[2]包宗宏，武文良.化工計算與軟件應(yīng)用[M].2013.

endprint

摘要介紹熱泵精餾與中段換熱精餾相結(jié)合的節(jié)能流程在PM生產(chǎn)中的應(yīng)用，對塔頂汽相直接壓縮式熱泵流程給出了詳細的模擬數(shù)據(jù)。對節(jié)能流程和常規(guī)流程進行對比，通過數(shù)據(jù)反映出顯著的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞熱泵精餾；中間換熱器；節(jié)能技術(shù)

中圖分類號：TQ028 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0057-01

在化工流程中，從原料到產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程，始終伴隨著能量的供應(yīng)、轉(zhuǎn)換、利用、回收、生產(chǎn)、排棄等環(huán)節(jié)。對于多數(shù)企業(yè)而言，要想在日益競爭的市場中占有一席之地，除了要有優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，如何最為有效、合理的利用能源，控制產(chǎn)品成本已經(jīng)成為企業(yè)面臨的新的課題和發(fā)展方向。

目前常用的節(jié)能技術(shù)有很多，如：建立冷熱流體換熱的熱集成網(wǎng)絡(luò)，多效精餾技術(shù)，熱泵精餾技術(shù)，中段換熱精餾技術(shù)等。由于本次擬對已有裝置進行節(jié)能分析，現(xiàn)場不宜增加過多設(shè)備，且之前已對部分系統(tǒng)建立換熱網(wǎng)絡(luò)，所以主要將重點確定為：通過對本公司一套年產(chǎn)5萬噸PM裝置的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集和分析，采用熱泵精餾和中段換熱精餾技術(shù)，對各塔有針對性的進行節(jié)能分析。

1節(jié)能措施

1.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)及基本工況模擬結(jié)果

PM裝置分餾部分主要由4個塔組成。1號塔用于脫除反應(yīng)液中過量的甲醇，2號塔塔頂采出PM成品，3號塔塔頂采出PM異構(gòu)體成品，4號塔為間歇塔，塔頂采出殘余的一些輕組分。塔頂冷凝器采用循環(huán)水冷卻，再沸器采用蒸汽加熱。其中能耗主要集中在1號、2號塔。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，結(jié)合模擬軟件，選用NRTL方程進行模擬計算，計算結(jié)果與現(xiàn)場數(shù)據(jù)基本一致，得到1號、2號塔的能耗：

表1基本工況及能耗分析

設(shè)備位號 T1 T2

全凝器負荷 x 10^6 Kcal/hr -3.267 -3.5083

再沸器負荷 x 10^6 Kcal/hr 2.4297 3.51

塔頂壓力 KPA 101.5 101.5

頂溫 C 64.6 120.5

釜溫 C 121.5 137.1

回流比 0.23 3.66

塔頂上升氣量 kmol/hr 387.8 371.5

塔釜上升氣量 kmol/hr 256.1 352.2

1.2 熱泵精餾

熱泵精餾主要分為汽相壓縮式熱泵精餾和吸收式熱泵精餾。根據(jù)壓縮機工質(zhì)的不同，蒸汽壓縮式熱泵精餾又分為塔頂汽相直接壓縮式、塔底液體閃蒸式和間接蒸汽壓縮式三種類型。

塔頂汽相壓縮式熱泵精餾以塔頂汽相為工質(zhì)，利用壓縮機使塔頂汽相的溫度提高一個能級，從而能夠給塔底物料的汽化提供能量。主要應(yīng)用于：①塔頂和塔底溫差較小的精餾塔；②回流比較大分離系統(tǒng)；③低壓下精餾時塔頂產(chǎn)品需要冷凍劑冷凝的系統(tǒng)。

塔底釜液閃蒸式熱泵精餾是以釜液為工質(zhì)，經(jīng)減壓閃蒸后與塔頂汽相換熱，使塔頂氣相冷凝，同時使自身汽化，然后汽相經(jīng)壓縮機壓縮后進入塔釜作為塔釜熱源。

間接蒸汽壓縮式熱泵精餾則是選擇單獨封閉循環(huán)的工質(zhì)，塔頂汽相能量經(jīng)由工質(zhì)用于塔釜加熱。主要用于精餾介質(zhì)具有腐蝕性、對溫度敏感的情況。

吸收式熱泵系統(tǒng)可以利用溫度不高的熱源作為動力，但熱效率低，需要的投資高，使用壽命不長，因此多用于產(chǎn)熱量大，溫度提升要求不高，并且可以用廢熱直接驅(qū)動的情況。

