【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 精餾過(guò)程的節(jié)能原理、節(jié)能技術(shù)，并使其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)際是十分必要的。 精餾過(guò)程能耗最大的原因是：一方面它是化工及燃油工業(yè)中的主要分離技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，投資相對(duì)較低；另一方面，現(xiàn)有精餾技術(shù)的熱力學(xué)效率低，分離1Kg產(chǎn)品所需能量(比能耗)相當(dāng)高。精餾節(jié)能的一般措施：設(shè)計(jì)(新型塔板、新型填料的使用或替代效率低的塔板和填料等)、工藝(熱集成、分壁精餾、新工藝及精餾同其他操作的結(jié)合等)、操作(最佳回流比、穩(wěn)定操作、工藝優(yōu)化、指標(biāo)優(yōu)化等)幾方面著手。 開(kāi)發(fā)類(lèi)型精餾節(jié)能屬于技術(shù)支持類(lèi)型。它是對(duì)現(xiàn)有精餾的功能更改、缺陷修正、性能升級(jí)工作。它的主要考核指標(biāo)為：費(fèi)用控制要求（剔除板塊支付的費(fèi)用后的人均費(fèi)用）和效益評(píng)估指標(biāo)（板塊支付的費(fèi)用）。 項(xiàng)目來(lái)源 此項(xiàng)目來(lái)源于自主立項(xiàng)的項(xiàng)目。1． 競(jìng)爭(zhēng)分析 市場(chǎng)定位 精餾節(jié)能的目的只有一個(gè)就是減少精餾過(guò)程中的能量消耗。它的主要目標(biāo)是：在分離同樣原料液時(shí)，可以得到更高組成的目標(biāo)成分，并具有更小的能耗。它的市場(chǎng)是化工領(lǐng)域。 關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)要素說(shuō)明 它的競(jìng)爭(zhēng)要素只有一個(gè)，就是其他公司對(duì)此項(xiàng)分離的分離程度及能耗。 主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分析 它的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是化工行業(yè)的其他同類(lèi)型的公司。研發(fā)優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)分析（1）研發(fā)優(yōu)勢(shì)精餾節(jié)能的研發(fā)優(yōu)勢(shì)是基于精餾過(guò)程節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)的。目前，隨著化工生產(chǎn)中分離物料的組分不斷增多，對(duì)產(chǎn)品純度的要求也不斷提高，但精餾裝置操作往往偏于保守，操作方法、操作參數(shù)設(shè)置不盡合理。典型的單級(jí)精餾裝置中，混合物料從某一中間位置進(jìn)入塔內(nèi)，塔內(nèi)設(shè)有塔板或填料促進(jìn)汽液兩相之間的相互接觸，塔底液相在再沸器中被加熱，塔頂?shù)恼羝诶淠髦欣淠秊轲s出液。在該精餾過(guò)程中所消耗的絕大部分能量被冷卻水或分離組分帶走，并非用于實(shí)際的組分分離，因此精餾過(guò)程的節(jié)能技術(shù)具有廣闊的發(fā)展空間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的煉油廠消耗的原油占其煉油量的8%～10%，其中很大一部分消耗在了精餾過(guò)程中。在現(xiàn)今能源資源緊缺的情況下，對(duì)精餾過(guò)程的節(jié)能研究就變得十分重要。（2）研發(fā)劣勢(shì)近年來(lái)，世界能源短缺狀況加劇，各國(guó)對(duì)精餾節(jié)能技術(shù)的研究都很重視，以精餾過(guò)程節(jié)能技術(shù)為中心的研究和應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。 精餾節(jié)能受到了前所未有的關(guān)注度，新的節(jié)能措施不斷問(wèn)世，提供機(jī)遇的同時(shí)，也給很多公司帶來(lái)了危機(jī)?？傮w上來(lái)說(shuō)，誰(shuí)分離的程度更高，誰(shuí)的能量消耗越少，誰(shuí)的成本就能越低，利潤(rùn)就相應(yīng)越高，越有利于公司的發(fā)展。