任海倫，安登超，朱桃月，李海龍，李鑫鋼

（1天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300072；2精餾技術(shù)國家工程研究中心，天津300072；3北洋國家精餾技術(shù)工程發(fā)展有限公司，天津300457）

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精餾技術(shù)研究進(jìn)展與工業(yè)應(yīng)用

任海倫1，2，安登超2，3，朱桃月2，3，李海龍2，3，李鑫鋼1，2

（1天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300072；2精餾技術(shù)國家工程研究中心，天津300072；3北洋國家精餾技術(shù)工程發(fā)展有限公司，天津300457）

摘要：精餾是化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的關(guān)鍵共性技術(shù)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、化肥、制藥、環(huán)境保護(hù)等行業(yè)。精餾具有應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，但存在設(shè)備投資大、分離能耗高等問題，因此研究開發(fā)新型高效傳質(zhì)元件、開發(fā)新型節(jié)能精餾技術(shù)，具有重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文從精餾塔類型、流體力學(xué)性能、傳質(zhì)性能、塔器大型化、過程節(jié)能、過程強(qiáng)化等方面，介紹了精餾技術(shù)的研究進(jìn)展與工業(yè)應(yīng)用。對于板式塔，從氣液兩相流動狀態(tài)、壓降、漏液和霧沫夾帶方面研究了塔板的流體力學(xué)性能；對于填料塔，從壓降、液泛和持液量方面研究了填料塔的流體力學(xué)性能，但目前的研究仍以經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為主，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡睦碚撃Ｐ?。對于氣液兩相的傳質(zhì)性能研究，簡述了氣液兩相傳質(zhì)理論，但科學(xué)、精準(zhǔn)的傳質(zhì)模型尚未提出。對于塔器大型化的應(yīng)用研究，介紹了塔板、氣液分布器和支撐裝置等大型化關(guān)鍵技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。從精餾過程典型節(jié)能技術(shù)、耦合節(jié)能技術(shù)、流程節(jié)能技術(shù)、低溫余熱回收和特殊精餾等方面，介紹了精餾過程節(jié)能與強(qiáng)化的應(yīng)用進(jìn)展。文章最后對精餾過程的傳質(zhì)、強(qiáng)化和集成進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：精餾；過程節(jié)能；過程強(qiáng)化；流體力學(xué)；傳質(zhì)

第一作者：任海倫（1978—），男，副研究員，從事傳質(zhì)與分離研究。

聯(lián)系人：李鑫鋼，教授，從事傳質(zhì)與分離研究。E-mail lxg@tju.edu,cn。

化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，分離技術(shù)則為化工生產(chǎn)過程中的原料凈化、產(chǎn)品提純和廢物處理等提供了技術(shù)保證。隨著化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展，分離技術(shù)逐漸向著多元化發(fā)展。常規(guī)的化工分離技術(shù)包括精餾、吸收、萃取、結(jié)晶、吸附、膜分離等。精餾仍是應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的分離方法之一，在工業(yè)生產(chǎn)中占有相當(dāng)?shù)谋戎亍?/p>

精餾塔伴隨著板式塔和填料塔交替式發(fā)展，兩者各有其優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)呈現(xiàn)出并行發(fā)展的趨勢。板式塔具有結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、造價(jià)較低、易于放大等特點(diǎn)；填料塔具有高效率、高通量、低壓降、低持液等優(yōu)勢。盡管隨著精餾塔的廣泛應(yīng)用，人們對精餾塔的認(rèn)識越來越深刻，但由于塔內(nèi)部流體流動及傳質(zhì)過程的復(fù)雜性，致使精餾塔的設(shè)計(jì)仍依靠大量的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。塔內(nèi)流體力學(xué)、傳質(zhì)動力學(xué)、過程動態(tài)學(xué)的計(jì)算等基礎(chǔ)傳遞問題的研究仍需重視，盡可能地?cái)[脫經(jīng)驗(yàn)的束縛。同時(shí)，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)大型化、優(yōu)化節(jié)能、高效填料與新型塔板的開發(fā)與應(yīng)用等問題仍需探索。因此，對精餾塔的研究非但不能削弱，而是需要進(jìn)一步加強(qiáng)，以迎接新的挑戰(zhàn)。