1.3 中段換熱精餾

在普通精餾塔內(nèi)，溫度自塔頂向塔底逐漸升高，如果塔底和塔頂溫差較大，在塔中設(shè)置冷凝器，就可以采用較高溫度的冷卻劑，降低冷公用工程費用。如果在塔的中部設(shè)置再沸器，可以代替一部分原來從塔底加入的熱量。由于中間再沸器所處的溫度比塔底溫度低，所以中間再沸器中可以用比塔底加熱劑溫度低的加熱劑來加熱，節(jié)省熱公用工程的費用。

1.4 節(jié)能措施的選擇

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以看到，2號塔塔頂、塔釜溫差較小，且回流比較大，適合采用塔頂汽相壓縮式熱泵精餾。1號塔塔頂、塔釜溫差大，壓縮機負荷高，且頂溫64.6℃，采用熱泵精餾時要使塔頂汽相冷凝需增加真空泵等設(shè)備，因此初步計算、比較后決定采用中段換熱精餾技術(shù)。采用傳統(tǒng)的塔頂汽相壓縮式熱泵時循環(huán)工質(zhì)加熱塔釜后經(jīng)節(jié)流閥進入閃蒸回流罐，而本流程中采用2號塔壓縮機出口物料加熱塔釜后余熱作為1號塔中段換熱器的熱源，相對來說控制簡單。

2計算結(jié)果

2.1 壓縮機出口壓力

塔頂汽相壓縮式熱泵精餾壓縮機的進氣量為塔頂氣體采出量。出口壓力即循環(huán)工質(zhì)需壓縮到多大壓力才能滿足熱泵系統(tǒng)的性能要求，主要由2號塔塔釜溫度和塔釜熱負荷決定。本次計算中釜溫137℃，為保證再沸器的熱交換，壓縮后氣體溫度取高于釜溫15℃。此外，塔頂氣相經(jīng)壓縮后必須能夠提供充分的熱負荷以滿足再沸器的要求。因而壓縮后溫度和循環(huán)量必須適當(dāng)匹配，本系統(tǒng)中壓縮機出口壓力取300 kPa，此時壓縮機出口溫度為154.7℃，給再沸器加熱后，循環(huán)工質(zhì)溫度為152.8℃的氣液混合相。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，除保證回流量外，回流溫度保證在120℃左右。在循環(huán)工質(zhì)由152.8℃冷凝冷卻到120℃過程中放出熱量0.835×10^6 Kcal/hr。因為1號塔采用了中間換熱器，因此，多余熱量可用于1號塔中段換熱器的熱源，保證能源的最大化利用。

2.2 中段換熱器位置

為保證中段換熱器有足夠的推動力，取冷熱物料溫差15℃以上，并且盡量靠近塔釜位置，因此第30塊板溫度106℃，抽取第30塊塔板物料進中段換熱器加熱，物料流量3000 kg/h。

2.2 模擬計算結(jié)果

模擬流程如下：

經(jīng)過詳細的流程模擬計算，現(xiàn)對熱泵加中間換熱器的節(jié)能流程和常規(guī)流程進行比較。兩種計算分離要求相同。經(jīng)濟效益比較取以下價格：電為0.8元/度，蒸汽220元/t，蒸汽潛熱取500Kcal/kg，壓縮機絕熱效率80%，循環(huán)水溫升取8℃。

同時加中間再沸器后1號塔節(jié)能835000 Kcal，計蒸汽1.67 t，費用367元/小時。總計節(jié)約費用1561元/小時。

2.3 結(jié)果分析

從表2數(shù)據(jù)可以看出，2號塔基本工況和熱泵工況相比，兩者的冷凝器、再沸器溫度基本相同，后者的回流比較前者略大一些，因此熱負荷稍有增加。后者冷凝器對數(shù)平均溫差為11.5℃，該溫差大小恰當(dāng)，滿足換熱器的傳熱要求。后者操作費用則從1182降低到424元/h，顯然節(jié)能效果是十分顯著的。1號塔采用中間換熱器后可直接節(jié)能835000kcal，節(jié)約費用367元/小時。總共節(jié)約費用1561元/小時。經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。

表2節(jié)能效果比較

操作參數(shù) PM裝置2號塔熱泵節(jié)能效果

常規(guī)精餾 熱泵精餾

頂溫（℃） 120 120

釜溫（℃） 137 137

壓縮機出口溫度 153

產(chǎn)量（t/h） 7.15 7.15

熱負荷（kcal/h） 3513300 3580000

消耗蒸汽（t/h） 7.03

消耗電量（kW） 530

冷負荷（kcal/h） 3508300

循環(huán)水量（t/h）（取8℃溫差） 438.5 86.15

循環(huán)水電機電耗（KW*h） 90

蒸汽費用（元/小時） 1546

電費（元/小時） 72 424

節(jié)約費用（元/小時） 1194

參考文獻

[1]陸恩錫，羅明輝.蒸餾過程熱泵節(jié)能—熱泵系統(tǒng)模擬計算[J].