市場(chǎng)機(jī)遇與風(fēng)險(xiǎn)分析 一旦一個(gè)新的有效的技能措施問(wèn)世，就會(huì)使其所在的公司迅速發(fā)展，這是毋庸置疑的。然而新技術(shù)產(chǎn)生之前需要投入大量資金，稍有不慎，不但研究不出新成果，反而會(huì)對(duì)公司的發(fā)展造成巨大的打擊。3．國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 近年來(lái)，由于能源的短缺，精餾過(guò)程節(jié)能的技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究非常活躍。一方面隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件的發(fā)展，大型化工軟件商業(yè)化越來(lái)越多，這都在一定程度上促進(jìn)了人們對(duì)精餾操作的規(guī)律性認(rèn)識(shí)和本質(zhì)認(rèn)識(shí)，有利于對(duì)精餾過(guò)程的節(jié)能研究。另一方面，各類(lèi)特殊精餾工藝的技術(shù)日趨成熟，開(kāi)始在工業(yè)過(guò)程中獲得實(shí)際應(yīng)用，如熱泵精餾在處理丙烯丙烷系統(tǒng)，乙苯對(duì)二甲苯過(guò)程中獲得廣泛應(yīng)用，在丁二烯系統(tǒng)中的熱偶精餾的運(yùn)用等，都取得了良好的節(jié)能效果。我國(guó)在精餾過(guò)程節(jié)能的理論研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面與國(guó)外都存在著比較大的差距，國(guó)外現(xiàn)在已開(kāi)展對(duì)多種方式相結(jié)合的節(jié)能研究，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)有報(bào)道，尤其在工業(yè)實(shí)用方面差距明顯，這也與我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中的工藝技術(shù)整體比較落后有關(guān)，而我國(guó)目前尚未見(jiàn)有隔板塔的工業(yè)應(yīng)用報(bào)導(dǎo)。因此我國(guó)應(yīng)該加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究，尤其是對(duì)當(dāng)前最具前途的隔板精餾塔的應(yīng)用研究。目前，精餾過(guò)程節(jié)能技術(shù)的研究主要可以分為以下2類(lèi): ①精餾塔設(shè)備改進(jìn)，如采用高效規(guī)整填料替代塔板或低效填料等。 ②單元過(guò)程耦合，如隔板塔、熱泵精餾、多效精餾、反應(yīng)精餾、精餾與膜分離耦合等。此外，還可以從設(shè)計(jì)、工藝、操作等方面著手。現(xiàn)舉例介紹如下：隔板塔作為設(shè)備集成、設(shè)備強(qiáng)化研究趨勢(shì)下的一個(gè)前沿研究熱點(diǎn)，既可以顯著提高熱力學(xué)效率，降低能耗，又減少設(shè)備投資，但國(guó)內(nèi)在此方面尚無(wú)工業(yè)化。國(guó)外BASF和Montz在用于3組分分離的隔板塔的研究上已取得了一定進(jìn)展并工業(yè)化。1985年，第1座用于回收精細(xì)化學(xué)品的隔板塔才投入工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)。近年來(lái)，由于能源價(jià)格的持續(xù)上漲，瑞士Sulzer，美國(guó)KochGlitsch，Kellogg，UOP，德國(guó)拜耳，Linde，Uhde，日本Sumitomo等公司逐漸開(kāi)始了隔壁塔技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，板塔工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)100多座，其中南非Sasol公司用于回收合成汽油混合物中1己烯的隔板塔采用了BASF公司的技術(shù)，該塔也是目前世界上最高的一座隔板塔，其塔高107 m，直徑5 m，生產(chǎn)實(shí)踐表明隔板塔的應(yīng)用已經(jīng)產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隔板塔主要用在多組分物系的分離上。