近年來，我國精餾塔技術(shù)在基礎(chǔ)研究與應(yīng)用方面取得了巨大進(jìn)步，對精餾塔的結(jié)構(gòu)、性能等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，并且獲得了豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究成果，為推動我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，做出了顯著貢獻(xiàn)。本文對精餾塔類型、流體力學(xué)性能、傳質(zhì)性能、塔器大型化、過程節(jié)能與強(qiáng)化等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1　精餾塔類型

精餾塔按塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)不同，分為板式塔和填料塔。20世紀(jì)70年代前，板式塔的研究及應(yīng)用處于領(lǐng)先地位。70年代后，填料塔的研究取得了較大進(jìn)展，填料塔與板式塔相比，具有壓降低、效率高、處理量大和持液量低等優(yōu)點(diǎn)。

1.1 板式塔

1813年，CELLIER首次提出泡罩塔板，已有200多年歷史。板式塔具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于加壓和多側(cè)線采出的工藝流程[1]，板式塔主要包括泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板和其他新型塔板。

1.1.1 泡罩塔板

CELLIER[2]提出的泡罩塔板，最早應(yīng)用在釀造業(yè)，后來被推廣到精餾、吸收等單元操作中。泡罩塔板具有適用范圍廣、操作彈性大、不易堵塞和便于操作等優(yōu)點(diǎn)；但是，泡罩塔板具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、壓降大等缺點(diǎn)[3-4]。美國Socony Mobil Oil Company[5]開發(fā)了一種新型的S形塔板，該塔板兼顧泡罩塔板的優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)明顯低于泡罩塔板。研究者在條形泡罩塔板的基礎(chǔ)上開發(fā)出了槽式泡罩塔板，GUERRIERI等[6-7]指出，槽式泡罩塔板具有壓降低，漏液少等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在石油化工與精細(xì)化工中[8]。

1.1.2 篩孔塔板

19世紀(jì)30年代，研究者開發(fā)出了篩孔塔板，并首先應(yīng)用于釀造工業(yè)。但是早期人們對篩孔塔板的研究不充分，認(rèn)為其操作不易穩(wěn)定而未得到廣泛應(yīng)用。直到20世紀(jì)50年代，人們對篩孔塔板的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了充分的研究，使篩孔塔板的應(yīng)用日趨廣泛。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，人們開發(fā)出了很多新型篩孔塔板。MD篩板[9]是美國聯(lián)碳公司開發(fā)的用于高液量的氣液傳質(zhì)元件。美國環(huán)球油品公司（UOP）在此基礎(chǔ)上又開發(fā)出了ECMD、EEMD、VGMD等[10]新型多降液管塔板。國內(nèi)浙江工業(yè)大學(xué)開發(fā)的DJ塔板[11]是對MD篩孔塔板的改進(jìn)，主要對塔板結(jié)構(gòu)和流型作了改進(jìn)，主要有DJ-1型、DJ-2型和DJ-3型3種型號。Linde公司開發(fā)的導(dǎo)向篩板[12]最早應(yīng)用于空分裝置，之后開始用于乙苯-苯乙烯的分離裝置中，取得了顯著的效果。

1.1.3 浮閥塔板

20世紀(jì)50年代，美國最先開發(fā)出了浮閥塔板，其兼有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點(diǎn)，具有生產(chǎn)能力大、操作彈性大和傳質(zhì)效率高等優(yōu)點(diǎn)[13]，廣泛應(yīng)用于石油、化學(xué)工業(yè)中。國內(nèi)外開發(fā)了多種形式的浮閥，最具代表性的是美國Glitsch公司開發(fā)的圓形浮閥——V1浮閥（國內(nèi)稱為F1型）。美國學(xué)者Nutter等提出了條形浮閥，國內(nèi)學(xué)者在Nutter條閥的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了很多新型條形浮閥，如T形條閥、L1形條閥及HTV船形條閥等。華東理工大學(xué)開發(fā)的導(dǎo)向條形浮閥[14]，結(jié)合了導(dǎo)向篩板和條形浮閥的優(yōu)點(diǎn)，能有效地降低塔板上的液面梯度和液體返混。天津大學(xué)開發(fā)的導(dǎo)向梯形浮閥[15]吸取了條形浮閥塔板、V形柵板、固舌塔板和導(dǎo)向篩板的優(yōu)點(diǎn)，可進(jìn)一步改善塔板上的液體流動狀況。清華大學(xué)在F1浮閥的基礎(chǔ)上開發(fā)出ADV微分浮閥[16]，進(jìn)一步提高了浮閥塔板傳質(zhì)效率。天津大學(xué)和中國科學(xué)院沈陽金屬所共同研究開發(fā)了碳化硅泡沫浮閥[17]，泡沫碳化硅使氣體以均勻的小氣泡穿過塔板，具有壓降低、漏液少及效率高等優(yōu)點(diǎn)。Glitsch公司開發(fā)的高性能Superfrac塔板[18]，處理量較篩孔塔板和浮閥塔板高20%～40%。鑒于浮閥塔板兼有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于石油化工、氣分等裝置[13]。