[2]包宗宏，武文良.化工計算與軟件應(yīng)用[M].2013.

endprint

摘要介紹熱泵精餾與中段換熱精餾相結(jié)合的節(jié)能流程在PM生產(chǎn)中的應(yīng)用，對塔頂汽相直接壓縮式熱泵流程給出了詳細的模擬數(shù)據(jù)。對節(jié)能流程和常規(guī)流程進行對比，通過數(shù)據(jù)反映出顯著的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞熱泵精餾；中間換熱器；節(jié)能技術(shù)

中圖分類號：TQ028 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0057-01

在化工流程中，從原料到產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程，始終伴隨著能量的供應(yīng)、轉(zhuǎn)換、利用、回收、生產(chǎn)、排棄等環(huán)節(jié)。對于多數(shù)企業(yè)而言，要想在日益競爭的市場中占有一席之地，除了要有優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，如何最為有效、合理的利用能源，控制產(chǎn)品成本已經(jīng)成為企業(yè)面臨的新的課題和發(fā)展方向。

目前常用的節(jié)能技術(shù)有很多，如：建立冷熱流體換熱的熱集成網(wǎng)絡(luò)，多效精餾技術(shù)，熱泵精餾技術(shù)，中段換熱精餾技術(shù)等。由于本次擬對已有裝置進行節(jié)能分析，現(xiàn)場不宜增加過多設(shè)備，且之前已對部分系統(tǒng)建立換熱網(wǎng)絡(luò)，所以主要將重點確定為：通過對本公司一套年產(chǎn)5萬噸PM裝置的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集和分析，采用熱泵精餾和中段換熱精餾技術(shù)，對各塔有針對性的進行節(jié)能分析。

1節(jié)能措施

1.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)及基本工況模擬結(jié)果

PM裝置分餾部分主要由4個塔組成。1號塔用于脫除反應(yīng)液中過量的甲醇，2號塔塔頂采出PM成品，3號塔塔頂采出PM異構(gòu)體成品，4號塔為間歇塔，塔頂采出殘余的一些輕組分。塔頂冷凝器采用循環(huán)水冷卻，再沸器采用蒸汽加熱。其中能耗主要集中在1號、2號塔。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，結(jié)合模擬軟件，選用NRTL方程進行模擬計算，計算結(jié)果與現(xiàn)場數(shù)據(jù)基本一致，得到1號、2號塔的能耗：

表1基本工況及能耗分析

設(shè)備位號 T1 T2

全凝器負荷 x 10^6 Kcal/hr -3.267 -3.5083

再沸器負荷 x 10^6 Kcal/hr 2.4297 3.51

塔頂壓力 KPA 101.5 101.5

頂溫 C 64.6 120.5

釜溫 C 121.5 137.1

回流比 0.23 3.66

塔頂上升氣量 kmol/hr 387.8 371.5

塔釜上升氣量 kmol/hr 256.1 352.2

1.2 熱泵精餾

熱泵精餾主要分為汽相壓縮式熱泵精餾和吸收式熱泵精餾。根據(jù)壓縮機工質(zhì)的不同，蒸汽壓縮式熱泵精餾又分為塔頂汽相直接壓縮式、塔底液體閃蒸式和間接蒸汽壓縮式三種類型。

塔頂汽相壓縮式熱泵精餾以塔頂汽相為工質(zhì)，利用壓縮機使塔頂汽相的溫度提高一個能級，從而能夠給塔底物料的汽化提供能量。主要應(yīng)用于：①塔頂和塔底溫差較小的精餾塔；②回流比較大分離系統(tǒng)；③低壓下精餾時塔頂產(chǎn)品需要冷凍劑冷凝的系統(tǒng)。

塔底釜液閃蒸式熱泵精餾是以釜液為工質(zhì)，經(jīng)減壓閃蒸后與塔頂汽相換熱，使塔頂氣相冷凝，同時使自身汽化，然后汽相經(jīng)壓縮機壓縮后進入塔釜作為塔釜熱源。

間接蒸汽壓縮式熱泵精餾則是選擇單獨封閉循環(huán)的工質(zhì)，塔頂汽相能量經(jīng)由工質(zhì)用于塔釜加熱。主要用于精餾介質(zhì)具有腐蝕性、對溫度敏感的情況。

吸收式熱泵系統(tǒng)可以利用溫度不高的熱源作為動力，但熱效率低，需要的投資高，使用壽命不長，因此多用于產(chǎn)熱量大，溫度提升要求不高，并且可以用廢熱直接驅(qū)動的情況。

1.3 中段換熱精餾

在普通精餾塔內(nèi)，溫度自塔頂向塔底逐漸升高，如果塔底和塔頂溫差較大，在塔中設(shè)置冷凝器，就可以采用較高溫度的冷卻劑，降低冷公用工程費用。如果在塔的中部設(shè)置再沸器，可以代替一部分原來從塔底加入的熱量。由于中間再沸器所處的溫度比塔底溫度低，所以中間再沸器中可以用比塔底加熱劑溫度低的加熱劑來加熱，節(jié)省熱公用工程的費用。

