关于精馏塔设备的设计与节能探究

关于精馏塔设备的设计与节能探究

王占伟

美克美欧化学品（新疆）有限责任公司841000

摘要：作为化工行业中最耗能的工业，石油化工工业长期面临降能耗省能源的问题。而在石油化工行业，使用最普遍的分离单位是精馏，介于精馏过程的能量消耗高，热力学效率低，因此，精馏塔的设备始终是化工节能设计的关键部分。

关键词：精馏塔；设备设计；节能

1引言

由于能源的不断消耗，对具有较高能耗的精馏过程的研究始终具有广阔的发展前景。自21世纪初以来，科学水平的提升，精馏塔的计算机辅助设计逐渐替换掉了人工计算和设计。精馏塔的研究热点也正在通过初步整改，从作为一个单元发展，到进行反应与精馏相耦合的反应精馏，然后逐步向高能效、低投资的分隔壁精馏塔（DWC）的研究。

2精馏塔精馏技术原理

2.1精馏工艺技术

混合物会在各种成分挥发时发生变化，精馏在这一原理下，通过气体，液体回流，从而将气体和液体之间实现逆向多解，使相对挥发性成分强的从液相中逐渐向气体中流出，挥发相对弱的部分逆向进行移动以分离混合物，这是精馏过程。在精馏过程中，质与热是同步传递的，原料进入精馏塔，则精馏段位于塔的上半区，反之如果没有进原料，提馏段位于下半部分。所谓的精馏技术，是指借助蒸馏设备中的转移设施输送的适量浓度的液体，这部分溶液通过连续气化和冷凝，并在精馏塔顶部与底部共同得到产物的生产过程。在整个精馏塔精馏过程中，必须同时操作其他技术设备。在石化行业，大多数精馏设备采用连续精馏运行方式。

2.2连续精馏工艺技术的运行

原材料运输到进料口，接着将整个精馏塔分成精馏工艺段和萃取工艺段；因为每个组别具有不同的沸点，从而导致低沸点的气化升腾，另一方面，高沸点组流下溶液并通过精馏塔内的蒸汽上升；蒸馏分离后，液体的下半部分被引出，部分液体被连续加热，然后返回精馏塔；在冷凝器中部分干净地转化成液体，并通过回流泵送入回流罐。这部分蒸气的有些成为产品，有些作为回流液流回蒸馏塔。

2.3关于精馏塔能源节约和优化

在当前的社会经济和科学背景下，精馏塔的节能降耗问题与科学和理论研究以及各个公司的实际研究难度相吻合。通过一系列科技人员的付出和现实实践，取得了一定优化成果。要逐步改善再沸器和冷凝器的热交换效果；要修改精馏塔多塔精馏工艺，尽早将精多效馏技术应用于精馏塔过程中；要开发高效的普通填料，更换板塔；要在精馏塔的节能控制部分中，如有需要，使用热交换泵技术。

3精馏塔设备设计分析

3.1关于塔板的设计

近年来，精馏塔的设计变得更加完善。大量试验结果表明，组合导向浮阀的效率明显高于传统塔板，对生产效率是极大提高。通过分析塔板上区域的流动状态，发现塔板的导电液压效应，进一步提高了传质效率。FGC-vT是用于精馏过程的相对较新的塔板，不仅提高了塔的效率，而且提高了塔的灵活性，从而降低了能耗。

3.2关于填料的设计

最初，精馏塔中的填料主要是竹片和石头。目前科学技术发展迅速，深化了精馏塔填料的研究，陶瓷拉西环成为蒸馏塔的新型填料。由于压降小和流量大的优点，工业中填料塔的使用变得越来越广泛。在精馏塔的设计中，精馏塔的内部构件用网孔波纹填料，在同一过程的基础上，不仅可以促进精流塔的负荷，而且可以实现高效节能的双赢局面。

3.3其他方面的设计

在精馏塔的设计中，可以改变混合塔板的位置和进料位置。如若优化设计，则会设计多个进料口，以便某些材料可用于特定设计，根据进给类型选择相应的进给连接。以这种方式，可以避免在精馏过程中组合物的波动，从而确保精馏的效果并增加产量。如果特定瘤区段中存在大的负荷区域，则混合的塔板可被使用进行有效低耗蒸馏。

