試論精餾塔設(shè)備設(shè)計和節(jié)能研究

楊新建(新疆華澳能源化工股份有限公司,新疆　克拉瑪依　834000)

試論精餾塔設(shè)備設(shè)計和節(jié)能研究

楊新建(新疆華澳能源化工股份有限公司,新疆克拉瑪依834000)

精餾過程屬于化工過程的一個耗能部分，基于此，本文分析了常規(guī)的精餾塔，研究了各種精餾塔類型。經(jīng)過分析以后，可以節(jié)省各種設(shè)備的投入，特別是的精餾結(jié)合以后效果比較明顯。

精餾塔；設(shè)備設(shè)計；節(jié)能

精餾屬于石油加工中使用比較廣泛的一個分離單元，而在化工的行業(yè)中，石油化工耗能比較大。因為精餾的過程能耗比較大，熱力學的效率比較低，所以這個過程一直都是化工行業(yè)中的一個關(guān)鍵性課題。通常情況下，精餾塔的設(shè)計好壞對于能耗節(jié)省有著重要作用，所以精餾塔的設(shè)計一直都是人們關(guān)注的重點。尤其在二十一世紀，信息技術(shù)不斷發(fā)展與完善，計算機信息技術(shù)在精餾塔的設(shè)計中逐漸將手工設(shè)計、計算取代。

1　設(shè)計反應(yīng)的精餾塔

在反應(yīng)的精餾塔設(shè)計方面，現(xiàn)階段還沒有形成一個完整的體系，究其原因，精餾設(shè)計的過程是精餾耦合和反應(yīng)的過程，并且精餾過程和反應(yīng)過程均在同一容器中，兩者互相影響，一旦反應(yīng)物的配料比、原先進料的位置、板數(shù)、副產(chǎn)物的濃度、停留的時間以及速率等發(fā)生變化，均容易大幅度影響到反應(yīng)精餾的過程，因此，這個集成過程研究難度相對較大。反應(yīng)精餾設(shè)計研究始于上個世紀八十年代，目前主要精餾塔的設(shè)計包含數(shù)學的模擬法、基于上述原因，Ung與Doherty研究了剩余的曲線圖與轉(zhuǎn)換的組成變量。Blessing等人在研究轉(zhuǎn)換的組成變量基礎(chǔ)上，研究出反應(yīng)的精餾線與反應(yīng)空間概念，同時與精餾線與反應(yīng)的精餾線相結(jié)合，分析反應(yīng)的精餾過程序列［1］。

此外，在轉(zhuǎn)換變量概念基礎(chǔ)上，Thong在反應(yīng)的精餾塔具體設(shè)計中應(yīng)用塔板的組成線法。該設(shè)計理念和上文所說塔板的組成線設(shè)計理念比較相似，可以對既有圖解法所設(shè)計的精餾塔思路進行改變，同時獲取大量可行設(shè)計的方案。相關(guān)人員提出塔板的組成線法設(shè)計反應(yīng)精餾塔策略，并且提出提餾段與精餾段反應(yīng)精餾塔的組成線，以便設(shè)計與計算各種實例［2］。而且通過實踐應(yīng)用，才可以全面了解精餾塔的設(shè)計缺陷與不足，從而根據(jù)實際情況進行完善與改進，盡可能大幅度的節(jié)省操作費用與投資費用，減少成本，提高設(shè)計效果。

2　精餾塔設(shè)計以及節(jié)能

2.1分隔壁的精餾塔優(yōu)點

分隔壁的精餾塔主要是指將垂直隔板設(shè)置在精餾塔的內(nèi)部，把精餾塔分為中檢測線的采出段、精餾的進料段、上部公共的精餾段以及下部公共的精餾段，四個部分。關(guān)于分隔壁的精餾塔設(shè)計，相關(guān)人員給出不同位置三種類型設(shè)計的精餾塔，主要包含DWCL、DWCU與DWCM，并提出控制策略與動力學的行為。研究結(jié)果顯示，比較相對較差的是DWCU，在很多的情況下，DWCL動力學的表現(xiàn)都比較好，但耗能也比較大。DWCU 和DWCL比起來，兩者在可控性能方面沒有顯著差異，但經(jīng)濟效益比較高。馬晨皓把甲苯－二甲苯－重苯類精餾分離成粗苯精制的工藝作為研究例子，定量分析與比較傳統(tǒng)的分離序列以及隔壁塔的技術(shù)方案，經(jīng)過分析可知傳統(tǒng)傳質(zhì)的耦合隔壁它技術(shù)有顯著的節(jié)能優(yōu)勢［3］。

