雙效精餾節能技術研究進展

王凌燕(煙臺國邦化工機械科技有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引言

在化學生產技術迅速發展和進步的背景下，分離作為非常關鍵的過程，直接決定著產品的質量和利潤。蒸餾是通過幾個部分氣化和多個部分冷凝高度分離液體混合物的操作過程。其優點已被廣泛推廣并用于化學生產中，并取得了優異的效果。因此，與其技術和工藝有關的節能措施取得了新的發展。

1 精餾技術應用的基本原理

精餾技術的原理與蒸餾原理非常相似，但是與蒸餾相比，精餾原理更為先進。蒸餾操作的主要原理是根據反應物的不同物理特性實現原料分配[1]。通常，大部分的專業蒸餾工作都在蒸餾塔進行。收到氣化物質后它們中的大多數位于性能不同的平板上，并利用底部蒸氣的熱能傳遞效應引起傳質反應。最后，由于自身質量的差異，將平板上的汽化材料分離。剩余的汽化物料可以通過在固定溫度范圍內的蒸發而到達塔的頂部，然后通過塔頂的冷凝水進行冷凝和回收。常規蒸餾過程在塔頂消耗大量熱量，這也是那個高能量消費的關鍵原因[2]。利用精餾技術，合理回收和利用這部分熱量，有效降低能源消耗，提高能源使用效率，進一步達到節能減排的目的，可以獲得更多的經濟效益[3]。

2 化工精餾高效節能技術開發

2.1 分級換熱節能

在傳統的化學蒸餾過程中，蒸餾釜在底部加熱。這種加熱方法通常需要更長的加熱時間，以使蒸餾器的內部溫度仍滿足要求。同時，在底部加熱的情況下，很容易在中部和頂部引起低溫，而在靜止器中引起較高的底部溫度。在發展高效節能的化學蒸餾技術的過程中，可以對這種傳統的加熱技術進行創新。充分利用分層換熱節能技術，在釜體中間安裝多個換熱器。在這種新模式下，一旦蒸餾器中存在溫差，就可以充分利用安裝在中間的加熱器對。在傳統模式下，對中間部分進行加熱可避免因蒸餾器中的溫差過大而導致的熱損失，從而減少了蒸餾器底部的加熱時間，并減少了能耗。另一方面，在新技術的應用下，在化學精餾過程中，不需要使用大量的冷凝劑，提高了熱利用率[4]，有節能的效果。

2.2 多效精餾節能

多效蒸餾節能技術是使用壓力和運行溫度升高的蒸餾塔。在這種類型的蒸餾塔中，進了各種等量的材料。這些材料可以充分利用高成分塔的熱量。最終將熱能供給低分量塔的再沸器，實現了節能。另外，濃縮高成分塔，減少對冷源水的能源消耗，還能降低低成分塔的熱能消耗，達到節能的目的。根據實際應用，將多效蒸餾節能技術分為三個過程如下[5]：(1)對流程過程：高低壓對流過程采用塔式雙進材料。也就是說產品可以從塔底和塔頂輸出。再沸器的熱能是從塔的頂端提供的。高壓冷凝器最終達到節能的目的。(2)逆流過程：蒸汽進入高壓蒸餾塔，原料送往低壓蒸餾塔，低壓蒸餾塔的熱量提供給高壓蒸餾塔，最終達到保存效果。在逆流過程的雙重效應過程中，第一個加熱蒸汽從高壓塔進入，第二個原料從低壓塔進入。低壓塔內再熱器的熱源主要來自高壓塔。(3)下游工序：將原料依次送往高壓蒸餾塔和低壓蒸餾塔。高壓蒸餾塔底部液體向低壓蒸餾塔底部提供熱量，滿足節能效果。

3 雙效精餾的類型與發展

雙效果蒸餾主要是使用兩個蒸餾塔的不同操作壓力設計的。以加壓精餾塔冷凝器為熱源加熱常壓精餾塔再沸器(熱井)，再沸加壓精餾塔冷凝器和常壓精餾塔。器結合合成冷凝再沸器，實現熱集成，達到節能目的。根據供給方向和操作壓力梯度方向是否一致，雙重效果蒸餾分為三種。雙重效果的下游流(高壓塔供給)和雙重效果的逆流(低壓塔供給)[6]。

