精餾塔設(shè)計(jì)以及節(jié)能的研究分析

高建國

（沈陽科創(chuàng)化學(xué)品有限公司，遼寧 沈陽 110144）

一、精餾三塔工藝設(shè)計(jì)分析

（一）雙塔常壓精餾工藝

雙塔常壓精餾分離是較為常見的工藝流程。該工藝流程主要有2個(gè)精餾塔構(gòu)成，即預(yù)塔和主塔。粗甲醇首先進(jìn)入預(yù)塔，它實(shí)際上是1個(gè)萃取精餾塔，在塔頂或回流槽中加入相當(dāng)于粗甲醇進(jìn)料20%～305左右的水，以水作為萃取劑將粗甲醇進(jìn)料中所含的非水溶性組分與甲醇分離。經(jīng)預(yù)塔脫除了低沸點(diǎn)的甲醇進(jìn)入主塔，在該塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)甲醇與雜醇、水的分離。

（二）三塔精餾分離工藝

三塔精餾分離工藝是將甲醇精餾塔分為2個(gè)塔：加壓精餾塔和常壓精餾塔。該分離流程中，經(jīng)預(yù)塔脫除輕組分后的粗甲醇首先進(jìn)入加壓塔，塔底再沸器采用低壓蒸汽加熱，塔頂甲醇蒸氣進(jìn)入常壓塔塔底的再沸器冷凝，為常壓塔提供熱源，冷凝后的甲醇部分作為產(chǎn)品，另一部分作為加壓塔的回流。加壓塔塔底的較低濃度的甲醇水等經(jīng)減壓后流入常壓塔。在此塔內(nèi)完成甲醇、水及高級(jí)醇的分離。流程操作的關(guān)鍵是適當(dāng)確定加壓塔操作壓力、加壓塔采出量。

二、精餾過程節(jié)能分析

精餾過程能耗很大，而且熱能利用率低，除了采用三塔精餾外，改進(jìn)換熱網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行廢熱回收，不僅可以節(jié)省加熱蒸汽，減小再沸器規(guī)格，也可以節(jié)省冷卻用水，有效利用能量。

（一）差壓熱耦合精餾技術(shù)的應(yīng)用

熱耦精餾由于既節(jié)能又節(jié)省設(shè)備投資，引起了人們的廣泛關(guān)注。早在五十年代，Petlyuk等人就提出了完全熱耦精餾方案，該研究表明熱耦精餾比常規(guī)精餾過程至少節(jié)能30%以上，但由于受到當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制而難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。后來又通過對(duì)塔設(shè)備組成體系做進(jìn)一步觀察，逐步在完全熱耦合方案中摸索出一種完全熱耦合精餾技術(shù)－差壓熱耦合精餾技術(shù)，在化工節(jié)能生產(chǎn)上應(yīng)用更為廣泛。差壓熱耦合低能耗精餾過程，將普通精餾塔分割為常規(guī)分餾和降壓分餾兩個(gè)塔，常規(guī)分餾塔的操作壓力與常規(guī)單塔時(shí)相同，而降壓分餾塔采用降壓操作以降低塔底溫度。降壓分餾塔塔頂蒸汽經(jīng)過壓縮進(jìn)入常規(guī)分餾塔，降壓分餾塔降壓操作可以使塔釜物料的溫度低于常規(guī)分餾塔塔頂物料的溫度，這樣就可以利用常規(guī)分餾塔塔頂蒸汽的潛熱來加熱降壓分餾塔塔底的再沸器，進(jìn)行兩塔的完全熱耦合，實(shí)現(xiàn)精餾過程的大幅度節(jié)能。

差壓熱耦合低能耗蒸餾與現(xiàn)有熱耦蒸餾技術(shù)相比，具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：