2.2反應(yīng)精餾以及分隔壁的精餾塔耦合

因為反應(yīng)的精餾塔結(jié)構(gòu)比較特殊，Muler在2004年提出反應(yīng)的精餾塔壁概念。RDWC充分結(jié)合了隔壁塔與反應(yīng)精餾兩種過程優(yōu)點，這樣能夠精簡流程，將過程中的能耗降低，降低投資的金額，加強選擇性，逐漸變成化工行業(yè)研究的熱點。IvoM-ueller等人在反應(yīng)速率不變的條件下，模擬了反應(yīng)精餾的隔壁塔，這個模擬主要針對碳酸酯之上酯基相互轉(zhuǎn)移進行研究，因為這個反應(yīng)系統(tǒng)主要特征是低選擇性與高轉(zhuǎn)化率，并且這個模擬在相關(guān)理論上已經(jīng)得到證實。在這個反應(yīng)系統(tǒng)中應(yīng)用隔壁塔的技術(shù)，能夠提高分離的能力與選擇性，同時可以將操作單元的數(shù)目減少，進而大幅度節(jié)省設(shè)備的投資［4］。

另外，大多數(shù)報道中指出，在現(xiàn)有反應(yīng)精餾的過程中應(yīng)用分隔壁的精餾塔技術(shù)，能夠大幅度節(jié)省設(shè)備投資和能耗。孫蘭義模擬了RDWC合成乙酸的甲酯工藝整個流程，并且對氣象分配對比反應(yīng)精餾的隔壁塔性能與塔頂回流比進行分析，在和常規(guī)的流程比較下，可以得出精餾隔壁塔能夠節(jié)省11.9%的能耗，同時可以降低操作費用和設(shè)備投資。齊彩霞等人對反反應(yīng)精餾塔的中應(yīng)用的碳酸二乙酯具體合成工藝模擬以及控制過程進行分析與研究，在對比精餾隔壁塔具體流程和常規(guī)流程過程中，能夠減少能耗，降低二氧化碳的排放量，同時提升系統(tǒng)熱力學的效率，進而節(jié)省投資的資本。

3　結(jié)語

綜上所述，在普通精餾塔設(shè)計研究過程中，可重點針對各種物料進行開發(fā)，重點開發(fā)各種體系小型數(shù)值的模擬類軟件，強化計算機對于化工行業(yè)輔助的計算，強化學科之間的交叉性。此外，在設(shè)計研究反應(yīng)的精餾塔過程中，需要不斷對既有設(shè)計方式進行改進，進而形成各類非理想的物系。反應(yīng)精餾的過程和隔壁的精餾塔結(jié)合對于設(shè)備投資和操作費用節(jié)省的效果比較明顯，并且應(yīng)用的效果比較好，這就需要強化反應(yīng)精餾的技術(shù)和分隔壁的技術(shù)結(jié)合。

［1］莫雅婧，寧亞南，馬占華.內(nèi)部熱耦合反應(yīng)精餾塔內(nèi)乙酸甲酯的合成研究［J］.現(xiàn)代化工，2014，24（10）：342-343.

［2］王方嫻，方利國，杜嘉偉.內(nèi)部熱集成精餾塔的模擬及其節(jié)能特性研究［J］.廣東化工，2013，15（12）：46-47.

［3］胡女丹，周劍麗，覃引.分隔壁精餾塔分離椪柑皮精油中D-檸檬烯的模擬研究［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學，2015，14（10）：536-537.

［4］時培玉.乙烯分離節(jié)能對內(nèi)部能量集成精餾塔技術(shù)的應(yīng)用［J］.中國化工貿(mào)易，2014，21（22）：43-44.

楊新建，男，工作單位：新疆華澳能源化工股份有限公司，工藝技術(shù)員，助理工程師，研究方向：能源管理及節(jié)約技術(shù)。