1.1.4 其他塔板

除上述常規(guī)塔板外，科研人員還開發(fā)出了很多其他類型的塔板。如Nutter公司開發(fā)的固閥塔板[12]，具有壓降小、抗堵塞等優(yōu)點(diǎn)。CHUANG等[19]將填料與篩板結(jié)合在一起，大大提高了塔板的傳質(zhì)效率。徐崇嗣與CHUANG[20]在此基礎(chǔ)上，將填料放置在塔板之間，塔板不設(shè)降液管，能使塔板的處理量提高15%左右。李鑫鋼課題組[21]開發(fā)的螺旋噴嘴與塔板相結(jié)合的霧化概念塔板，具有傳質(zhì)效率高和壓降低等優(yōu)點(diǎn)。日本三井造船株式會社[22]開發(fā)的垂直篩板是一種全新的噴射型塔板，具有通量大、抗堵塞等優(yōu)點(diǎn)。河北工業(yè)大學(xué)[23]在垂直篩板的基礎(chǔ)上開發(fā)出立體傳質(zhì)塔板（CTST），廣泛用于化肥、石化、煤化工等行業(yè)的舊塔改造中，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1.2 填料塔

填料分散堆填料和規(guī)整填料兩類。散堆填料是具有一定外型結(jié)構(gòu)的顆粒體；規(guī)整填料是具有規(guī)則幾何圖形、堆砌整齊的填料。

1.2.1 規(guī)整填料

規(guī)整填料具有效率高、壓降低、操作彈性大、處理量大、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[24-28]。目前規(guī)整填料種類繁多，最具代表性的是Sulzer公司開發(fā)的金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料和金屬板波紋規(guī)整填料[24]。Glitsch公司推出的垂直格柵填料，具有低壓降、高通量、抗堵塞等特點(diǎn)，適用于臟物系的工藝流程[25-26]。天津大學(xué)開發(fā)的專利產(chǎn)品雙向金屬折峰式波紋填料Zupak系列規(guī)整填料與Sulzer公司的金屬板波紋填料相比，比表面積增加了8%～10%，具有分離效率更高、壓降更低等優(yōu)點(diǎn)[26]。Montz公司開發(fā)出了Montz-pak系列規(guī)整填料和BSH系列規(guī)整填料，BSH系列規(guī)整填料是介于絲網(wǎng)與板波紋之間的規(guī)整填料，廣泛應(yīng)用在空分、制藥和反應(yīng)精餾領(lǐng)域[26]。Norton公司開發(fā)的Intalox系列規(guī)整填料，其波峰與波谷每隔一段間距，形成錯(cuò)位雙波紋結(jié)構(gòu)，起到強(qiáng)化傳質(zhì)的效果[25]。Kuhni公司開發(fā)的Rombopak系列規(guī)整填料，其特點(diǎn)是對氣液相流道進(jìn)行了優(yōu)化布置[26]。Jeager公司開發(fā)的Max-Pak系列規(guī)整填料，對填料進(jìn)行反向開孔，強(qiáng)化了氣液兩相的混合，有效地提高了填料的傳質(zhì)效率[27]。Envicon公司開發(fā)的Jalousiepacking系列規(guī)整填料，具有不易堵塞的特點(diǎn)[26]。類似的還有Koch公司開發(fā)出Flexipac系列規(guī)整填料、Raschig公司開發(fā)的Raschig-Superpak填料[25-26]。上海化工研究院開發(fā)的SM、SW、SC 和SB系列規(guī)整填料，已成功應(yīng)用在國內(nèi)多座塔器中，效果顯著[28]。隨著化工分離技術(shù)的發(fā)展，Sulzer公司在20世紀(jì)90年代末，開發(fā)出了Mellapak Plus系列規(guī)整填料，與Mellapak系列規(guī)整填料比較，具有更大的通量、更低的壓降，已廣泛應(yīng)用于化工分離裝置[29]。