1.4 節(jié)能措施的選擇

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以看到，2號塔塔頂、塔釜溫差較小，且回流比較大，適合采用塔頂汽相壓縮式熱泵精餾。1號塔塔頂、塔釜溫差大，壓縮機負荷高，且頂溫64.6℃，采用熱泵精餾時要使塔頂汽相冷凝需增加真空泵等設(shè)備，因此初步計算、比較后決定采用中段換熱精餾技術(shù)。采用傳統(tǒng)的塔頂汽相壓縮式熱泵時循環(huán)工質(zhì)加熱塔釜后經(jīng)節(jié)流閥進入閃蒸回流罐，而本流程中采用2號塔壓縮機出口物料加熱塔釜后余熱作為1號塔中段換熱器的熱源，相對來說控制簡單。

2計算結(jié)果

2.1 壓縮機出口壓力

塔頂汽相壓縮式熱泵精餾壓縮機的進氣量為塔頂氣體采出量。出口壓力即循環(huán)工質(zhì)需壓縮到多大壓力才能滿足熱泵系統(tǒng)的性能要求，主要由2號塔塔釜溫度和塔釜熱負荷決定。本次計算中釜溫137℃，為保證再沸器的熱交換，壓縮后氣體溫度取高于釜溫15℃。此外，塔頂氣相經(jīng)壓縮后必須能夠提供充分的熱負荷以滿足再沸器的要求。因而壓縮后溫度和循環(huán)量必須適當(dāng)匹配，本系統(tǒng)中壓縮機出口壓力取300 kPa，此時壓縮機出口溫度為154.7℃，給再沸器加熱后，循環(huán)工質(zhì)溫度為152.8℃的氣液混合相。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，除保證回流量外，回流溫度保證在120℃左右。在循環(huán)工質(zhì)由152.8℃冷凝冷卻到120℃過程中放出熱量0.835×10^6 Kcal/hr。因為1號塔采用了中間換熱器，因此，多余熱量可用于1號塔中段換熱器的熱源，保證能源的最大化利用。

2.2 中段換熱器位置

為保證中段換熱器有足夠的推動力，取冷熱物料溫差15℃以上，并且盡量靠近塔釜位置，因此第30塊板溫度106℃，抽取第30塊塔板物料進中段換熱器加熱，物料流量3000 kg/h。

2.2 模擬計算結(jié)果

模擬流程如下：

經(jīng)過詳細的流程模擬計算，現(xiàn)對熱泵加中間換熱器的節(jié)能流程和常規(guī)流程進行比較。兩種計算分離要求相同。經(jīng)濟效益比較取以下價格：電為0.8元/度，蒸汽220元/t，蒸汽潛熱取500Kcal/kg，壓縮機絕熱效率80%，循環(huán)水溫升取8℃。

同時加中間再沸器后1號塔節(jié)能835000 Kcal，計蒸汽1.67 t，費用367元/小時。總計節(jié)約費用1561元/小時。

2.3 結(jié)果分析

從表2數(shù)據(jù)可以看出，2號塔基本工況和熱泵工況相比，兩者的冷凝器、再沸器溫度基本相同，后者的回流比較前者略大一些，因此熱負荷稍有增加。后者冷凝器對數(shù)平均溫差為11.5℃，該溫差大小恰當(dāng)，滿足換熱器的傳熱要求。后者操作費用則從1182降低到424元/h，顯然節(jié)能效果是十分顯著的。1號塔采用中間換熱器后可直接節(jié)能835000kcal，節(jié)約費用367元/小時。總共節(jié)約費用1561元/小時。經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。

表2節(jié)能效果比較

操作參數(shù) PM裝置2號塔熱泵節(jié)能效果

常規(guī)精餾 熱泵精餾

頂溫（℃） 120 120

釜溫（℃） 137 137

壓縮機出口溫度 153

產(chǎn)量（t/h） 7.15 7.15

熱負荷（kcal/h） 3513300 3580000

消耗蒸汽（t/h） 7.03

消耗電量（kW） 530

冷負荷（kcal/h） 3508300

循環(huán)水量（t/h）（取8℃溫差） 438.5 86.15

循環(huán)水電機電耗（KW*h） 90

蒸汽費用（元/小時） 1546

電費（元/小時） 72 424

節(jié)約費用（元/小時） 1194

參考文獻

[1]陸恩錫，羅明輝.蒸餾過程熱泵節(jié)能—熱泵系統(tǒng)模擬計算[J].

[2]包宗宏，武文良.化工計算與軟件應(yīng)用[M].2013.

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