试论精馏塔设备设计和节能研究

杨新建(新疆华澳能源化工股份有限公司,新疆　克拉玛依　834000)

试论精馏塔设备设计和节能研究

杨新建(新疆华澳能源化工股份有限公司,新疆克拉玛依834000)

精馏过程属于化工过程的一个耗能部分，基于此，本文分析了常规的精馏塔，研究了各种精馏塔类型。经过分析以后，可以节省各种设备的投入，特别是的精馏结合以后效果比较明显。

精馏塔；设备设计；节能

精馏属于石油加工中使用比较广泛的一个分离单元，而在化工的行业中，石油化工耗能比较大。因为精馏的过程能耗比较大，热力学的效率比较低，所以这个过程一直都是化工行业中的一个关键性课题。通常情况下，精馏塔的设计好坏对于能耗节省有着重要作用，所以精馏塔的设计一直都是人们关注的重点。尤其在二十一世纪，信息技术不断发展与完善，计算机信息技术在精馏塔的设计中逐渐将手工设计、计算取代。

1　设计反应的精馏塔

在反应的精馏塔设计方面，现阶段还没有形成一个完整的体系，究其原因，精馏设计的过程是精馏耦合和反应的过程，并且精馏过程和反应过程均在同一容器中，两者互相影响，一旦反应物的配料比、原先进料的位置、板数、副产物的浓度、停留的时间以及速率等发生变化，均容易大幅度影响到反应精馏的过程，因此，这个集成过程研究难度相对较大。反应精馏设计研究始于上个世纪八十年代，目前主要精馏塔的设计包含数学的模拟法、基于上述原因，Ung与Doherty研究了剩余的曲线图与转换的组成变量。Blessing等人在研究转换的组成变量基础上，研究出反应的精馏线与反应空间概念，同时与精馏线与反应的精馏线相结合，分析反应的精馏过程序列［1］。

此外，在转换变量概念基础上，Thong在反应的精馏塔具体设计中应用塔板的组成线法。该设计理念和上文所说塔板的组成线设计理念比较相似，可以对既有图解法所设计的精馏塔思路进行改变，同时获取大量可行设计的方案。相关人员提出塔板的组成线法设计反应精馏塔策略，并且提出提馏段与精馏段反应精馏塔的组成线，以便设计与计算各种实例［2］。而且通过实践应用，才可以全面了解精馏塔的设计缺陷与不足，从而根据实际情况进行完善与改进，尽可能大幅度的节省操作费用与投资费用，减少成本，提高设计效果。

2　精馏塔设计以及节能

2.1分隔壁的精馏塔优点

分隔壁的精馏塔主要是指将垂直隔板设置在精馏塔的内部，把精馏塔分为中检测线的采出段、精馏的进料段、上部公共的精馏段以及下部公共的精馏段，四个部分。关于分隔壁的精馏塔设计，相关人员给出不同位置三种类型设计的精馏塔，主要包含DWCL、DWCU与DWCM，并提出控制策略与动力学的行为。研究结果显示，比较相对较差的是DWCU，在很多的情况下，DWCL动力学的表现都比较好，但耗能也比较大。DWCU 和DWCL比起来，两者在可控性能方面没有显著差异，但经济效益比较高。马晨皓把甲苯－二甲苯－重苯类精馏分离成粗苯精制的工艺作为研究例子，定量分析与比较传统的分离序列以及隔壁塔的技术方案，经过分析可知传统传质的耦合隔壁它技术有显著的节能优势［3］。

2.2反应精馏以及分隔壁的精馏塔耦合

因为反应的精馏塔结构比较特殊，Muler在2004年提出反应的精馏塔壁概念。RDWC充分结合了隔壁塔与反应精馏两种过程优点，这样能够精简流程，将过程中的能耗降低，降低投资的金额，加强选择性，逐渐变成化工行业研究的热点。IvoM-ueller等人在反应速率不变的条件下，模拟了反应精馏的隔壁塔，这个模拟主要针对碳酸酯之上酯基相互转移进行研究，因为这个反应系统主要特征是低选择性与高转化率，并且这个模拟在相关理论上已经得到证实。在这个反应系统中应用隔壁塔的技术，能够提高分离的能力与选择性，同时可以将操作单元的数目减少，进而大幅度节省设备的投资［4］。

另外，大多数报道中指出，在现有反应精馏的过程中应用分隔壁的精馏塔技术，能够大幅度节省设备投资和能耗。孙兰义模拟了RDWC合成乙酸的甲酯工艺整个流程，并且对气象分配对比反应精馏的隔壁塔性能与塔顶回流比进行分析，在和常规的流程比较下，可以得出精馏隔壁塔能够节省11.9%的能耗，同时可以降低操作费用和设备投资。齐彩霞等人对反反应精馏塔的中应用的碳酸二乙酯具体合成工艺模拟以及控制过程进行分析与研究，在对比精馏隔壁塔具体流程和常规流程过程中，能够减少能耗，降低二氧化碳的排放量，同时提升系统热力学的效率，进而节省投资的资本。

3　结语

综上所述，在普通精馏塔设计研究过程中，可重点针对各种物料进行开发，重点开发各种体系小型数值的模拟类软件，强化计算机对于化工行业辅助的计算，强化学科之间的交叉性。此外，在设计研究反应的精馏塔过程中，需要不断对既有设计方式进行改进，进而形成各类非理想的物系。反应精馏的过程和隔壁的精馏塔结合对于设备投资和操作费用节省的效果比较明显，并且应用的效果比较好，这就需要强化反应精馏的技术和分隔壁的技术结合。

［1］莫雅婧，宁亚南，马占华.内部热耦合反应精馏塔内乙酸甲酯的合成研究［J］.现代化工，2014，24（10）：342-343.

［2］王方娴，方利国，杜嘉伟.内部热集成精馏塔的模拟及其节能特性研究［J］.广东化工，2013，15（12）：46-47.

［3］胡女丹，周剑丽，覃引.分隔壁精馏塔分离椪柑皮精油中D-柠檬烯的模拟研究［J］.湖北农业科学，2015，14（10）：536-537.

［4］时培玉.乙烯分离节能对内部能量集成精馏塔技术的应用［J］.中国化工贸易，2014，21（22）：43-44.

杨新建，男，工作单位：新疆华澳能源化工股份有限公司，工艺技术员，助理工程师，研究方向：能源管理及节约技术。