精馏过程中的节能途径

精馏过程中的节能途径

袁甫荣

聊城市鲁西化工工程设计有限责任公司山东聊城252000

摘要：本文主要从选择最佳精馏塔操作条件如选择最优回流比、最优操作压力，合理选择精馏塔的类型及能源的循环利用等几个方面分析了精馏塔的节能问题。

关键词：精馏塔；热力学效率；节能

1前言

在国民经济的发展中能源有着非常重要的意义。我国的能源利用率很低，据统计我国能源的总利用率仅有25.4%，远远低于工业发达国家，因此节能的潜力是很大的，节能的任务也是很迫切的。如果将全国的能源利用率提高10%，则相当于增产两亿吨左右的煤炭。节约就相当于增产，而且更有利于资源的利用和环境的保护。因此节能工作任重而道远。

就我国工业生产的能源消耗而言，其中化学工业耗能所占比例最大，约占23%。在化工生产中，按各项化工单元操作统计，蒸馏所占比重最大，据统计，在美国，精馏过程的能耗占全国能耗的3%，如果从中节约10%，每年可节省五亿美元。我国炼油厂消耗原油占其炼油量的8-10%，其中很大部分消耗于精馏过程。此外从理论上讲，精馏操作的热效率是很低的，只有5%左右。所以种种情况说明，对于精馏过程而言，节能是一项值得重视的问题。

精馏过程，就其操作目的来说，是分离过程；就其机理来说，在化学工程学中归之于传质过程；就能源来说，它以热能作为分离剂，是消耗大量热能的过程，因此可以说是一种传热过程。关于精馏过程的节能是大有可为的。

2精馏塔的热效率

普通的精馏塔带有一个冷凝器和一个再沸器，在适当的操作条件下，回流比越小，使塔内上升的蒸汽与下降的液体量均下降，热效率越高。但回流比过低，会使理论板数增多，塔高等于单板高度乘以理论塔板数，随着理论板数的增多，精馏塔的高度会随之增高，塔的投资成本会增大。在精馏过程中选择投资费用与操作费用的最佳组合，并且恰如其分的提高精馏塔的热效率，是精馏过程中节能的关键所在。

3精馏过程节能的途径

节约能源有两个方面，一是降低耗热量，二是降低所用热能的品位，前者是从热力学第一定律考虑，后者是从热力学第二定律考虑，当然，还可以用其它办法，例如直接用机械功而不用热量。对于精馏过程，节能的途径主要有如下几个方面。

3.1选择最优回流比

降低回流比则总热耗降低，但设备费往往要增加。在能源紧缺的情况下，降低回流比常是有利的。国外情况说明，从经济观点看，回流比应降低到只比最小回流比大到不及10%的地步。只要将塔板数增加10-20%，就可以节省不少能量，设备投资在很短时间内就可回收。国内所用回流比往往很保守，例如取最小回流比的1.3-1.5倍；因此，潜力更大。降低回流比就是降低传质推动力，从而提高热力学效率。

3.2选择最优操作压力

一般说来，压力降低，相对挥发度增加，因而可降低回流比，从而节约能源。但在真空条件下操作时，抽真空要消耗动力，塔径也要加大，冷凝温度降低也可能影响冷却剂的选择。有时，故意提高塔内操作压力，这时塔顶蒸汽就可作为热源而得到利用，例如林德法空气分离中的高压塔，其塔顶蒸汽即用作低压塔的热源。

3.3采用最优控制

优化设计，其操作条件常常比较苛刻，控制应要严格一些，例如回流比的控制。另外，控制操作稳定本身也可以节能，因为波动就会影响产量和质量。

3.4应用中间再沸器和中间冷凝器

普通精馏塔其操作线只有在进料点附近比较靠近平衡线。操作线靠平衡线越近，不可逆越小。如果在提馏段设一中间再沸器，则提馏段的下半截蒸汽量可以减小；这样，塔底的加热量应可节省些。在上半截，由中间再沸器补充一部分热量，使蒸汽量仍然达到原先的要求。这样做的好处在于利用低品位的热源，节省了高品位的热源，其代价是塔板略增，同时换热设备增加。同理在精馏段设置中间冷凝器，这样可以便于应用较高温度的冷却介质，而节约较低温度的冷却介质。这种措施，在一定条件下是可取的。

3.5设置灵敏板

有效控制进料口附近的温度，可以达到较好的分离效果并能节省能量，因此在进料口附近设置灵敏板，测定进料板附近的温度，当温度升高时，增大回流比；当温度降低时，减小回流比。从而达到提高分离效果，同时达到节能的目的。

3.6应用多效精馏

多效精馏的原理与多效蒸发相同。第一塔的压力高于第二塔的压力。这时可以认为加热器蒸发应用两次，可以节省热量。当热源温度较高时，可以考虑两种方法。使用两效，在原则上可省一半的热能。这时一塔变成两塔，但塔的总体积基本上无大变化，在加热蒸汽压力不变的情况下，由于各釜的传热温差减小了，再沸器面积要增大，但冷凝器面积及冷却用水量均可节省一半。

3.7蒸汽再压缩

蒸汽再压缩就是利用热泵。这里将塔顶蒸汽压缩，提高其压力，以之作为再沸器的加热介质。这种以机械功的输入代替热量的输入，理论上是合理的。

过去由于压缩机大而贵，使用可靠性差，同时压缩机有个效率问题，带动压缩机的机械也有效率问题，因而不经济，故很少使用。近年来随着透平压缩机的发展，蒸汽再压缩法已在工业生产中得到应用。热泵对于近沸点混合物的精馏特别适合，因为温差小，热泵系统比较经济。近沸点混合物的精馏往往需要的热量多，经济效果也明显。

3.8循环回流

抽出塔内一部分液体，通过换热器取出热量，再送回塔内取出点上方某一位置，这种方法适用于有侧线出料的精馏塔。

3.9发展高效填料塔

高效填料塔从两方面看有节能作用。一是用以改造老塔，理论塔板数提高，从而创造条件降低回流比。二是压降小，在真空精馏近沸点混合物时，如果利用热泵尤为重要。

4结论

有运动就有阻力，就有热力学损失，减小推动力就可以节能，但要同时增大或增加设备。在均衡操作费用与投资费用的基础上，进行节能降耗，是非常可取的。

参考文献

[1]化工原理（下册）天津大学出版社

[2]《化工原理》中重点与难点的分析；青岛化工学院编