完全能量耦合精馏塔的设计、模拟与优化

彭 鹄，郭利新

（北洋国家精馏技术工程发展有限公司，天津 300072）

完全能量耦合精馏塔的设计、模拟与优化

彭 鹄，郭利新

（北洋国家精馏技术工程发展有限公司，天津 300072）

在很多的工业生产中，都需要进行精馏工作，尤其是化学工业，精馏过程的效率与化学工业的发展有着密不可分的联系。精馏过程是一个对能量消耗非常大的过程，一直以来，怎样使精馏过程更加简单、高效，怎样使精馏过程中能量利用效率更高，是相关企业和部门密切关注的问题。因此对完全能量耦合精馏塔的设计、模拟与优化的相关内容做了研究。

完全能量；耦合精馏塔；设计；模拟；优化

1 前言

精馏过程是化学生产中消耗能量非常多的过程，目前，我国化学工业中使用的精馏塔中比较高效的是完全能量热耦合精馏塔，从热力学的角度考虑，这种精馏塔是最好的使用能量的方案。近年来很多研究人员在精馏塔的设计、模拟、优化上做了研究工作，并对完全能量热耦合精馏塔进行了一些改造升级，力求达到更好的工业生产使用效果。

2 精馏过程的相关概念

精馏就是一种将液体混合物中不同的成分分开的工业操作。精馏过程属于不可逆过程，想要完成这一过程，就必须向精馏系统提供能量。目前，我国工业中使用的液体分离法有很多种，其中完全能量热耦合精馏塔的使用是其中最节省能量的一种。

3 完全能量耦合精馏塔的设计

目前，我国的完全能量热耦合精馏塔的设计、制作工作还有非常大的发展空间。完全能量热耦合精馏塔的设计是一个非常复杂的工作。虽然利用完全能量热耦合精馏塔能够大大节省精馏过程中的能源消耗，但是其设计工作是非常复杂的，想要设计出一种比较完善的方案，也是比较困难的，而且目前精馏塔的制作成本也比较高，以下是有关完全能量热耦合精馏塔的设计的一些内容。

4 完全能量耦合精馏塔的模拟

完全能量热耦合精馏塔的模拟工作也是比较复杂的工作，需要经过很多的计算和实验。

4.1 进行完全能量热耦合精馏塔模拟的规定条件

在进行完全能量热耦合精馏塔的模拟的时候，要严格按照设计的方案进行模拟。从自由度的角度进行研究，我们可以知道，在确定了理论数据以及自由度之后，还需要对参数进行规定，一般来说可以选择五个参数。通常情况下，选择参数的时候，可以选择：主塔塔顶液的相回流量、中间侧线采出量、主塔塔底再沸蒸气量、预分馏塔塔顶液相回流量、塔底上升蒸气量等。在进行模拟的过程中，还要注意各耦合流之间的分割比。

4.2 进行完全能量热耦合精馏塔时需要严格模拟

在进行完全能量热耦合精馏塔模拟实验的时候，工作人员应该根据模拟的设计，按照提前设定好的各塔塔板数、各流股的进料位置、操作回流比等初始设计参数开展模拟工作，要保证模拟工作的精准性。在模拟过程中，要进行数据分析，根据具体的情况，适当地调整参数。

5 完全能量耦合精馏塔的优化

完全能量热耦合精馏塔能够提高精馏过程中的可逆程度，减少用再沸器和冷凝器的设备使用，大大减少精馏过程中的能量消耗，降低工业生产成本。目前，我国的完全能量热耦合精馏塔的设计和应用还不是很成熟，相关部门和研究人员应该加强在这方面的研究工作，对完全能量热耦合精馏塔进行优化，优化完全能量热耦合精馏塔的功能。

在设计完全能量热耦合精馏塔时，可从以下几个角度进行优化设计：气相分割比和液相分割比的优化、中间组分分配比的优化。根据相关模拟数据，我们可以知道，气相分割比和液相分割比是影响完全能量热耦合精馏塔的效率的重要因素，当气相分割比不发生变化时，液相分割比的增加能够使再沸器的热负荷先减后增。经过多次模拟，可以调整气相分割比和液相分割比的数据，使精馏过程中的物流不可逆混合导致的能源消耗降低。在进行中间组分分配比的优化的时候，需要注意顶中间组分分配比随液相流股分割比的变化关系。

6 结束语

完全能量热耦合精馏塔的设计、模拟和优化工作是很复杂、有难度的工作，完全能量热耦合精馏塔较多的自由度，也给其研究工作造成了比较大的困难。研究人员应该结合已有的经验，进行严密的计算研究，加强模拟实验，不断地探索更好的设计方案，提高精馏过程的能量使用率，促进我国工业的发展。

[1] 龚超 .完全热耦合精馏塔的设计与模拟研究 [D].天津 ：天津大学，2014.

[2] 周宪田 .内部热耦合反应精馏塔的设计与稳态分析 [D].北京 ：中国石油大学，2013.

[3] 李丽娜 .隔离壁精馏塔水平热耦合的设计与优化 [D].北京 ：北京化工大学，2013.

Design，Simulation and Optimization of a Fully Energy Coupled Distillation Column

Peng Hu，Guo Li-xin

in many industrial production，distillation is necessary，especially chemical work.The eff i ciency of distillation process is closely related to the development of chemical industry.Distillation process is a process of great energy consumption has been，how to make rectif i cation process more simple and eff i cient，how to make the rectif i cation process of energy eff i ciency is higher，pay close attention to the relevant enterprises and departments of the problem.In this paper，the design，simulation and optimization of a fully energy coupled distillation column are studied.

full energy ；coupled distillation column ；design ；simulation ；optimization

TQ053.5

：A

：1003–6490（2017）07–0169–01

2017–05–19

彭 鹄（1986—）， 男， 湖 南 永 顺 人， 助 理 工 程 师， 主要从事精馏技术的研究和开发、精馏塔的设计与制造工作。