1.2.2 散堆填料

散堆填料主要包括環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。拉西環(huán)[29]的開發(fā)成功，是填料塔進(jìn)入科學(xué)發(fā)展軌道的標(biāo)志。鮑爾環(huán)[29]通過在拉西環(huán)壁上開內(nèi)伸的舌葉窗孔，改善氣液兩相的流動狀況，有效地降低了填料壓降、提高了傳質(zhì)效率。Mass Transfer公司開發(fā)的階梯環(huán)填料（CMR）[28]，增加了側(cè)端翻邊，不但增加了空隙率，減小了氣體阻力，而且提高了填料的傳質(zhì)效率，使階梯環(huán)的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又前進(jìn)一步。清華大學(xué)開發(fā)的超級扁環(huán)填料[28]，用于液液萃取時(shí)，具有優(yōu)異的傳質(zhì)性能。鞍形填料[29]主要包括弧鞍形與矩鞍形兩種：鞍形填料的弧形通道可有效減小流體阻力，使鞍形填料的壓降更低；矩鞍環(huán)填料[29]將開孔環(huán)形填料和鞍形填料的優(yōu)點(diǎn)集合于一身，具有壓降小、通量大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是性能最優(yōu)良的散堆填料之一。球型填料[29]的優(yōu)點(diǎn)是堆積均勻，利于流體分布，多用于氣體吸收、凈化和除塵等化工過程。散堆填料向著空隙率逐漸增大、壓降逐漸減小和效率逐漸提高的方向發(fā)展。散堆填料較規(guī)整填料具有優(yōu)良的抗堵性能，其在氣體凈化、石油化工及焦化等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

2　流體力學(xué)性能

氣液兩相流場分布直接決定了精餾塔的效率。因此，對精餾塔內(nèi)氣液兩相流體力學(xué)的研究在塔器研究中占有舉足輕重的地位。

2.1 板式塔流體力學(xué)性能

2.1.1 塔板上氣液兩相流動狀態(tài)

塔板上氣液兩相的流動狀態(tài)，影響氣液間的傳熱效果和傳質(zhì)效率。研究者對氣液兩相的流動狀態(tài)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，不同研究者對氣液兩相流動狀態(tài)的劃分也不盡相同。其中應(yīng)用最廣泛的是HMP流態(tài)和HZ流態(tài)。HOFHUIS等[30]提出了HMP流態(tài)，HMP流態(tài)將塔板上兩相流動狀態(tài)劃分為鼓泡狀態(tài)、蜂窩狀泡沫狀態(tài)、泡沫狀態(tài)和噴濺狀態(tài)；HOFHUIS 和ZUIDERWEG[30]提出了HZ流態(tài)，HZ流態(tài)將塔板上兩相流動狀態(tài)劃分為自由鼓泡狀態(tài)、混合泡沫狀態(tài)、乳化狀態(tài)和噴濺狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)與理論研究表明，塔板在泡沫狀態(tài)和噴射狀態(tài)操作時(shí)，傳熱和傳質(zhì)效率最高。因此，工業(yè)生產(chǎn)中，精餾塔的操作狀態(tài)主要在這兩個(gè)狀態(tài)。

