10 节能设计2双效精馏技术说明书

年产10万吨高纯醋酸乙烯酯配套空分装置项目10目 录第一章 双效精馏技术概述21.1 双效精馏技术简介21.2 本项目双效技术改进概述2第二章 技术改进过程及模拟32.1 流程简述32.2 流程模拟3第三章 方案对比分析及选择83.1 耗能情况汇总83.2 方案分析选择8第一章 双效精馏技术概述1.1 双效精馏技术简介多效精馏是利用高压塔顶蒸汽的潜热向低压塔的再沸器提供热量，同时高压塔顶蒸汽被冷凝的热集成精馏系统。根据进料与压力梯度方向的一致性，多效精馏可以分为:并流结构，即原料分配到各热集成塔进料;顺流结构，进料方向和压力梯度的方向一致，即从高压塔进料:逆流结构，进料的方向和压力梯度的方向相反，即从低压塔进料; 混流结构，从高压塔进料，塔顶冷凝液入低压塔。根据操作压力的不同，多效精馏又可分为加压-常压、加压-减压、常压-减压、减压-减压等类型。多效精馏的效数N (热集成塔数)与理论节能率的关系如下式所示：=(N-1)/N100%通过上式可以算出，双效精馏的理论节能率为50%，三效的为66.7%，四效的为75%。随着效数的增加，节能率的增加幅度下降，如从双效到三效增加16.7%，而从三效到四效仅增加8%。尽管多效精馏有明显的益处，但其应用仍受到一定的限制。首先，效数会受到投资费用的限制。效数增加，则塔数增加，设备费用增大。同时，效数增加，第一效塔的压力增加，则塔底再沸器所用的加热蒸汽的品质更高，这将削弱因能耗降低而减少的操作成本;同时又使换热器传热温差减小，使换热面积增大，则换热器的投资费用增大。再者，效数受到操作条件的限制。第一效塔中允许的最高压力和温度，受系统临界压力和温度、热源的最高温度以及热敏性物料的许可温度等的限制;而压力最低的塔通常受塔顶冷凝器冷却水温度的限制。多效精馏系统操作相对困难，且对设计和控制都有更高的要求。1.2 本项目双效技术改进概述本项目中精VAC塔（T0406）塔顶采出产品醋酸乙烯，可通过双效精馏技术利用高压塔顶蒸汽的潜热向低压塔的再沸器提供热量，与此同时高压塔塔顶蒸汽被冷凝，实现对热能的集成与综合利用，从而达到节能的效果。选择该塔进行多方案双效技术改进对比，针对该塔主要进行了顺式和逆式双效精馏技术的模拟与计算，最终通过对比选择节能效果更优的双效精馏技术改进方案，从而实现节能降耗最大化。第二章 技术改进过程及模拟2.1 流程简述本项目采用Aspen Plus V8.4对精VAC塔（T0406）进行了顺式和逆式双效精馏技术改进，并将计算出的公用工程消耗量进行对比。三种分离方案流程图如图2-1所示：图2-1 精VAC塔（T0406）三种分离方案2.2 流程模拟2.2.1 精VAC塔（T0406）原方案(单塔)2.2.1.1 方案说明该方案采用普通精馏塔进行分离，塔顶组分为精VAC产品，塔釜得到组分为醋酸，流程图如图2-2所示：图2-2 精VAC塔（T0406）原方案(单塔)流程图2.2.1.2 计算结果通过对上述流程进行计算，得出的公用工程消耗情况如下图所示：图2-3 普通精馏塔分离方案公用工程消耗情况计算结果如下：冷公用工程负荷为-2603.476KW，冷公用工程使用量为448469.472kg/h，冷公用工程成本为71.836$/h；热公用工程负荷为2607.637KW，热公用工程使用量为4613.576kg/h，热公用工程成本为177.361$/h；CO2排放量为617.255kg/h。