多效精馏节能在化工分离中的工业应用

多效精馏节能在化工分离中的工业应用

李亚斌1 王凯1 冯爱生1

天津渤化永利化工股份有限公司  天津 滨海新区   300452

摘要：在当代化学工业的运作中，高效节能的精馏技术扮演着至关重要的角色，它不仅有助于提升企业的经济收益，同时也符合国家推行的可持续发展战略。因此，文章重点就多效精馏节能在化工分离中的工业应用。

关键词：多效精馏节能；化工分离；工业应用

化工分离工艺在化工生产流程中占据核心位置，处理着混合物的分离、净化及再利用等复杂任务。尽管传统精馏技术在分离效率上有所体现，却因高能耗和高昂的设备成本而显现出局限性。因此，科研人员持续寻找并发展新的分离技术和策略。其中，多效精馏技术以其突出的节能特性，受到了广泛的关注和研究。

1多效精馏原理及工艺

1.1多效精馏的基本原理

多效精馏技术在化学工程的分离实践中扮演着重要角色。该技术依赖于一系列连续运作的精馏塔，逐步分解混合物以实现其成分的精确划分和提取。其核心理念是逐级降低各塔的压力，使前一塔的顶部蒸汽转化为后一塔再沸器的热量来源，进而促进能源的有效循环并减少能耗。在多效精馏的流程中，混合物首先流入首级精馏塔，经加热后产生蒸汽和液体。蒸汽携带的是较轻的元素，而较重的成分则在液体中聚集。蒸汽上升至塔顶并导入下一级的再沸器，同时为再沸器内的液体提供加热能量。再沸器内的液体在蒸汽的热力作用下再次汽化，形成新的蒸汽和液体。这一系列循环不断重复，直至最后一级精馏塔，最终得到所需的高度纯化的组分。

1.2多效精馏的工艺流程

多效蒸馏的工作流程通常涉及预热、沸腾、再循环和凝结等阶段。（1）预热阶段，原料在进入首级蒸馏塔之前，需先经过预热步骤，以提升其温度，降低能耗。预热是通过加热装置来实施的，确保原料达到适宜的操作温度。（2）沸腾过程，预热后的原料进入第一级塔，在热源作用下产生蒸汽，蒸汽随后进入下一级塔。蒸汽在塔内上行，与液相交互，促进目标成分的逐步提纯。（3）再循环环节，各蒸馏塔配备有再循环装置，部分顶部产物的液体会被送回塔顶。此过程旨在提升热传递效率，增加目标物质的回收比例。（4）凝结步骤，塔顶设有凝结器，其功能是将蒸汽冷却凝结为液体。凝结后的液体即为高纯度的目标物质，可收集并重复使用。通过这一系列连续的工艺步骤，多效蒸馏有效地实现了目标物质的高效分离与纯化。

2多效精馏节能机理分析

2.1高效传热

通过构建多级蒸馏设备和集成热交换系统，多效精馏技术有效地最大化了热量的利用率。在各级蒸馏阶段，通过逐步调整温度和压力差异，混合物能在各个独立的蒸馏装置内经历蒸发和冷凝过程，进而实现各组分的有效分离。热交换器在该工艺中扮演着核心角色。它捕获蒸馏步骤中生成的余热，将其应用于预热原料或驱动蒸汽的升温，从而降低了对外部供热的依赖。此外，热交换器还促进已冷凝的馏出液与待蒸发的原料之间的热量交换，促进了能量的循环利用，提升了整体的热传递效能。

2.2废热回收利用

回收废热是多效蒸馏系统中一种关键的节能策略。该过程借助热交换设备，将高温废热有效地应用于加热原料或预热蒸汽，以此降低对外部热源的依赖。其核心机制基于热能的传导和传递，将废热从高温部分转移到低温部分，进而用于提升原料或蒸汽的温度。通过高效利用废热，多效蒸馏能够显著降低对外部能源的需求，进而达成节能的目标。

