精馏过程节能降耗

1、摘要精馏过程节能降耗技术杨晨静，张萌，王计辉，陈胡炜，赵晋杰摘要过程工业作为国民经济发展不可或缺的部分，在国民经济发展中起到巨大的作用。而过程工业中大量的能源浪费，是目前过程工业中面临的主要问题之一，如果能够对其中中一些过程进行优化设计和节能设计，必能对节约能源起到很好的作用。本分从过程节能出发，针对化工生产中的一个重要过程精馏过程，就精馏过程能耗的评价及其节能的途径进行了探讨。由于精馏是分离均相液态溶液的最常用的化工单元操作,且分离过程中能耗较大 ,所以在该过程中如何降低能耗 ,对降低产品成本 ,提高经济效益具有重要的意义。关键词：过程工业；节能降耗；精馏AbstractEnergy sav

2、ing technology for rectification processAbstractAs an indispensable part of national economic development, process industry plays an important role in the development of national economy. And a lot of waste of energy in process industry, is one of the main problems in the process industry is facing,

3、 if we can optimize design and energy saving design for some of these, will be beneficial to save energy up. From the process of such duty, for an important distillation process in chemical industry, on the way to evaluate the energy consumption and energy saving distillation process are discussed.

4、The distillation is the separation of homogeneous liquid solution of the most commonly used chemical unit operations, and the separation process of high energy consumption, so how to reduce the energy consumption in the process, to reduce the cost of the product, has an important significance to imp

5、rove the economic benefit.Key words：process industry；energy saving and consumption reduction； distillation目录目录摘要Abstract第一章绪论41.1研究背景41.2化工精馏节能原理4第二章 热泵精馏62.1热泵精馏原理62.2 热泵精馏的适用范围62.3蒸汽压缩式热泵精馏62.4蒸气喷射式热泵精馏7第三章 多效精馏83.1 多效精馏原理83.2多效精馏的特点83.3多效精馏应用范围9第四章 热偶精馏104.1 热偶精馏原理104.2 热偶精馏分类104.3 部分热偶精馏104.4 完全

6、热偶精馏114.5热偶精馏适用范围12第五章 总结 13参考文献141第一章 绪论第一章 绪论1.1研究背景伴随人们对全球能源状况 、能源消耗和环境污染等问题的深入了解和认识 ,节能减排逐渐成为全球经济和社会发展共同关注的问题。国家 “十一五 ”规划提出了对能源和环境的指标 , 计划到 2010年 “单位国内生产总值能源消耗 ”比 “十五 ”期末降低 20%左右; 党的“十七大 ”也明确提出了建设节约型社会的战略思想1。而过程工业作为国民经济的支柱产业，在国民经济中起到不可或缺的作用，但其巨大的能耗以及温室气体排放量，对其可持续发展产生严重不利影响，也与国家“节能减排”的号召相悖。因此对化工过

7、程中的一些主要单元反应进行节能减排优化是很有必要的。本文主要针对化工单元的精馏操作，提出一些精馏过程中的节能措施。1.2化工精馏节能原理精馏，是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。图1 精馏操作过程而精馏过程是化工过程中最耗能的过程之一 ，对其进行优化是很有必要的。精馏过程的核心在于回流，而回流必须消耗大量能量。降低能耗是精馏过程发展的重大课题。化工精馏节能的原理如下： 在进料后， 塔底的再沸器将提供热量，以此实现塔底物料的气化，此后，塔板促进了液体物料的传质传热，再借助轻重组分实现了气化与冷凝，在

8、此基础上，促进了分离的实现。 在塔顶部分的气体，借助冷凝器实现了冷凝， 此时塔顶将采取一定的产品， 而其余部分则会返回塔2顶。在实际的化工生产过程中， 塔顶冷凝器消耗了蒸汽的热量， 塔底再沸器提供了热量。 对于塔顶蒸汽冷凝热的高效利用，可以实现能耗的降低与生产效率的提高，进而节能与高效生产的目标也将达成 2 。除了选择经济上合理的回流比外，主要的节能措施有：（1）热泵精馏。将塔顶蒸气绝热压缩升温后，重新作为再沸器的热源。（2）多效精馏。精馏装置由压力依次降低的若干个精馏塔组成，前一精馏塔塔顶蒸气用作后一精馏塔再沸器的加热蒸气。（3）采用热偶精馏，节省设备投资。（4）采用电子计算机对过程进行有效