3.1 雙效順流流程

雙效流程提供下游流熱高壓塔，蒸汽的冷凝熱高壓塔的頂部用于重沸器在低壓塔的底部，底部液體的高壓塔被用作原料低壓塔的液體。其流程如圖 1所示。

圖1 順流雙效精餾流程

近年來，下游雙效節能主要是利用AspenPlus化學模擬軟件中的RADF-AAC模塊使用熱力學計算模型模擬了過程。把能源消耗作為目標函數，決定了塔頂蒸汽量作為決定變量，決定了最佳運行條件。其主要包括兩個塔的操作壓力，確定操作溫度、回流比、供應位置和最佳過程流

3.2 雙效平流流程

雙效平流主要提供高塔和低壓塔，塔頂和塔底有產品回收。工作蒸汽方向與雙重效應的下游蒸餾方向相同。將濃縮高壓塔頂部放出的潛熱用作低壓塔再沸器的熱源，大大節約了能源。平流二重效果蒸餾工藝適用于分離低沸點的成分，濃度大于高沸點組分濃度的雙組分體系。當熱源溫度較高，再沸器內存在足夠的傳熱溫度差且需要高回流比時，最好采用平流雙效蒸餾。

4 加強高效節能精餾技術應用開發的措施

4.1 完善操作條件

利用軟件對蒸餾過程進行模擬，可以對操作條件進行研究和分析。蒸餾塔的關鍵操作條件包括操作壓力、操作溫度、板壓降，供應位置、理論板數、回流比、恢復頂部和底部的列、內容重要的組件欄的頂部和底部，熱負荷的頂部和底部列等。這些工況可根據實際生產需要作為變量操作。通過靈敏度分析、設計規程或優化技術確定最佳的分離效果，獲得最小的冷凝負荷和再沸器的熱負荷，達到節能降耗的目的[7]。

4.2 充分運用中間換熱裝置節能

由于塔底與塔頂溫差大，可增設中間熱交換器，平衡冷熱。一次蒸餾塔的上部的溫度大幅上漲或下跌，板塊之間的電容可以安排在蒸餾部分和低級的制冷劑可以作為冷源，從而達到節約目的的主冷凝器的高級消費有利于減少能源消耗。同樣，如果蒸餾塔的低溫變化較大，可以在蒸餾層的調色板之間設置中間再沸器。通過減少再沸器的高品位熱的消耗，可以降低蒸餾塔的熱能，有效提高熱效率，達到最高的節能效果。

4.3 多塔精餾分離序列的優化

在化學蒸餾過程中，為了減少后續設備的材料要求并確保穩定的運行，有必要去除那些容易引起系統腐蝕和結焦的零件。將進料分成分子數相近的兩種料流，根據塔頂和塔底之間的1:1分餾比進行設置，并根據降低塔頂產品揮發性的步驟一一回收。結合各組分沸點的差異，實現高效分餾。

4.4 多效精餾

多效精餾將原料大致分為N份進給料，壓力升高后分別送往N基精餾塔。N基塔也依次提高操作溫度。壓力和溫度首先從高塔的上蒸汽向相對較低的塔的再沸器供熱，并進行冷凝和類推。這節省了低壓塔再沸器的能量消耗和高壓塔的冷凝設備消耗水量。在這個系統中，只要向第一高氣壓塔提供熱量，系統就會運作。所需能源約為單塔能源消耗的1/N。如果串聯使用三個塔，則將具有三重效果。蒸餾技術僅使用以前能耗的1/3，達到節能范圍的67%,節能效果特別顯著。對于雙效，它可以節省50%的能量，對三效η的雙效增加17%，對四效η的三效僅增加8%?？梢钥闯?，在多效蒸餾后，由多種效果形成的節能效果持續降低，因此，一般使用工業上的雙重效果精餾。根據加熱蒸氣和物質的流動被分成對流，有流動和逆流三種。

5 結語

在以往的化學工業中，蒸餾技術是重要的生產技術，但是這個技術的過程更加復雜，消耗大量的能量。因此，有必要對傳統的蒸餾技術進行改進，以在生產過程中達到節能效果。本文主要分析了化學蒸餾技術的相關原理，改進了各種蒸餾節能技術的方法，分析了現有化工公司在蒸餾節能技術上的局限性，提出了有針對性的措施，促進化工行業蒸餾和節能技術的創新。