目前，國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)對(duì) 3 組分分離的研究很多，對(duì)4組分或較多組分的分離研究報(bào)道較少，這主要是由于塔設(shè)備和內(nèi)件制造、精餾操作和控制上等存在許多問(wèn)題，難以工業(yè)化應(yīng)用。理論上講，隔板塔分離的組分越多，需要的隔板也越多，在一個(gè)隔板塔中就能得到越多的產(chǎn)品。本文針對(duì)醇類(lèi)體系4組分分離的完全熱耦合過(guò)程通過(guò)化工流程模擬軟件 Aspen 進(jìn)行了模擬優(yōu)化和用能分析，提出了工業(yè)化應(yīng)用在設(shè)計(jì)和操作上需要考慮的問(wèn)題。完全熱偶精餾( FTCD)理論最早由Petlyuk進(jìn)行了研究，故又稱為 Petlyuk 塔（只有1個(gè)再沸器和1個(gè)冷凝器，用來(lái)分離三元或多元混合物，如果分離是熱力學(xué)可行性的，并且在大于最小回流比的情況下，通過(guò)增加塔板數(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量可以達(dá)到任意純度）。完全熱耦合精餾塔由主塔和1個(gè)或多個(gè)預(yù)分餾塔構(gòu)成，預(yù)塔的作用是將混合物進(jìn)行初步分離，輕關(guān)鍵組分全部由塔頂分出，重關(guān)鍵組分完全由塔釜采出，中間組分在塔頂、塔底之間合理分配，在主塔塔頂和塔底以及側(cè)線采出符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品。 隔板塔在塔內(nèi)部通過(guò)安裝可移動(dòng)的立式或├型隔板將塔分成2或多部分，這一結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)上完全等同于 Petlyuk 塔。精餾分離的熱力學(xué)過(guò)程是通過(guò)再沸器提供熱量和冷凝器冷凝冷卻放熱使得進(jìn)料物流混合熵減的過(guò)程。這就意味著，在精餾過(guò)程中，通過(guò)精餾塔的適當(dāng)設(shè)計(jì)額外混合應(yīng)該盡可能的避免。不可取的額外混合將會(huì)導(dǎo)致過(guò)量熵被移出，并且需要過(guò)量的能量來(lái)達(dá)到分離的要求。對(duì)于普通精餾過(guò)程，塔頂蒸汽在塔頂冷凝器被冷卻劑冷凝帶走的熱量很大，接近于塔底再沸器熱能量體供給的熱量，如果能把普通精餾塔頂蒸汽的冷凝熱進(jìn)行合理有效的利用，就可以大大地降低能耗，達(dá)到節(jié)能增效的目的。完全熱耦合過(guò)程基于這一點(diǎn)考慮，避免了中間組分的返混效應(yīng)，減小進(jìn)料與進(jìn)料板上物流組成不同引起的混合問(wèn)題，達(dá)到節(jié)能效果。圖 1 4組分熱耦合精餾序列圖 2 簡(jiǎn)捷法熱耦合精餾工藝流程通過(guò)流程模擬軟件，采用Wilson活度系數(shù)模型，由簡(jiǎn)捷算法建立工藝流程模型為嚴(yán)格算法提供初始值，通過(guò)FTCD 3塔流程模擬，%的操作費(fèi)和38%的設(shè)備材料，節(jié)能效果明顯。 優(yōu)化操作條件節(jié)能技術(shù)隨著化工技術(shù)的迅猛發(fā)展，化工技術(shù)的進(jìn)步在化工生產(chǎn)過(guò)程中，分離是在這一個(gè)過(guò)程中顯得尤為重要。精餾分離操作所消耗的能源占化工分離的95%，而在熱力學(xué)中精餾是低效的耗能過(guò)程，有極高的熱力學(xué)不可逆性。在如今世界能源日益緊缺的背景下，精餾過(guò)程中的節(jié)能操作勢(shì)在必行。有效的精餾節(jié)能不僅能夠帶來(lái)巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，還有助于可持續(xù)性資源的發(fā)展。通過(guò)對(duì)精餾過(guò)程的軟件模擬來(lái)進(jìn)行對(duì)其操作條件的研分析。精餾塔的主要操作條件包括操作壓力、操作溫度、塔板壓降，進(jìn)料位置及溫度、理論板數(shù)、回流比以及回流溫度、塔頂塔底采出量、關(guān)鍵組分的清晰分割程度，塔頂塔底熱負(fù)荷等等，除塔的操作壓力通常是給定的(在設(shè)計(jì)雙效流程除外)， 至于其它條件均可以根據(jù)實(shí)際作為變量進(jìn)行操作，至于最佳分離值則可以通過(guò)對(duì)靈敏度的分析、設(shè)計(jì)規(guī)定或優(yōu)化技術(shù)來(lái)確定，以獲得最小的冷凝負(fù)荷和再沸器熱負(fù)荷，從而達(dá)到精餾能耗節(jié)約的目的。 