多效精馏节能技术

王朝阳

【摘 要】精馏技术是化工行业中的一种典型生产技术，许多化工产品的生产过程都会涉及精馏技术的应用。由此可见，精馏技术在我国化工生产中占很大比重。由于精馏过程工序繁杂，消耗能源多，所以做好精馏技术的能源节约工作对于提升我国化工行业的节能环保效益具有不可或缺的作用。论文对化工精馏技术与节能措施做了简要阐述。

【Abstract】Distillation technology is a typical production technology in chemical industry， and the production process of many chemical products involves the application of distillation technology. Thus， distillation technology accounts for a large proportion in China's chemical production. Due to the complexity and large energy consumption of distillation process， it is indispensable to do a good job in energy conservation of distillation technology for improving energy conservation and environmental protection efficiency of China's chemical industry. The paper briefly expounds the chemical distillation technology and energy saving measures.

【关键词】精馏技术；节能；化工

【Keywords】distillation technology； energy saving； chemical industry

【中图分类号】TQ021.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）09-0155-02

1 引言

随着工业技术的发展，大量的矿产资源被消耗。在这种形势下，化工行业有必要采取措施，为建设节约型社会做出自己的贡献。就精馏技术而言，化工精馏的节能技术的现代化水平越来越高，对于我国经济社会的发展带来了有益影响。现阶段，研究人员开发新型技术，目的在于有效减少化工精馏所需要消耗的能源，提高产品质量。

2 化工精馏技术

就化工行业而言，采取措施分离化工产品物料是进行化工精馏工序的基本目的。精馏工序是运用各种物理或化学方法，根据物料液相组分相对挥发度差异完成物料組分分离。化工企业都会设置专门的精馏塔来完成液相物料的分离与提纯。典型的精馏工艺通常在精馏塔底通入热源对物料进行汽化，上升过程中气相和塔顶下降的液相物料在任一塔板或填料进行部分汽化和部分冷凝，同时进行传质过程，促使每一次汽化和冷凝都使气液两相组分发生变化，经过多次部分汽化和冷凝，就可将混合液分离为比较纯的组分。通过连续进料、回流、采出，保证了精馏塔连续对组分进行分离。

在实际运行过程中，当物料组分的相对挥发比较接近时，很难对其进行有效分离，且这种典型的精馏能耗较高。目前在原基础上，开发出的高效导向筛板、金属丝网规整填料等可以提高分离效率。同时对精馏工艺技术进行大幅度改良，如分级换热网络、塔身集热技术、换热网络的优化、多效精馏技术等。新技术的应用使精馏在物料组分分离提纯单元更加高效、节能。

3 高效精馏技术中节能措施

3.1 分级换热节能

在精馏过程中，塔身温度由高到低分配是：底部、中部和顶部。这种温度分布方式为分级换热提供了可能性。为此，为了更好地解决中部和底部的温度差别较大的问题，化工企业可以在塔身中部放置换热器，利用这种方式对中部进行加热，从而减少底部的加热时间，减少精馏过程的能源消耗。与此同时，放置换热器还可以减少冷凝剂的使用量，进而可以保障精馏过程对热量的综合利用效率。

3.2 塔身集热节能

在传统的化工行业中，精馏过程大多是由独立的精馏塔来完成的。这种化工生产模式不能体现出各个精馏过程之间的融合性，不能形成高温度的大环境，这就加快了精馏塔热量的消耗，不利于节省精馏过程所需的能源。在新时期，可以利用精馏塔集热技术，实现精馏塔身集热节能。工程单位可以以紧密联合的方式来建设多个精馏塔，提高精馏效率，发挥精馏塔的集群效应。具体而言，需要在精馏塔的上下两端放置物理特性相近的物料，并及时收集塔内物料，再次组合分布物理特性相近的物料。

3.3 优化换热网络

化工生产过程中，加热器、冷却器和换热器等部件是组成换热网络的基本单元，对于能量传递的实现有重要意义。在实践中，相关部门需要明确精馏系统所需的最佳换热温差，最大化降低系统的设备投资，来实现换热网络的优化。具体而言，主要采用数学规划法、夹点分析法、人工智能专家系统三种方法来优化换热网络[2]。其中，夹点分析法是工程上广泛应用的方法，也是优化换热网络的经典方法。数学规划法与人工智能专家系统法还没有被广泛应用于实践层面。由于精馏塔主要的供热和取热设备是冷凝器和再沸器，所以合理地匹配冷凝器与再沸器对于降低精馏塔的能耗具有重要意义。需要注意的是，由于最小换热面积网络使换热网络结构的复杂程度比较高，换热网络的操作及控制难度非常大，所以在优化设计换热网络过程中，相关部门需要避开最小换热面积网络。比如，就低温甲醇洗装置低温段的处理而言，采用用夹点技术对其进行换热网络优化，优化后的换热网络可为精馏节能过程节约735.4千瓦制冷剂。