4精馏塔的节能优化设计

4.1分隔壁精馏塔设计

分隔壁精馏塔在精馏塔内设有垂直隔板，精馏塔分为四段，分别是上方共用精馏段、下方共用提馏段、隔板隔开的精馏供给段以及中间侧线采出段。它对应于具有完整热电偶的特定类型的精馏塔，并且在热力学上等同于具有完整热电偶的精馏塔。由于其特殊结构，DWC塔拥有许多优势，而这并非一般侧线精馏塔所具备的。

对于分隔壁精馏塔的静态设计，研究了三种不同位置的分隔壁精馏塔的动态特性，与控制策略相比，结果表明DWCU在三种形式中表现最差。在大多数情况下，DWCL具有更好的动态性，但同时需要更多的耗能。与DWCL相比，DWCU在可控性能方面没有明显差异，但经济效益具有明显优势。有研究者通过分析甲苯--二甲苯--重苯系精馏分离粗苯精制，对传统的分离顺序和分隔塔技术进行了定量测试和比较，发现传热和传质耦合的技术在能源效率方面提供了显着的特点。鉴于中国目前的能源状况和未来化工行业的发展趋势，大力发展和推进相邻壁塔技术的进步具有至关重要的意义。

4.2反应精馏与分隔壁精馏塔的耦合

反应精馏塔的结构具有特殊性，Muler等在2004年定义了反应精馏隔壁塔（RDWC）的概念。反应精馏和隔壁塔的优势在RDWC上得到融合，通过减少工艺，降低能耗，减少投资和提高选择性，可作为化学工业的新研究热点。IvoMueller等根据反应速率在反应精馏隔壁塔中进行了模拟。由于反应体系的特点是转化率比较高、选择性较低，模拟的目的是将酯基相互转移到碳酸酯，模拟是理论上被证实的，采用隔壁塔技术和反应系统可有效提高选择性和可分离性，减少操作单元数量，节省设备投资。此外，许多相关材料证实，分隔壁精馏塔的新工艺科技可利用在现有的反应精馏工艺，从而节约能源和设备损耗。孙兰义等用RDWC模拟了乙酸甲酯的合成，解释了回流比和气相分配比对反应精馏隔壁塔性能的影响。与传统工艺相比，反应精馏隔壁塔可以节省再沸器消耗11.9%的能量，可有效降低设备的损耗和运行资本。齐彩霞通过模拟和控制分隔壁塔中碳酸二乙酯合成过程，对精馏隔壁塔流程和一般方法的有效对比，发现在反应精馏隔壁塔中合成碳酸二乙酯的方法可以大大降低能耗，减少二氧化碳排放，提高系统的热力学效率，节省了可观的投资成本。简言之，在分隔壁蒸馏塔与反应精馏技术相结合后，原反应精馏过程得以成功改造，对未来蒸馏塔节能研究具有良好的指导作用。

4.3热集成工艺

热集成工艺具有相当大的应用优势，主要是通过塔顶部气相的潜热预热精馏材料的方法。该方法不需要在冷凝过程中添加制冷剂，材料的预热降低了分离的难度，从而减少加热介质的量，并且与常规的变压精馏相比可以减少热集成精馏能耗的35%至58%。在随后的运行阶段，主要进行三种类型的精馏过程：正压，常压和负压。在具体过程中，使用压力处理，其具有比常规真空加热处理更显着的节能效果。

5结语

综上所述，随着计算机技术的进步，特别是集成控制系统水平的提升，在精馏塔的控制应用中计算机控制技术不断变革和进步。控制器的成熟度越高，精馏技术越强，精馏技术越能创新，越能节约能源，提高盈利能力。在普通蒸馏塔的设计和研究过程中，重点放在各种材料的开发上，从而加强化学工业的计算机辅助计算，加强学科之间的跨学科交叉。另外，在设计用于测定反应的精馏塔时，有必要不断改进现有的设计方法以形成各种非理想系统。分隔壁精馏塔与反应精馏工艺相结合，对设备投资和运行成本节约具有明显意义，因此，势必要大力加强反应蒸馏技术和分隔壁蒸馏塔技术的结合。

参考文献：

[1]谢英芹,李玲.浅析精馏塔设计以及节能的研究[J].化工设计通讯，2017(11):149-150.

[2]岳婷.精馏塔设备设计以及节能的研究情况[J].化工管理，2017(05):259.