2.1.2 壓降

塔板壓降是評價(jià)塔板性能的重要指標(biāo)之一，塔板壓降影響精餾塔的操作性能、傳質(zhì)效率和生產(chǎn)能耗。塔板壓降包括干板壓降和濕板壓降，對此人們提出了多種計(jì)算模型。常用的干板壓降計(jì)算模型包括基于孔板模型、基于孔流系數(shù)模型和基于阻力系數(shù)模型3種。其中PRINCE關(guān)聯(lián)式是基于孔板模型[31]；ZUIDERWEG是在PRINCE基礎(chǔ)上提出的孔流系數(shù)計(jì)算模型[31]；STICHLMAIR和MERSMANN一起提出了阻力系數(shù)計(jì)算模型[32]。常用的濕板壓降計(jì)算模型包括加和式、準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式及氣速相關(guān)的3種經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。加和模型在工程設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，且以FRANCIS關(guān)聯(lián)式和FAIR關(guān)聯(lián)式應(yīng)用最為廣泛[33]。表1列出了各計(jì)算模型的主要計(jì)算公式。

2.1.3 漏液

精餾塔在氣相負(fù)荷下限操作時(shí)，塔板會發(fā)生漏液，漏液嚴(yán)重時(shí)會引起塔板間液相的返混，降低塔板效率，破壞精餾塔的正常操作。工程設(shè)計(jì)時(shí)，常以塔板漏液的10%作為精餾塔的操作下限[34-35]。塔板漏液與動能因子、塔板結(jié)構(gòu)、液流強(qiáng)度等因素有關(guān)。目前計(jì)算漏液的模型主要是經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，其中廣泛應(yīng)用的是LOCKETT等[36]提出的經(jīng)典關(guān)聯(lián)式以及黃潔和尚志等[37-38]提出的氣速關(guān)聯(lián)式。表2列出了各計(jì)算模型的主要計(jì)算公式。

2.1.4 霧沫夾帶

精餾塔在較高氣速下操作時(shí)，下一層塔板的液體會被氣體夾帶至上一層塔板，引起夾帶液泛，降低塔板效率，破壞精餾塔的正常操作。工程設(shè)計(jì)時(shí)，常以塔板霧沫夾帶的10%作為精餾塔的操作上限[39-40]。塔板上氣液兩相的夾帶機(jī)理極為復(fù)雜，致使霧沫夾帶在模型化方面仍然依靠經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。目前工程上廣泛應(yīng)用的模型是HUNT 法[41]和FAIR法[33]。ZUIDERWEG[31]在此基礎(chǔ)上提出了噴射態(tài)霧沫夾帶模型。表3列出了各計(jì)算模型的主要計(jì)算公式。

2.2 填料塔流體力學(xué)性能

填料塔的流體力學(xué)性能包括壓降、泛點(diǎn)及持液量等。壓降影響精餾塔的能耗，泛點(diǎn)影響精餾塔的通量，持液量則對壓降、效率和通量都有影響。

2.2.1 壓降

氣體通過填料床層的壓降隨氣速的變化關(guān)系，可以反映氣液兩相在填料層內(nèi)的流動狀態(tài)。散堆填料廣泛采用ECKERT通用關(guān)聯(lián)圖來計(jì)算壓降，該方法的平均計(jì)算誤差在20%以內(nèi)。規(guī)整填料常用SRP-Ⅱ模型和BILLET模型來計(jì)算壓降[42]。SRP-Ⅱ模型考慮了流體力學(xué)和傳質(zhì)性能的關(guān)聯(lián)，引入重力加速度項(xiàng)，提高了計(jì)算精度。BILLET模型基于填料表面氣液兩相作用機(jī)理，具有較好的通用性。近年來，研究人員基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象本質(zhì)，探究準(zhǔn)確的機(jī)理模型，取得了一定進(jìn)展。其中具有代表性的機(jī)理模型有HANLEY模型[43]、DELFT模型[44]和ILIUTA模型[45]，它們在準(zhǔn)確性、通用性和適用性方面得到了改善[42]。表4列出了各計(jì)算模型的主要計(jì)算公式。