9、控制，减小操作裕度，确保过程在最低能耗下进行。3第二章 热泵精馏第二章 热泵精馏2.1热泵精馏原理热泵精馏是把精馏塔塔顶蒸汽加压升温 , 使其用作塔底再沸器的热源 ,回收塔顶蒸汽的冷凝潜热 。根据热泵所消耗的外界能量不同 ,热泵精馏可分为蒸汽压缩式和蒸汽喷射式两种类型 3。2.2 热泵精馏的适用范围通常，热泵精馏的适用范围如下：（1）塔顶塔底温差较小的系统，热泵性能系数较高，能量利用效果好。（2）被分离组份沸点接近，分离困难，需要大量加热蒸汽。（3）热泵工作介质蒸发温度低于塔顶温度，同时工作介质冷凝温度高于塔釜温度。2.3蒸汽压缩式热泵精馏图2.1 蒸气压缩式热泵精馏蒸气压缩式热泵精馏是以塔顶

10、气体作为工质的热泵，其流程见图2.1，其主要由精馏塔、压缩机、凝汽器(即精馏塔的再沸器)和节流阀等组成。精馏塔顶气体经压缩机压缩升温后进入塔底再沸器，冷凝放热使釜液再沸，冷凝液经节流阀减压后，一部分作为产品出料，另一部分作为精馏塔顶的回流44蒸气直接压缩式热泵精馏的特点是：(1)所需的载热介质是现成的；(2)因为只需要一个热交换器(即再沸器)，压缩机的压缩比通常低于单独工质循环式的压缩比；(3)系统简单，稳定可靠。塔顶气体直接压缩式热泵精馏适合应用在塔顶和塔底温度接近，或被分离物质因沸点接近难以分离，必须采用较大回流比，因此需要消耗大量加热蒸汽(即高负荷的再沸器)，或塔顶冷凝物需低温冷却的精馏

11、系统。2.4蒸气喷射式热泵精馏蒸汽喷射式热泵是提高低压蒸汽压力的专门设备,求流程图如图2.2，其原理是借助高压蒸汽(驱动蒸汽)喷射产生的高速汽流,将低压蒸汽的压力和温度提高,而高压蒸汽的压力和温度降低。低压蒸汽的压力和温度提高到工艺能使用的指标,从而达到节能的目的。图2.2 蒸汽喷射式热泵精馏采用蒸汽喷射泵方式的热泵精馏具有如下优点:新增设备只有蒸汽喷射泵,设备费低;蒸汽喷射泵没有转动部件,容易维修,而且维修费低;吸入蒸气量偏离设计点时发生喘振和阻流现象。这点与蒸汽压缩机相同,但由于没有转动部件,就没有设备损坏的危险。5第三章 多效精馏6第三章 多效精馏第三章 多效精馏3.1 多效精馏原理多效

12、精馏是通过扩展工艺流程来节减精馏操作能耗的,它是以多塔代替单塔,各塔的能位级别不同,能位较高塔排出的能量用于能位较低的塔，从而达到节能目的。在发达工业国家，多效精馏已成为一种规范性节能系统，广泛应用在工业生产中。多效精馏是以多效塔代替单塔，如图3.1所示。各塔操作压力不同，前一效压力高于后一效压力，前一效塔顶蒸汽冷凝温度略高于后一效塔釜液沸点温度。第一效用蒸汽加热，塔顶蒸汽。图3.1 两效精馏示意图加热第二效塔釜液，同时被冷凝，依次逐效进行，直到最后一效塔顶蒸汽被冷却水冷凝。多效精馏充分利用了冷热介质之间过剩的温差。尽管总能量降级和单塔一样，但它不是一次性降级的，而是逐塔逐级降低的。这样，每个

13、塔的塔顶、塔底温差减小了，降低了有效能损失，从而节省了能耗。3.2多效精馏的特点多效精馏将塔顶蒸汽的相变热回收利用于精馏系统自身，是一种节能降耗的精馏工艺。其特点是能位不是一次性降级的，而是逐塔逐级降低的，因此，在整个流程中，只有压力最高的塔需要外加加热介质，压力最低的塔需要外加冷却介质，中间各塔不需要外加加热介质和冷却介质，由此，达到节能降耗的目的。3.3多效精馏应用范围对于多效精馏，它在生产的应用中也有着适用条件和环境，多效精馏充分利用了冷热介质之间过剩的温差。尽管总能量降级和单塔一样，但它不是次性降级的，而是逐塔逐级降低的。这样，个塔的塔顶、塔底温差减小了，降低了有效能多效精馏充分利用了

