精餾過程節能技術綜述
前言在化工生產過程中，分離是非常重要的乙個過程單元，它直接決定了最終產品的質量和收率，工業生產中佔據著主導地位的分離方法就是精餾，特別在石油化學工業中, 精餾是最重要且應用最廣泛的化工單元操作,他們的主要能量消耗均在精餾操作上。精餾是利用混合物中各組分揮發度的不同利用能量進行分離的操作單元，具有獨特的優勢。據估計，化工過程中40％一70％的能耗用於分離，而精餾能耗又佔其中的95％。
因此隨著世界能源的日益短缺，研究探索精餾過程的節能原理、節能技術, 並使其應用於工業生產實際,日益引起眾多研究者的重視，它的每乙個進展都會帶來巨大的經濟效益。
1.精餾過程節能思路
從能量的本質看, 精餾過程是將物理有效能轉化為擴散有效能, 同時伴隨物理有效能的降價損失。精餾過程有效能損失是由下列過程的不可逆性引起的。一是流體流動的壓降; 二是相濃度不平衡物流間的傳質或不同濃度物流間的混合; 三是不同溫度物流間的傳熱或不同溫度物流間的混合。
濃差、溫差及壓差是質量、熱量和動量傳遞的推動力, 推動力越大, 則不可逆性也越大, 有效能的損失也隨之增大。所以, 減小有效能的損失, 關鍵在於減小推動力, 而推動力又是實現精餾所不可缺少的, 只有保持一定的推動力, 精餾過程才能得以進行。在實際生產操作中, 情況十分複雜, 必須考慮各種因素之間的相互聯絡及影響。
通過對精餾塔傳熱過程的分析可以得到如下節能途徑:
（1）通過減小最小蒸汽負荷來降低消耗。如果塔頂壓力不變，則塔壓降愈小,平均相對揮發度愈高,也就愈小相應所需。實際加熱量就減小；
（2）使所需上公升蒸汽量減小來降低加熱負荷.回流比下降,可直接使下降。
為了達到同樣分離程度就應使理論塔板數提高。可以採用高效精餾塔內件（如
高效塔板或高效填料）使每公尺理論板當量數增大。此外，還可通過改進自動控制，
使回流比準確地控制在設定點上從而減小回流比裕量，直接降低回流比；
（3）減小塔頂與塔釜溫差，可以使熱傭損下降。除了可用降低塔壓降來達到外，尚可採用中間再沸器或中間冷凝器來達到；
（4）採用熱整合技術，如熱偶精餾、多效精餾、熱幫浦精餾等充分利用**塔頂冷凝器的熱量；
（5）當分離程度要求很高或系統本身很難分離時，單純用精餾分離耗能很大，應考慮用復合系統代替多塔精餾，也就是用精餾-吸附或精餾-膜分離等復合系統。
2.改變操作狀況
在被分離物係具有較大的相對揮發度或分離要求不高的情況下, 採用的r為rmin的較小倍數; 相反, 則採用的r 要顯著地高於rmin。對於已定的精餾塔和分離物係,r 與產品純度密切相關。為了確保得到純度合格的產品, 設計時都有一定的回流餘量。
餘量越大, 能耗越高。對於回流餘量較大的精餾塔, 在不降低產品質量等級的情況下, 只要降低r, 即可降低塔底再沸器的能耗。例如, 某煉油廠的鉑重整車間, 維持產品質量不變, 調低6 座精餾塔系的r, 取得了顯著的節能效果(見表1)。
當精餾產品的純度已經很高, 此時純度的降至,可節能; 微小變化都會引起能耗的大幅度增減。例如,精餾塔由常壓改為減壓(真空度),有一精餾塔分離丙烷-丙烯物係, 製取99.5%、99.
7%、99.9%的三種純度的產品時, 它們所需的能量比為1.00:
1.10:1.