2.3能量集成优化设计

在提升能效的过程中，多效精馏技术展现出其独特的贡献。它采用了一种创新的策略，即结合热联接与能效整合，以优化热力架构并显著削减能耗。热联接并非简单的热量传递，而是将系统内的热流动巧妙地串联起来，促使能量得以有效转化和利用。在多效精馏的运作中，这种联接机制通过促使冷却的馏出液与正在蒸发的原料进行热交换，实现了能源的高效利用，从而降低了能源消耗。能效整合则是一个更为深入的设计理念，它聚焦于对整个热力系统的精细调整，旨在最大化能量的供需匹配。在多效精馏中，通过调整操作参数，比如降低原料输入的温度或增加回流比率，都能进一步挖掘节能潜力。这种集成策略不仅提升了能量使用效率，还实现了废热的有效回收，从而全面实现了节能目标，为工艺过程带来了实质性的革新。

3多效精馏在化工分离中的应用

3.1石油化工行业

3.1.1原油精馏塔中的多效精馏应用

石油提炼过程中，原油蒸馏塔扮演着核心角色，其任务是将原油分解为各种不同的石油产品，例如汽油、柴油和液化石油气等。多效蒸馏技术在提升原油蒸馏塔操作效能方面展现出显著优势，它能提升分离效率，减少能源消耗，并优化产品质量。此技术尤其适用于处理塔顶回流液，其中富含轻质化合物，如轻烃和低分子碳氢化合物，这些物质之间的沸点差异不大。传统分离工艺通常要求较高的塔体高度和大量能源，而多效蒸馏技术则采用串联的多级蒸馏过程，逐步分离轻质组分，有效提升了效率。此外，该技术通过回流液的再利用，降低了能源消耗，减轻了对环境的负担。

3.1.2石脑油和汽油分离中的多效精馏应用

石油炼制过程中，石脑油和汽油是至关重要的产物，其分离通常依赖于多步骤的精馏工艺。石脑油，因其较高的沸点特性，被归类为高沸点馏分，而汽油则是低沸点馏分的代表。由于二者沸点差异显著，传统单一的分离工艺往往导致长程分馏塔的使用及大量能源消耗。多效精馏技术在此场景的应用，优化这一状况，提升了分离效能并减少了能源浪费。操作流程包括首先将原始混合物引入第一级分馏塔，借助加热引发的沸腾作用区分石脑油和汽油。接着，石脑油会被送入次级分馏塔继续细化分离，如此反复，直至达到理想的分离程度。利用多效精馏技术，能逐步从原始混合物中精确分离出各组分，进而提升产品的纯净度和品质。

3.2化学工业

3.2.1酯化反应中的多效精馏应用

在酯化过程中，多效精馏作为一种有效的技术应用于产物及副产品的提取和再利用。酯化反应是化学合成的关键步骤，主要用于生产酯类物质。在该反应中，目标是将混合物中的酯类产物与非目标产物进行区分和净化。多效精馏利用连续的蒸馏阶段，依据各组分不同的沸点差异进行分离。首先，反应混合物进入第一级精馏塔，低沸点物质被蒸发，随后蒸汽被冷却液化并回流至反应装置。接着，液体进入下一级精馏塔，进一步分离具有不同沸点的成分。通过这一系列的分馏步骤，能够高效地分离和回收酯类产物以及副产品。

3.2.2溶剂回收中的多效精馏应用

在化工产业中，溶剂广泛用于溶解物料及提取产品，但其使用往往导致资源消耗与环境负担。多效精馏技术通过优化的蒸馏步骤，有效地从混合物中回收溶剂。首先，含溶剂的混合物被导入首座精馏塔，通过加热使溶剂挥发，随后蒸汽冷却复原为液态，回流至储液罐。接着，液体进入下一座塔，持续分离不同沸点的成分。经由多级蒸馏，溶剂得以高效回收。此外，多效精馏在化工领域的应用还包括提取与提纯过程。在提取操作中，它助力目标物质的分离与回收，如在植物萃取时，能将目标化合物从萃取溶剂中有效分离。而在提纯阶段，多效精馏有助于祛除杂质，提升产品纯度，比如在药物制造中，它用于清除未反应的原料和副产品，确保获得高纯度的药物产品。

综上所述，多效蒸馏工艺是种先进的能源效率优化技术，其特征在于通过重复的蒸发和热量再利用步骤，确保了能源效率的极致提升。该技术在石油炼制、化学品生产和药物制造等行业展现出了显著的实用意义。随着科技的持续进步和革新，多效精馏工艺预期将在化工分离行业中扮演更为关键的角色。

参考文献

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[3]李广忠.多效精馏节能在化工分离中的应用[J].广东化工,2021,48(22):186-187.