4 多效精馏节能

4.1 多效精馏节能技术

现阶段，在换热网络优化、精馏和化学反应过程中，热集成节能技术都有广泛应用。一般而言，精馏过程热集成节能技术主要涉及以下几方面：第一，再沸器、冷凝器与系统外热源的热集成技术。第二，再沸器与独立精馏塔冷凝器间的热集成技术。第三，再沸器与多个精馏塔间的热集成技术。现阶段，多效精馏节能技术是应用范围比较广的热集成方式[1]。其工作原理是对精馏塔热量进行重复利用。需要注意的是，节能效果和设备投资是决定多效精馏效数的两个关键因素。实践证明，多效精馏节能技术的效数与精馏塔的节能效果成正比关系。就现阶段而言，双效精馏和三效精馏技术在化工生产过程中已经得到了广泛应用。其中，根据进料流动方向的差异，双效精馏技术可分为混流型、逆流型、并流型与分流型。在进行多效精馏时，需要控制好以下关键因素：第一，保证多效精馏塔的温差足以满足热量传递过程的实现。第二，末级冷却介质与第一级加热介质温度会对效数造成限制。第三，精馏效数越多，多效精馏塔对操作难度和控制系统的要求就越高。

4.2 多效精馏技术的应用

在多效精馏流程中，按照压力高低的顺序，不同等级的精馏塔共同组成多效精馏系统，低压塔以邻近塔的高压塔蒸气作为自身再沸器的热源，除了压力最低的塔，精馏系统会回收各精馏塔蒸气的冷凝潜热，来实现多效精馏。简言之，每个精馏塔的能量级别有差别，级别较低的精馏塔可以吸收级别较高的精馏塔的能量，从而达到节能的目的[3]。随着科技的发展，为了降低设备费用，保证节能效果，专业人士还提出了一些新的工艺流程。就目前而言，多效精馏中应用最多的是两效与三效精馏，四效精馏应用范围最少。在实践中，多效精馏技术能够降低再沸器的水蒸气耗量。以设计型模拟优化计算为例，在多效逆流精馏应用过程中，精馏流程包括多效平流、多效顺流、多效逆流三种基本流程。多效逆流流程中，原料走向与塔操作的压力梯度方向相反，由低压塔引入系统。与多效顺流流程一样，多效逆流塔间连接的物料可从塔顶或塔底采出。进料组成与节能效果有关，即被分离的物料组成的不同与加热蒸汽用量及精馏节能效率有密切联系。一般而言，如果普通精馏所耗能量体用量过大，那么原料液含轻关键组分越多，改用多效精馏技术的节能效果就越显著。

5 多效精馏节能技术的应用前景

就现阶段而言，在化工企业中应用多效精馏节能技术有利于带动整个行业的现代化发展。在实践中，化工企业应从以下几方面做起，来对多效精馏节能技术进行改革与创新：第一，在应用的过程中，化工企业需要立足于企业生产实际，解决操作问题和控制问题，改革多效精馏高效节能技术设备，保证多效精馏节能技术的先进性。第二，为了保证能够优化选择精馏节能技术流程，企业应该利用先进的计算机技术建立专家系统与模拟分析系统，从科学层面来提高精馏高效节能技术的应用水平，保证其科学性和有效性。第三，化工企业应当加大资金投入，保证人才支撑和资金支撑，致力于培养多效精馏节能技术人才，以提高自身精馏节能技术流程的能力和多效精馏节能技术的应用水平。

6 结语

综上所述，改革与创新传统精馏技术，提升其节能环保效益，对于促进我国化工企业的发展具有非常重要的实践意义。其中，多效精馏节能技术具有广阔的应用前景，需要引起化工企业的重视。同时，在资源日益紧缺的今天，相關部门采取塔系集热技术、分级换热节能、优化换热网络等措施，可以有效提高精馏效率。

【参考文献】

【1】任海伦，安登超，朱桃月，等.精馏技术研究进展与工业应用[J].化工进展，2016，35（06）：1606-1626.

【2】孙荣义.浅析化工精馏高效节能技术开发及应用[J].化工管理，2016（20）：283.

【3】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.