14、冷热介质之间过剩的温差。尽管总能量降级和单塔一样，但它不是一次性降级的，而是逐塔逐级降低的。这样，每个塔的塔顶、塔底温差减小了，降低了有效能。实际操作中的多效精馏要注意很多因素的影响，诸如： (1)塔的操作温度、压力均不能高到临界温度、临界压力。 (2)第1效精馏塔(压力、温度最高)塔底温度不能超过热源的温度。许多工厂的锅炉蒸汽温度即为其极限温度。 (3)最后一效塔顶温度必须高于冷却介质温度。若采用冷却水冷凝，剐其温度就是最后一效塔顶温度的极限值。 (4)对热敏物质，第1效的温度不能高到其热分解温度。 (5)前一效塔顶蒸汽与后一效塔釜液间必须有合理的温度差，以实现热量传递5。7第四章 热偶精馏

15、第四章 热偶精馏4.1 热偶精馏原理热偶精馏流程主要用于三组分混合物的分离，同时也可用于三组分以上混合物的分离。在单塔中，塔内两相的流动要靠冷凝器提供回流液再沸器提供提供气体回流来实现，但在设计多个塔时，可以从某个塔内引出一股液相物流来直接作为另一塔的回流液，或引出气相作为另一塔的气相回流，从而可以避免在一些塔中使用冷凝器或者再沸器，从而实现热量的偶合6。4.2 热偶精馏分类热偶一般可分为以下几种形式：一种是部分热偶精馏，由主塔和侧线塔构成的复杂精馏塔，包括侧线精馏塔和侧线提馏塔；另一种是完全热偶精馏。4.3 部分热偶精馏（1）侧线蒸馏侧线蒸馏流程是不完全热偶精馏流程，在侧线蒸馏塔流程中，可减

16、少一个再沸器，且关联两塔的汽液相流量相对较易控制，同样，由流程可得到具有工业应用价值的DWC塔,分隔壁从塔顶延伸到塔的下部，将塔分为3部分，塔顶两侧分别有冷凝器，在分隔壁两侧的汽相流量可分别控制，液体流量仍通过液体分配器来控制。4.1 侧线蒸馏流程（2）侧线提馏侧线提馏流程中可减少一个冷凝器，且汽液相流量较易控制，同样，由侧线8提馏流程可得到相应的DWC塔，此时，分隔壁从塔底向上延伸至塔的上部，将塔分为3部分，塔顶有一共用冷凝器，塔釜两侧分别有再沸器，能提供达到分离要求所需的上升蒸汽，液体流量仍需液体分配器来控制。图4.2 侧线提流流程图4.4 完全热偶精馏完全热偶精馏系统用主塔和副塔组成的复

17、杂塔代替常规精馏塔序列，是具有可逆混合特性的理想热力学系统。副塔的作用是将混合物进行初步分离，轻关键组分全部由塔顶分出，而重关键组分完全由塔釜采出，中间组分在塔顶、塔底之间分配；主塔的作用则是对副塔塔顶和塔底的物料进一步分离，得到符合要求的产物。图 4.4 完全热偶精馏94.5热偶精馏适用范围热偶精馏流程并不适用于所有化工分离过程,它的应用有一定的限制，这是因为，虽然此类塔从热力学角度来看具有最理想的系统结构, 但它主要是通过对输入精馏塔的热量的重复利用而实现的。当再沸器所提供的热量非常大或冷凝器需将物料冷至很低温度时，此工艺会受到很大限制7。10第五章 总结第五章 总结本文从化工反应过程中的精馏过程出发，阐述了热泵精馏、多效精馏以及热偶精馏三种精馏节能技术的原理，重点分析了其各个技术，并根据精馏技术发展中存在的问题，提出了解决的对策。11参考文献参考文献1任京东, 林敏, 窦丽媛,等. 我国石化行业节能减排的途径与措施分析J. 现代化工, 2010(3):4-8.2杨兆娟. 乙醇水精馏节能技术分析J. 青海大学学报, 2001, 19(3):8-11.3朱玉琴, 李迓红. 高效节能的热泵精馏技术M. 原子能出版社, 2003.4韩彬光. 热泵精馏与多效精馏的分析和比较J. 广东化工, 2013, 40(11):179-181.5钱嘉林, 叶泳恒. 多效精馏原理及