表1 塔板壓降模型

表2 塔板漏液模型

表3 塔板霧沫夾帶模型

表4 填料壓降模型

2.2.2 液泛

泛點(diǎn)氣速是精餾塔的最大操作氣速，決定了精餾塔的處理能力，精餾塔的操作氣速高于泛點(diǎn)氣速時(shí)，精餾塔因液泛而不能正常操作，因此科研人員對填料塔的泛點(diǎn)氣速進(jìn)行了大量研究[46]。WOERLEE等[47]在構(gòu)建的斜交叉管道里，建立壓降與泛點(diǎn)氣速的聯(lián)系。HUTTON等[48]研究了濕壁塔和填料塔的關(guān)系，基于此探究了填料塔液泛機(jī)理。SHERWOOD等[49]做了大量水力學(xué)實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上研究了填料塔的載液和液泛現(xiàn)象，提出了等壓降線的概念。ECKERT等[50]在SHERWOOD等的基礎(chǔ)上對液泛線和等壓降線的關(guān)聯(lián)圖進(jìn)一步改進(jìn)，得到了壓降與液泛計(jì)算的通用關(guān)聯(lián)圖。BILLET等[51]基于垂直管流動模型，提出了液泛氣速的經(jīng)典模型。表5列出了各計(jì)算模型的主要計(jì)算公式。

2.2.3 持液量

持液量是指單位體積填料中，填料表面和空隙中包含的液體體積量。持液量包括動持液量、靜持液量和總持液量，其中總持液量是靜持液量和動持液量之和。持液量影響填料塔的效率、壓降和處理量，許多學(xué)者對此進(jìn)行了研究。GREEN等[52]運(yùn)用計(jì)算機(jī)X斷層掃描技術(shù)，研究了持液量沿填料軸向的變化情況，發(fā)現(xiàn)持液量在填料盤與盤的連接處是其它位置的2～3倍。KAISER[53]基于環(huán)形流動，研究了相間摩擦和局部阻力對持液量的影響，提出了一種描述填料塔里液體流動的方法。氣液兩相在填料塔中的持液量即與兩相流動相關(guān)，又與流體的物化性質(zhì)相關(guān)，過程非常復(fù)雜，迄今為止，持液量的計(jì)算只能依靠大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到的各種經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。其中應(yīng)用較為廣泛的模型有SPIEGEL模型、S-B-F模型及BILLET模型[51-52]，表6列出了各計(jì)算模型的主要計(jì)算公式。

表5 填料液泛模型

表6 填料持液量模型

3　傳質(zhì)性能

3.1 氣液傳質(zhì)理論

氣液兩相穿越界面的傳質(zhì)過程，受界面性質(zhì)、流體性質(zhì)、流動狀態(tài)等因素的影響，使氣液傳質(zhì)過程變得非常復(fù)雜。使傳質(zhì)系數(shù)的確定變得非常復(fù)雜，難以得到嚴(yán)格的數(shù)學(xué)解析式。研究者為簡化問題，基于假設(shè)條件，提出了不同的傳質(zhì)模型早些時(shí)期，研究者基于熱量傳遞的類似性，LEVICH等[54]提出了漩渦擴(kuò)散模型；LAMOUT和SCOTT[55]提出了漩渦池模型，以上兩種傳質(zhì)模型在工程上應(yīng)用的較少。直到20世紀(jì)20年代，Whitman提出雙膜理論模型，獲得了廣泛的應(yīng)用。雙膜理論基于下面3個(gè)假設(shè)條件：①氣液兩相間存在一個(gè)相界面，界面兩側(cè)有一層氣膜和液膜，膜內(nèi)傳質(zhì)為分子擴(kuò)散；②相界面處，氣液兩相處于動態(tài)平衡；③氣膜和液膜外為對流傳質(zhì)。雙膜理論模型將復(fù)雜的相間傳質(zhì)過程轉(zhuǎn)化為氣、液膜內(nèi)分子擴(kuò)散的過程，相間傳質(zhì)過程的阻力全體現(xiàn)在氣、液膜層里，氣、液膜層的阻力決定了傳質(zhì)過程的速率。雙膜理論模型用來描述流體速度不高的氣、液兩相間的傳質(zhì)過程，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。為了更準(zhǔn)確地描述高度湍流狀態(tài)下，氣液相間的傳質(zhì)過程，20世紀(jì)30年代中，HIGBIE[54]提出了溶質(zhì)滲透理論模型。該理論模型基于界面更新的假設(shè)，傳質(zhì)過程歸結(jié)為溶質(zhì)從相界面向流體主體逐漸擴(kuò)散的非穩(wěn)態(tài)過程。溶質(zhì)滲透理論模型對高度湍流狀態(tài)下傳質(zhì)的描述，較雙膜理論模型更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果。20世紀(jì)50年代初，DANCKWERTS[54]對HIGBIE的理論進(jìn)行了改進(jìn)，提出了表面更新理論模型，該理論模型假設(shè)溶質(zhì)在相界面的停留時(shí)間是不同的、更替是隨機(jī)的。表面更新理論模型預(yù)測的傳質(zhì)過程與溶質(zhì)滲透理論模型的結(jié)論具有一致性。20世紀(jì)50年代末，TOOR和MARCHELLO[54]結(jié)合雙膜理論和溶質(zhì)滲透理論模型的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了膜滲透理論模型，對上述理論模型進(jìn)行了改進(jìn)。隨著化工分離技術(shù)的進(jìn)步，新的傳質(zhì)理論模型不斷提出，雖然對實(shí)際生產(chǎn)過程具有一定的啟發(fā)和指導(dǎo)意義，但仍不能指導(dǎo)設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì)。表7列出了各計(jì)算模型的主要計(jì)算公式。

