精馏塔精馏影响因素分析及节能技术的应用

精馏塔精馏影响因素分析及节能技术的应用

李志杨

大庆石化公司化工一厂    黑龙江省大庆市163714

摘要：通常条件下，都需要利用节能技术来降低经济成本，但是需要增加节能设备，因此高额的设备费用就加大了，最大限度地节能也许不是最实惠的，并且节能技术的运用通常都需要很高水平的操作技术，所以必须综合考量，采用最优方法。

关键词：精馏操作；节能；能源；优化

前言

蒸馏操作在热力学上是一种非常低效的耗能操作，并且具有很强的热力学不可逆过程。因此，作为蒸馏操作中的中间操作，蒸馏塔系统的整个操作过程都以产品质量合格和能耗最低为标准。然而，优化蒸馏操作需要许多相互制约蒸馏效果的因素。本文从以下几个方面分析了精馏操作的节能措施。

1、蒸馏的工作原理

蒸馏是化学生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作。其本质是多级蒸馏，即在一定压力下，利用互溶液体混合物中各成分的不同沸点或饱和蒸气压，使轻组分（沸点较低或蒸气压较高的组分）蒸发。经过几次部分液相蒸发和部分气相冷凝，气相中轻组分和液相中重组分的浓度逐渐增加，从而实现分离。在此过程中，传热和传质过程同时进行，属于传质过程控制。原料从塔中间合适的位置送入塔中，塔分为两部分。上段是没有进料的蒸馏段，下段包含作为保留段的进料板。冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气相和液相的回流是蒸馏的一个重要特征。蒸馏塔是一种提供混合物气相和液相之间接触条件并实现传质过程的设备。该设备可分为两类：一类是板式蒸馏塔，另一类是填料蒸馏塔。

2、精馏塔影响的因素

2.1、物料平衡

精馏塔稳态操作的必须条件就是要保持精馏装置的物料平衡。对于指定的原料液流量，只要分离度（馏出液中易挥发组分的摩尔分数）和釜残液中易挥发组分的摩尔分数是规定不变的，而馏出液流量和釜残液流量也能够确定了。分离度和釜残液中易挥发组分的摩尔分数决定于气液平衡关系和理论板数，所以D和W 或采出率D F/ 与W F/ 只能根据分离度和釜残液中易挥发组分的摩尔分数确定，然而不能随意变化，否则进、出塔的两个组分的量会导致失衡，最终把塔内组成发生改变，波动不平的操作，这样一来整个工作工程的效率和效果不是特别理想。

2.2、回流比的影响

精馏塔分离效果受到影响的主要原因是回流比，在实际的操作生产中通常通过改变回流比来控制产品的质量。精馏段操作线斜率（精馏段中下降液体的摩尔流量与上升蒸气摩尔流量之比）与回流比是成正比的，在该段内传质推动力也与回流比成正比。特别说明，在采出率确定的条件下，假如用加大回流比来提升分离度，应满足以下要求：首先，由于受到精馏塔理论板数的制约，在规定的板数内，即便回流比加大到无限大（全回流），分离度总会有一个极限最大值；其次，分离度受到全塔物料平衡的制约。

2.3、进料组成和进料状况的影响

进料位置应该随着进料条件的改变而变化。在精馏塔一般都会设置很多个进料位置，都是用于满足操作工程中的一些突发状况，主要是为了安全的能够在精馏塔准确合适的位置进料。如果进料位置没有变化而进料条件发生变化，那么馏出液和釜残液组成定会发生改变。对于固定的精馏塔，假如x F变小，则使分离度和釜残液中易挥发组分的摩尔分数都会变小；如果想要使得分离度不发生改变，那么就加大回流比。

3、精馏节能技术

节能与环保是当今世界科技发展的两大主题，精馏过程是石油、化工，冶金等行业使用最为广泛的一个操作单元，占其总能耗的三分之一，其节能优化控制潜力很大。

3.1、精馏操作过程的节能方式

其操作过程是将有效能转化成扩散有效能，这样的转换过程会导致原本的物理有效能的损失，引起这种能量损失的是因为流动体的压力下降和不同浓度物之间的混合，还有就是不同温度物流或不同混合物流之间的混合。