改進(jìn)精餾塔設(shè)備節(jié)能技術(shù)有些精餾塔的頂部與底部溫差較大，對(duì)于此類(lèi)精餾塔便可增加中間換熱器來(lái)事冷熱量達(dá)到均衡的狀態(tài)。（1）增設(shè)的中間換熱器能夠改變操作線斜率，并利用低品位能源：若是精餾塔上部的溫度變化明顯，則可在精餾段的某塔板間處設(shè)置中間冷凝器，并用低品位冷劑作為冷源，以此節(jié)省主冷凝器高品位冷劑的用量，從而降低能耗，但是此種方法會(huì)使精餾塔上方塔板的分離能力減弱。（2）若是精餾塔下方的溫度分布變化大，可在提餾段的某塔板問(wèn)處設(shè)置中間再沸器，減少主塔再沸器高品位熱量。（3）于各組分沸點(diǎn)相差很大的物系，若有組分要在冷凍條件下進(jìn)行分離， 應(yīng)使進(jìn)入冷凍系統(tǒng)或冷凍等級(jí)更高系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)盡量減少。（4）應(yīng)把關(guān)鍵組分的相對(duì)揮發(fā)度最接近于1的組分放在最后。（5）對(duì)產(chǎn)品純度要求高的組分應(yīng)放在最后分離。 簡(jiǎn)單精餾流程采用熱集成技術(shù)比無(wú)熱集成的可節(jié)約操作費(fèi)用50％，可見(jiàn)塔系熱集成技術(shù)對(duì)于分離過(guò)程能耗的影響往往比單個(gè)塔的優(yōu)化更顯著，這是挖掘精餾系統(tǒng)節(jié)能潛力極大的一種措施，因而成為節(jié)能研究者的熱點(diǎn)對(duì)象。 改進(jìn)塔板節(jié)能板式塔具有空塔氣速高、生產(chǎn)能力大、塔板效率穩(wěn)定的特點(diǎn)，但由于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提升, 不斷開(kāi)發(fā)新型塔板以滿足需求。趙丹等,對(duì)四溢流塔板上的流動(dòng)與傳質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行了傳質(zhì)模型計(jì)算，得出在塔板兩側(cè)弓形區(qū)加導(dǎo)流板有效改善弓形區(qū)的返混，%。趙培等，由實(shí)驗(yàn)得出組合導(dǎo)向浮閥塔板的板效率相對(duì)川浮閥塔板有很大提升，最大超過(guò)10% , 對(duì)生產(chǎn)能力也有提高。宋啟祥等對(duì)塔板上不同區(qū)域的流動(dòng)狀態(tài)分析，經(jīng)過(guò)研究和應(yīng)用表明，具有導(dǎo)向推液作用的塔板可有效提高傳質(zhì)效率。李群生等，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了FGS T 塔板，不但使得塔效率提升，同時(shí)也讓塔的操作彈性增大。 填料填料塔由于通量大、壓降小、效率高而廣泛應(yīng)用于精餾行業(yè)。20世紀(jì)后期，填料塔技術(shù)得到很好的發(fā)展，但工業(yè)要求不斷提高，從而開(kāi)發(fā)新型填料具有一定的積極作用。朱夏霖[10]通過(guò)雪浪公司開(kāi)發(fā)的網(wǎng)孔波紋填料為塔內(nèi)件，應(yīng)用于生產(chǎn)中。相對(duì)于同類(lèi)型工藝達(dá)到了高效、節(jié)能的目的，并使得塔負(fù)荷得到一定提升。楊樂(lè)巍[11] 填料作為蒸氨精餾塔內(nèi)件，不但產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到要求，同時(shí)起到擴(kuò)產(chǎn)、節(jié)能、降耗的效果。上海焦化公司將甲醇生產(chǎn)的浮閥塔改造成填料塔，使得生產(chǎn)能力由原20萬(wàn)噸增至35萬(wàn)噸。 其他在精餾塔的設(shè)計(jì)方面還可以從進(jìn)料位置、混合塔板、混合塔板填料等方面加以改造。在精餾塔設(shè)計(jì)中多留幾個(gè)進(jìn)料口，根據(jù)進(jìn)料性質(zhì)和產(chǎn)品要求合理選擇進(jìn) 料口，及防止成分波動(dòng)引起的產(chǎn)品波動(dòng)，還可以有效提升產(chǎn)量。而在一些精餾段和提餾段負(fù)荷相差較大的情況下，可以選擇混合塔板來(lái)進(jìn)行組分分離，一般用在精餾前濃縮階段。多效精餾是將原料分成大致相等的N股進(jìn)料，分別送入壓力依次遞增的N個(gè)精餾塔中，N個(gè)塔的操作溫度也依次遞增。壓力