36。顯然, 在這種情況下, 嚴格控制產品的純度範圍,對降低精餾能耗有重大的意義。對於某些裝置,也可適當增加一些塔板數以減小r。
如在一座c2-c4分離塔中, 增加4塊理論板後, 可將原設計的r=0.82降為0.7,減少能耗11%。
2.2 提高分離效率
採用高效規整填料代替普通板式塔或低效填料是行之有效的節能手段。新型高效規整填料主要包括金屬板波紋填料和金屬絲網波紋填料兩大類，在將其進行物理的和化學的方法處理後，填料的分離效率大為提高。主要優點有：
(1)理論塔板數高，通量大，壓力降低。(2)低負荷效能好，理論板數隨氣體負荷的降低加，沒有低負荷極限。(3)放大效應不明顯。
(4)適用於減壓精餾能夠滿足精密、大型、高真空精餾裝置的要求，為難分離物係熱敏性物係及高純度產品的精餾分離提供了有利的條件,所以改造後可以帶來以下好處
（1）可以明顯提高生產能力（一般大於15%);
（2）由於相同高度下理論板數增加，因而可以使回流比下降。據有關資料知，乙個苯乙烯/乙苯塔由篩板塔改為規整填料塔後，在保證相同質量前提下，原來回流比7.3，苯乙烯耗能，現在回流比降為5.
8，能耗,節省用能;
（3）全塔壓降下降,塔頂壓力不變時可使塔釜壓力下降,溫度下降,這對精餾塔特別有利,不僅再沸器熱源品位可以降低,而且可以減少熱敏性物質在塔釜內聚合,提高產品質量.乙個苯/甲苯塔填料由鮑爾環亂堆填料改為波紋板規整填後，塔內上公升蒸汽通量增大，壓降減小，加熱蒸汽的消耗比改造前降低;
（4）由於增加,可以提高產品純度。但應當注意，對中、高壓力下操作的精餾塔用規整填料往往未必好，有時傳質效果反會惡化。在壓力超過時，推薦採用高效篩網塔板往往效果更好。
2.3 改變進料狀態
提高料液溫度使進料部分氣化或全部氣化, 可取得良好的節能效果, 而且操作簡單, 控制方便, 投資費用也很小。對水2醋酸、苯2甲苯、二甲醚2甲醇系統, 維持回流比恆定, 提高進料溫度, 經計算其能耗降低見表2。
2.4 改變塔的進料板位置
若進塔的物料成分與加料板的成分差別較大，則應更換進料位置 （一般塔都有幾個進料口可供調節）。在保持產品同一質量品質的前提下，進料中重組分增加，可降低進料口位置，減小提餾段可降低塔釜加熱熱量。如果被分離的物料**不如果被分離的物料**不同,各組分的含量差異較大, 可將各種料液混合後進行
單塔處理, 或一塔多股進料。實際證實多股進料完成相同的分離任務, 能耗較低。例如,分離兩股不同組成的甲醇- 水溶液, 兩股進料較單股進料節能12.
7%。這是因為混合過程是增熵過程, 各組分不同的幾股原料的混合, 增加了過程的不可逆性, 因此必然增加精餾過程的能耗。
2.5 塔釜熱的餘熱利用
精餾過程中,所需的熱量全部由加熱蒸汽經再沸器輸入,分離後的餘熱 ql由冷卻介質從冷凝器移出。合理利用精餾過程本身的熱能,就能降低整個過程對能量的需求,減少能量的浪費。
2.5.1 加強保溫保冷。
在精餾過程中使用的主要裝置為精餾塔和換熱器,另外還有各種管道,這些裝置多為金屬製成,對熱的傳導較為容易,加之環境溫度的影響,若對其採取保溫保冷的措施,可以大大降低裝置與環境之間的熱傳遞作用,從而達到節約熱能的目的。
2.5.2 高溫物料顯熱和潛熱的利用。
從精餾塔出來的高溫物料本身攜帶大量的熱量,對這部分熱量進行**利用也是節能的一項。如:(1)高溫蒸餾時**塔頂物料蒸汽的潛熱,塔頂冷凝器用作蒸汽發生器。