根据精馏塔传热过程可以得到如下的节能方式：

1）减少负荷降低消耗。如果塔顶的压力不发生改变，彼此的平均挥发度高，相对情况下所用的实际热能就会减少很多。

2）减少塔顶和塔釜的温差，可以在一定程度下降低热损。采用热集成技术充分回收塔顶的热量。同时当精馏分离的要求程度很高，应该用复合系统的方式代替多塔精馏来进行精馏操作。

3）增添中间再沸器和中间冷凝器，利用精馏塔提溜时的某一塔板就如一个热量，替代一部分底部热量，这种方式跟多出进料的方式相类似，可以提高精馏操作过程的热力效率。再有就是底部温度本来较低，底部再沸就是利用一种回收手段，可以回收温度更低的冷凝量，是冷热资源能够得到回收利用的效果，降低了能耗也起到了节约成本的作用。

3.2、操作状况改变的节能技术

1）利用高效规格的填料来代替普通式和低效填料，以达到节能效应。所以这种变化带来很多地方的好处，它不仅明显的提高了生产能力，同时在保证质量的前提下，也做到了高效节能。

2）通过增强传热面积来提高节能效果，多孔相变化传热和扩散传热面积这两种方式在来处理管道的受热面积。微小孔沸腾表面和特殊的处理冷凝表面，都可以提高热系数。还有一种方式就是根据塔釜液的余热作用，在塔釜中会产生废液，我们可以将其显热转换成潜在的热量。

3）改善进料液温度来影响进料全部分化，这种操作简单的方法控制起来方便，投资成本低。在塔的进料过车过程中，更换进料位置，在保持产品质量的前提下，进料中重组分提高，降低进料位置，同时减少精馏操作中塔釜加热的热量。如果物料的分离来源不同，成分的差异大，可以实行多股进料，既能在相同条件下完成分离任务，也能降低能耗。

四、发展趋势

第一，在精馏的操作比例中，能够做到降低能耗和控制生产成本最低化是提高市场竞争力的关键。多效精馏是一种提高热量的集成精馏系统，与普通的塔式结构相比较，多效精馏能够大大提高操作过程中能量的利用率。

第二，近年来随着能源紧张和环保意识的增强，多效精馏在化工行业中得到重视和应用。它的基本原理就是重复应用一定物料的能量来提高精馏设备的热能利用率。利用高压的塔顶蒸汽作为相邻低压的精馏塔再沸器的热源。这样的循环利用，使塔顶的汽化热能被整个系统回收，在很大程度上节约了精馏装置的能耗。

第三，许多学者人士也做了大量的研究并取得了一定的成果。通过改变高压塔的压力，找寻出最佳的压力值，从而达到节能效果。双效精馏主要利用精馏塔的操作压力来设计的，通过利用加压精馏塔冷凝器作为能源，为常压再沸器提供热能，通过其中的转化流程，实现热力集成效应，达到节能的目的。

结束语

在乙烯生产装置中，精馏操作发挥着重要的作用，是乙烯化工生产装置中重要的操作单元，由于精馏系统存在很高的能源消耗，而提高能源利用效率，减少资源消耗是提高化工企业市场竞争力的有效手段。本文探讨了影响精馏塔精馏的主要因素，并提出了节能技术。

参考文献：

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[2] 王海亮, 胡乐乐. 怎样提高精馏塔的精馏效果[J]. 中国化工贸易, 2015(35).

[3] 莫贤娣. 影响精馏操作的主要因素及精馏节能技术浅析[J]. 化学工程与装备，2011（1）.

作者简介：李志杨,男，1981年12月7日 汉族 黑龙江省大庆市大庆石化公司化工一厂裂解车间从事精馏班长工作 联系地址：大庆石化公司化工一厂裂解车间 邮编：163714