精馏过程的节能.docx

6.8.5精馏过程的节能□ □ (1)精馏节能意义口 □目标：节能意义和用能本质□ □精馏是耗能较高的单元操作，在产品生 成成本中占有较大的比重，降低生产过程中 的能耗是降低产品生产成本提高竞争能力的 关键之一□ □用能过程，尤其是热能的使用过程，对 热能不仅有量的要求，而且有质或品位的要 求如图6.8.6中所示，热能从再沸器加入塔 内，一方面要求以一定的量提供所需的加热 蒸气恥kg/h,同时还要求该蒸气的温度或温 位必须比塔底釜液温度高出心以保证再 沸器的传热温差，否则，热量不能加入塔内Qr =也皿4盘□ □同理，当热量驱动精馏过程，使釜液部 分气化，蒸气上升到塔顶时，由于塔的操作 条件、体系的相平衡关系，蒸气的温度一般 低于塔釜温度精馏要求将蒸气全部或部分 冷凝，故需要将热量通过冷凝器取出然而, 冷凝所需冷剂温位必低于塔顶蒸气露点温 度，全凝时则低于其泡点温度心耳，才能将 热量从塔移出移出热量服从能量守恒，其量并不减少，但 不能直接返回塔顶再使用其原因是其品位 下降所以说用能过程是能量贬值的过程， 是有效能损失的过程，而不是能在量上的减 少了 1 Xw图6.8.6精馏热衡算(2) 多组分分离序列选择目标：分离序列存在优选问题□□多组分分离流程方案称之为分离序列。

采用简单塔分离二元混合物，为纯组分的产 品只有一个方案需用一个塔采用简单分 离三组分混合为单组分产品，则需要两个塔, 两种方案，即2个序列4个组分则有5个序列,[细-1)]!当组分为n，其总序列数为如认一即每个 序列所需的塔为(n-1)个每个序列各塔结构及操作条件各异，故不同序列分离相同产品 的成本不同口 □在分离序列中，如果易挥发组分依次从 塔分离出来，如图6.8.7 (a)所示此序列为为 顺序流程A、B组分在分离过程中各汽化 一次，而6.8.7 (b) A汽化2次，B汽化一次,, 显然(a)序列中组分气化的次数少于(b),， 所以a方案能耗低如果混合中有两组分难 分离，若将其放在最后分离，则其塔径较小,, 能耗较低反之，最先分离出去，势必第一 个塔，塔径大，塔板数多，回流比大，显然 其投资费和操作费很高……等等可见，分 离序列存在优选的问题具体方法参考化工 过程系统工程及其他相关著作a)图6.8.7三组分分离序列(3) 操作条件的优化目标：径流操作中适宜操作条件□ Da.回流比优化口□回流比R与塔理论板数N共同决定塔的 分离能力和产品分离的总成本所以，在设 计时就应选择适宜回流比R决定的理论板数 N,使总成本最低。

在操作中，则应在适宜 的近料位置和适宜的采出量条件下，在保证 分离要求的前提下，尽可能减小回流比R， 或操作时应避免过高的过度分离，以减小能 耗回流比R对能耗的影响如下式所示□ □ □ □二〔〔应 + 1) + (1-小Fk□ □ l塔内液相的汽化潜热kJ/kmol□ □可见，随回流比增加，其再沸器热流量 °盘随之增大在双组分精馏中，则选择跨过两操作线交点 的板为最佳进料板此外，对进料热状态也有 优选的问题图6.8.8蒸气的露点曲线□ □ (3)操作压力□□操作压力选择对于采用高品冷剂的塔更 为重要，这些冷剂低于常温，需要通过制冷 获得，故其成本较高若能适当提高压力，□ Db.适宜进料位置口 □在适宜进料位置条件下操作，可以避免 本来提纯的物流与浓度不同的进料混合，即 返混合使塔具有更咼的分离能力，可在完 成相同的分离任务时，回流比最小，能耗最 低为避免返混，进料应选择塔板上关键组 分之比最接近的塔板为适宜的进料板使塔顶温度升至40°C以上，米用冷却水代替 冷剂，则可使能耗下降口 □有时使塔顶蒸气满足其用户要求，也必 须选择适宜压力,使塔顶温度升至所需温位, 作为某用户的热源，实现精馏过程的能量集 成。

口 □具体方法：通过模拟计算，确定塔顶蒸 气的露点及泡点曲线，确定适宜的操作压力 及冷凝温度的范围如图6.8.8所示或由塔 的严格模拟计算，确定塔适宜操作压力和冷 凝器冷凝温度的适宜范围4) 精馏塔设中间再沸器和中间冷凝器目标：低品味热源的使用□ Da.中间再沸器□□在生产中获取不同品味的能量具有不同的成本显然，使用能时，采用不同品味的能源，其操作费有所不同所以在精馏过程中使用过高品味的能源是不经济的如果精馏塔在塔下方温度分布存在显著的变化，如图6.8.9 (b)所示则可在A处设中间再沸器使用低品味热源，以减少主再沸器高品味热量消耗，也是节能的一方面但是，中沸器下方塔板分离能力被削弱如图6.8.9 (c)示，中沸器下方操作斜率增大，分离能力下降□ □ b・中间冷凝器口 □同理，当塔上部的温度分布若存在显著 的变化，如图6.8.10 (b)所示则可在B处 设中间冷凝器，采用较低品味的冷剂，减少 主冷凝器高品味冷剂的用量，以减少能耗 但是，其上方的塔板的分离能力有所下降， 如图6.8.10 (c)所示，该塔段操作线斜率有 所减小，各板分离能力下降中问再沪siarr中间再静器(a) □□口 □口(b) □□口 □口 (c)图6.8.9中间再沸器中间再沸器动画(a) □□口 口 D(b) □□口 口 D(c)图6.8.10中间冷凝器5)精馏与过程系统的能量集成目标：能量集成技术精馏过程的能量集成是精馏过程的用能 与系统的用能统一考虑的技术。

例如，一常 压水合乙醇的分离系统，为实现其能量集成, 将T-101提压操作，使之塔顶温度升至146°C, 作为T-102再沸器的热源，如图6.8.11所示此过程也称之多效蒸馏使加入T-101的热量分级使用，使T-102 加入公用工程，蒸气量大幅度减少，同时又 节省了 T-101塔的冷却水减少一台冷凝器 从而降低了系统的能耗在实际生产装置中 得到成功应用，取得显著的经济效益T-101 |- f — T-102图6.8.11乙醇、水分离能量集成□ □对于处理量较大、能耗较高的精馏塔， 可改变操作条件和分离流程，采用能量集成 技术，降低过程能耗如采用高低压双塔流 程，实现精馏操作的节能，如图6.8.12所示图中塔1为高压操作，塔2为低压操作，图6.8.12£口 口方案a.两塔处理量个为2，高压塔1塔顶蒸气作低压塔2再沸器热源，使能耗减少 一半方案b.由于塔顶为非清晰分割，分离要 低，则回流比可以减小，降低能耗由于塔 顶A组被提浓，使塔2分离任务减轻显然, 其能耗小方案c.由于高压塔为非清晰分割，使系 统内温差减小，从而降低过程的热力学不可 逆程度，有效能耗损失减少，从而降低了过 程系统的能耗。

a) □口 □口 (b) □□口 口 (c)图6.8.12高、低压双塔流程。