(1)差壓熱耦合精餾過程的常規(guī)分餾塔塔頂冷凝的負(fù)荷可以與降壓分餾塔底再沸器的負(fù)荷相匹配，實(shí)現(xiàn)熱耦精餾，匹配換熱。

(2)熱消耗是精餾操作中的主要能耗所在，采用差壓降溫手段實(shí)現(xiàn)最小的熱消耗，甚至實(shí)現(xiàn)冷熱負(fù)荷完全匹配，熱消耗為零。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，只需在設(shè)備中增加一臺(tái)壓縮機(jī)，該動(dòng)力消耗相對(duì)于原有的熱消耗小很多。張呂鴻等人又對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，即引入中間冷卻器，提出了一種改進(jìn)的差壓熱耦合精餾流程，設(shè)置中間冷卻器的目的在于，該物料在塔頂液相進(jìn)料，有回流液的作用，可以降低該物料溫度，減少與塔內(nèi)物料的換熱，促進(jìn)塔內(nèi)傳質(zhì)。這一流程的改進(jìn)節(jié)能效果比原差壓熱耦合流程更好，節(jié)能效率達(dá)3.5%，從而使這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景更為廣闊。

（二）熱泵精餾技術(shù)的應(yīng)用

甲醇精餾不僅是保證甲醇產(chǎn)品質(zhì)量的重要操作單元，而且精餾過程的能耗也是影響甲醇生產(chǎn)成本的重要因素，因此選擇適合企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的精餾技術(shù)，是節(jié)能降耗、節(jié)水減排、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力的重要措施。

葉鑫等人提出用熱泵精餾工藝直接壓縮精餾塔頂精甲醇?xì)怏w，提高塔頂精甲醇?xì)怏w的壓力和冷凝溫度，作為精餾塔塔釜再沸器或中間再沸器的熱源，充分利用了精甲醇?xì)怏w的冷凝潛熱，同時(shí)減小了塔釜熱公用工程和塔頂冷公用工程消耗。熱泵精餾只需消耗少量最低級(jí)別的水蒸氣，同時(shí)節(jié)省大量更高等級(jí)水蒸氣。因此，較傳統(tǒng)的三塔精餾工藝相比，該工藝比三塔精餾工藝可實(shí)現(xiàn)節(jié)能50%以上。

（三）機(jī)械蒸汽再壓縮熱泵精餾技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)械蒸汽再壓縮熱泵技術(shù)是把低品位的蒸汽通過壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺坏恼羝h(huán)用于熱源的供熱以減少能耗，也就是基于蒸汽潛熱再利用的一種非常高效的節(jié)能手段。

楊德明等人提出將機(jī)械蒸汽再壓縮熱泵技術(shù)配合一種熱集成技術(shù)來精餾分離四元混合醇體系的方法，具有很大的優(yōu)勢。熱集成技術(shù)是一種則是從熱力學(xué)效率角度出發(fā)，對(duì)能量進(jìn)行有效合理的匹配，利用MVR熱泵技術(shù)回收精餾塔塔頂蒸汽的潛熱，再根據(jù)分離塔系的溫度差，應(yīng)用熱集成技術(shù)，可最大程度地發(fā)揮精餾過程的節(jié)能優(yōu)勢。

（四）多效精餾技術(shù)的應(yīng)用

吳東岳等使用多效精餾工藝提純甲醇，通過對(duì)甲醇－水多效精餾工藝的研究，從單塔、雙塔、三塔、四塔這四種順流精餾工藝中能夠得出，隨著塔數(shù)的增加，能夠有效的增加精餾的效數(shù)，降低使用能耗，四塔精餾工藝的能耗是最低的。同時(shí)，隨著塔數(shù)的增加，也會(huì)增加設(shè)備的費(fèi)用，經(jīng)過計(jì)算與總結(jié)，能夠得出三塔精餾工藝是在目前甲醇精餾工中最為合適的一種，既能夠降低操作與設(shè)備的費(fèi)用，又能夠有效的降低能耗。

在工業(yè)生產(chǎn)中，Hilde等人闡述的多效精餾在工業(yè)實(shí)例中的應(yīng)用表明，節(jié)能效果是非常明顯的。當(dāng)他們把多效精餾技術(shù)應(yīng)用在分離乙烷，丁烷等混合體系里，他們對(duì)比在工業(yè)生產(chǎn)上兩種技術(shù)的區(qū)別通過一系列的計(jì)算，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)用多效精餾方案時(shí)，能量的利用率能提升40%以上，這對(duì)于節(jié)能生產(chǎn)是極為有利的。