2.2.2 顺式双效精馏分离方案2.2.2.1 方案说明此分离方案采用顺式双效精馏分离方案，分离方案流程图如图2-4所示：图2-4顺式分离方案流程图2.2.2.2 计算结果通过上述流程进行计算，得出的公用工程消耗情况如下图所示：图2-5 顺式分离方案冷公用工程消耗情况图2-6 顺式分离方案热公用工程消耗情况图2-7 顺式分离方案电消耗情况计算结果如下：冷公用工程负荷为-1234.375KW，冷公用工程使用量为212630.981kg/h，冷公用工程成本为34.059$/h；热公用工程负荷为1693.305KW，热公用工程使用量为2995.889kg/h，热公用工程成本为115.172$/h；CO2排放量为400.823+1.898=402.721kg/h，离心泵耗电量为5.471KW，离心泵耗电成本为0.596$/h。通过与普通精馏方案进行对比，可以看出虽然增加了离心泵耗电量以及离心泵耗电成本，但是该方案的冷、热公用工程消耗大幅度减少，因此大大降低了成本消耗。2.2.3 逆式双效精馏分离方案2.2.3.1 方案说明此分离方案采用逆式双效精馏分离方案，分离方案流程图如图2-8所示：图2-8 逆式分离方案流程图2.2.3.2 计算结果通过上述流程进行计算，得出的公用工程消耗情况如下图所示：图2-9 逆式分离方案冷公用工程消耗情况图2-10 逆式分离方案冷公用工程消耗情况图2-11 逆式分离方案公用工程消耗情况计算结果如下：冷却水使用量为159071.091kg/h，冷却水消耗成本为25.480$/h；中压蒸汽使用量为3019.133kg/h，中压蒸汽消耗成本为116.065$/h；离心泵耗电量为1.630KW，离心泵耗电成本为0.178$/h。CO2排放为403.933+0.566=404.499kg/h。第三章 方案对比分析及选择3.1 耗能情况汇总将上述三种分离方案能耗结果汇总，(公用工程成本按照设计任务书中所提供的价格数据：低压蒸汽（0.8MPa）：200元/吨、中压蒸汽（4MPa）：240元/吨、电：0.75元/千瓦时、冷却水：1.0元/吨；美元对人民币汇率为1美元=6.8727人民币进行计算)，计算结果如下表所示：表3-1 三种分离方案能耗情况一览表项目原方案顺式双效方案逆式双效方案冷公用工程负荷/KW-2603.476-1234.375-923.447冷公用工程用量/kg/h448469.472212630.981159071.091冷公用工程成本/元/h493.7073234.0773175.1164热公用工程负荷/KW2607.6371693.3051706.443热公用工程用量/kg/h4613.5762995.8893019.133热公用工程成本/元/h1218.9489791.5426797.6799离心泵耗电量/KW05.4711.630离心泵耗电成本/元/h04.09611.2233CO2排放/kg/h617.255402.721404.499成本总计/元/h1712.65621029.716974.0197由上表可以看出，使用双效精馏的两种方案虽然相比于原方案增加了离心泵，产生了相应的费用，但是它们的冷、热公用工程用量却大为下降，并且成本也降低了很多，同时CO2的排放量也得到了一定的减少，符合绿色生产的发展要求。将离心泵所产生的费用与原方案的冷、热公用工程消耗进行比较，依旧取得了很好的经济效益，因此对该塔T0406使用双效精馏方案相当可行。3.2 方案分析选择通过上述表格数据可以发现，普通精馏的冷、热公用工程消耗量较大，碳排放情况严重！在当前倡导绿色协调可持续发展的社会背景下，绿色化工、节能化工成为一种趋势。通过上述两种双效精馏技术地改进，两种双效精馏改进方案相比于原方案能耗节约情况如下表所示：表3-2 双效精馏分离方案节能效果对比一览表项目顺式双效方案逆式双效方案冷公用工程节约百分比/%52.5964.53热