如操作壓力為32kpa的粗苯乙烯塔,其塔頂物料蒸汽可用於加熱進脫氫反應器的乙苯。這種安排可使每t苯乙烯產品節能約2.1mj。
(2)使塔頂、塔釜物料與原料進行換熱,通過塔頂物料給原料液加熱。這樣不僅可以充分利用塔頂、塔釜物料的餘熱,同時還可減少塔頂冷凝器冷量的使用量。
2.5.3 改進熱的利用強化再沸器和冷凝器中的傳熱可使傳熱溫差下降,由於傳熱溫差減小還可使塔頂冷卻劑溫度提高,塔釜的加熱溫度下降。
這包括增強傳熱面積和採用空氣冷卻器或蒸發冷卻器代替水冷卻器等方法。
2.5.4 利用夾點技術對換熱網路進行合成，對於乙個化工系統,當有多股熱流和多股冷流進行換熱時,可將所有的熱流合併成一根熱復合曲線,所有的冷流合併成一根冷復合曲線,然後將兩者一起表示在溫-焓圖上,夾點即為在溫-焓圖上冷、熱復合曲線在某點重合時系統內部換熱的極限，重合點的傳熱溫差為零，該點即為夾點。
在夾點溫差為零下操作需要無限大的傳熱面積，可以通過技術經濟評價而確定乙個系統最小的傳熱溫差———夾點溫差，因此,夾點可以定義為冷、熱復合溫度線上傳熱溫差最小的地方。在換熱網路的合成中利用夾點技術考慮各種物流匹配可以使換熱網路的熱量利用達到最優。
3.改變流程
3.1優化多塔精餾的排列順序
採用精餾塔系列將n個組分分離開來應需n-1個塔, 而其排列順序可以有多種方案，其方案數可用表示式，選擇好壞將對能耗產生重大影響。可以參照一下原則進行：
(1)產品按塔頂產品的揮發度依次遞減順序逐個**。
(2)最難分離的組分放在最末分離。因為難分離組分精餾分離時要求的回流比很大, 塔內蒸汽及液流量也很大, 放在上游分離能耗必然也大。
(3)純度要求高的產品放在最後分離。因為純度高意味著回流比大, 塔內氣流量大, 放在上游分離能耗則高, 待大部分進料組分都分離後, 最後的塔進料少了, 採用大回流比能耗也就少了。
(4)將進料按塔頂與塔底各佔50%的分餾比例安排。
(5)對於容易造成系統腐蝕或結焦的組分應首先除去，以降低後續裝置的材質要求或穩定操作。
3. 2 多效精餾
多效精餾的原理類似於多效蒸發, 即將多組分的分離安排在一系列壓力依次遞減的精餾塔中去完成, 高壓塔頂產品冷凝氣化潛熱被來對較低壓力的塔提供再沸能量。多效精餾加熱蒸汽的用量與效數近似成反比, 效數越多,用量越少。
多效精餾的節能效果受許多因素的影響，其中主要是被分離物係的性質、易揮發組分的含量、效數以及工藝流程等。隨效數增加，能耗降低，但效數越多，塔數越多裝置費用大量增加，而且效數越多，每增加一效的節能效果也越來越低。因此，實際應用中效數不能太多，故常採用雙效精餾。
雙效精餾是把原來的乙個精餾塔分成兩個分別在不同壓力操作下的塔，通過兩效之間的壓力不同，使前一效的冷凝器與後一效的再沸器相匹配。與普通精餾塔精餾相比，雙效精餾可以充分利用冷熱劑固有溫差，減少傳熱的不可逆性，減少公用工程消耗，但同時增加了裝置費用。雙效精餾的4種基本型別即：
(1)3z流型：原料被分成大致均勻的兩股分別送人高、低壓兩塔中，其中以高壓塔塔頂蒸汽向低壓塔塔釜提供熱量，兩塔均從塔頂、塔釜採出產品。
(2)順流型lgh型：流程從高壓塔進料，高壓塔塔頂產品作為低壓塔進料，兩塔塔釜均採出產品，而塔頂產品全由低壓塔塔頂採出。
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