劉艷杰 欒國顏 高維平

(吉林化工學院化工與材料工程學院,吉林 吉林 132022)

精餾過程是利用混合物中各組分揮發(fā)度的差異來分離均相混合物，是以熱能的消耗換取產品的分離提純的過程。在分離操作過程中，精餾分離過程的能量消耗是最大的。由于全球范圍能源危機和日益強烈的環(huán)保需求，針對精餾過程的節(jié)能研究也是尤為重要的[1，2]。

多效精餾是化學工業(yè)中較為常見的一種精餾節(jié)能措施，在多效精餾中最普遍的是雙效精餾，其流程特點是精餾系統(tǒng)由壓力不同的雙塔組成，由高壓塔逐漸向低壓塔供熱，提高了過程的熱力學效率，大幅度地降低了能耗，從根本上解決精餾過程能耗高的關鍵技術問題[2～5]。影響雙效精餾節(jié)能效果的因素主要有進料組成、進料溫度、回流比及操作壓力等以及這些因素的組合。筆者針對3種不同結構形式的雙效精餾流程進行節(jié)能特性的研究，在已優(yōu)化的回流比、進料位置及操作壓力等條件下，主要考察進料溫度對節(jié)能效果的影響，為雙效精餾的實際應用提供理論依據(jù)。

1 雙效精餾的研究流程①

原料由高壓塔(Ph)進入，由于進料物流是氣相且溫度較高，所以給出了原料直接做為高壓塔進料的流程及與其對應的先以進料物流加熱高壓塔塔底物料而后作為高壓塔進料的流程。為便于研究分析，分別命名為雙效精餾流程A、雙效精餾流程B和雙效精餾流程C，流程結構如圖1～6所示。

圖1 雙效精餾流程A-1

圖2 雙效精餾流程A-2

雙效精餾流程A的特點是輕組分產品分別在高壓塔(Ph)和低壓塔(Pl)采出，而重組分產品只在低壓塔采出。

圖3 雙效精餾流程B-1

圖4 雙效精餾流程B-2

雙效精餾流程B的特點是輕組分和重組分產品均在低壓塔采出，高壓塔沒有產品采出。

圖5 雙效精餾流程C-1

圖6 雙效精餾流程C-2

雙效精餾C的特點是重組分產品分別由高壓塔和低壓塔采出，而輕組分產品在低壓塔采出。另外，兩種流程的低壓塔進料狀態(tài)是不同的。

2 模擬計算

全部的模擬優(yōu)化工作采用PRO/Ⅱ工程模擬軟件完成。模擬體系為乙醇-水。在模擬計算中，液相為非理想溶液，氣相為非理想氣體，選用NRTL方程計算氣-液相平衡數(shù)據(jù)，過程熱損失忽略不計。進料組成為0.5(乙醇的摩爾分率)，進料流量為100kmol/h。分離任務為：塔頂輕組分產品中乙醇的摩爾分率為0.8，塔底重組分產品中乙醇的摩爾分率為0.1。操作條件為：單塔精餾為常壓操作，雙效精餾的低壓塔為常壓操作，高壓塔的塔壓根據(jù)兩塔的平均換熱溫差不小于10℃的換熱要求進行優(yōu)化確定；各塔均在已優(yōu)化的最佳回流比和進料位置下操作。進料溫度分別為130、140、150、160、170℃。

3 結果與討論

3.1 雙效精餾A

在不同的進料溫度時，單塔精餾和雙效精餾流程A的能耗情況和節(jié)能率對比見表1。

表1 單塔精餾和雙效精餾流程A對比

注：E——節(jié)能率；Qc——冷凝器熱負荷；QR——單塔再沸器或雙塔輔助再沸器熱負荷；QE——熱交換器熱負荷，QE=Qc+QR；tf——進料溫度。

由表1可見，在考察的進料溫度范圍內，雙效精餾流程A的兩種不同結構均具有顯著的節(jié)能效果。節(jié)能率均隨進料溫度的升高而下降，但下降幅度不是很大，且在相同的進料溫度下，兩種流程的節(jié)能率略有差別。因此，對于兩種流程的選擇，可視具體生產條件確定。從節(jié)能率分析，更適宜低溫氣體進料。

3.2 雙效精餾流程B

在不同進料溫度時，單塔精餾和雙效精餾流程B的能耗情況和節(jié)能率對比見表2。

表2 單塔精餾和雙效精餾流程B對比

由表2可見，在考察的進料溫度范圍內，雙效精餾流程B的兩種不同結構均具有一定的節(jié)能效果，節(jié)能率均隨進料溫度的升高而增大，但增大的幅度是很小的，且雙效精餾流程B-2節(jié)能率約為雙效精餾流程B-1的兩倍。兩種流程為保證分離任務，均需設輔助再沸器，但雙效精餾流程B-2輔助再沸器的熱負荷遠遠低于雙效精餾流程B-1，所以，綜合考慮設備投資和節(jié)能效果，選擇雙效精餾流程B-2且進料溫度在150～170℃為宜。

3.3 雙效精餾流程C

在不同進料溫度下，單塔精餾和雙效精餾流程C的能耗情況和節(jié)能率對比見表3。

表3 單塔精餾和雙效精餾流程C對比

由表3可見，在考察的進料溫度范圍內，雙效精餾流程C-2的節(jié)能率約為雙效精餾流程C-1的3倍，兩種流程的節(jié)能率隨進料溫度的升高雖都有增大趨勢，但增大的幅度很小。同雙效精餾流程B一樣，為保證分離任務，兩種流程均需設輔助再沸器，但雙效精餾流程C-2輔助再沸器的熱負荷低于雙效精餾流程C-1，所以綜合考慮設備投資和節(jié)能效果，采用雙效精餾流程C-2節(jié)能效果要更優(yōu)于雙效精餾流程C-1，進料溫度選擇160～170℃為宜。

4 結束語

通過對乙醇-水系統(tǒng)的研究表明：3種雙效精餾流程的節(jié)能率隨進料溫度的變化均有不同程度的變化，但同種不同結構流程的節(jié)能率變化的幅度都不大。具體流程的選擇可視實際生產過程，綜合考慮設備投資和節(jié)能效果再確定。