表7 傳質(zhì)理論模型

3.2 塔板的傳質(zhì)性能

科研工作者對板式塔的傳質(zhì)性能進(jìn)行了大量研究，包括對影響傳質(zhì)效率因素的研究和傳質(zhì)效率的測試等。為了矯正板間氣液返混、板上流體流動狀態(tài)對板效率的影響，引入了板效率，以此考察理論板與實(shí)際板之間的差異。板效率的獲得途徑主要有實(shí)驗(yàn)測試和經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式預(yù)測。實(shí)驗(yàn)測試的途徑主要有中試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、工廠實(shí)測數(shù)據(jù)和OLDSHAW微型精餾塔的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。描述板效率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式主要有O’CONNELL關(guān)聯(lián)式、朱汝瑾關(guān)聯(lián)式及VAN WINKLE關(guān)聯(lián)式等；描述板效率的模型研究方法主要有AIChE模型，其中O’CONNELL關(guān)聯(lián)式是工程上最常用的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，與實(shí)際裝置吻合較好[56]。張呂鴻等[57]對碳化硅浮閥塔板的傳質(zhì)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并且研究了開孔率、溢流堰高和動能因子對碳化硅浮閥塔板效率的影響。李鑫鋼等[58-62]開發(fā)出了新型泡沫碳化硅塔板，從微觀傳質(zhì)機(jī)理到宏觀傳質(zhì)效率層面，對碳化硅塔板的傳質(zhì)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，新型碳化硅塔板的傳質(zhì)效率明顯高于傳統(tǒng)塔板。表8列出了各計(jì)算模型的主要計(jì)算公式。3.3 填料的傳質(zhì)性能

科研工作者對填料傳質(zhì)性能的研究，主要包括對傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)速率的研究。氣液兩相在填料表面的傳質(zhì)過程非常復(fù)雜，使傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元高度的確定，難以得到嚴(yán)格的數(shù)學(xué)解析式，只能依靠經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。研究者為描述填料的氣液傳質(zhì)過程，提出了多種經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。BILLET和SCHULTES[63]基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了BILLET經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。FAIR等[64]對板波紋系列規(guī)整填料進(jìn)行了大量研究，提出了SRP經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式來描述氣液間的傳質(zhì)過程。OLUJIC等[44]提出了DELFT經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，描述具有規(guī)則幾何圖形規(guī)整填料的氣液傳質(zhì)過程。SHETTY和CERRO[65]提出了基于液膜流動的關(guān)聯(lián)式，用于指導(dǎo)填料塔的設(shè)計(jì)。CORNELL等[66]基于填料特性參數(shù)、操作參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)，提出了MONSANTO關(guān)聯(lián)式，來描述散堆填料的氣液傳質(zhì)過程。李鑫鋼等[67-69]對規(guī)整填料的傳質(zhì)性能進(jìn)行了詳細(xì)研究，并且開發(fā)出了泡沫碳化硅波紋規(guī)整填料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同比表面積的泡沫碳化硅波紋規(guī)整填料比金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料的效率高50%～120%。上面所述的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式以氣液傳質(zhì)理論為基礎(chǔ)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到，具有代表性的為BILLET關(guān)聯(lián)式、SRP關(guān)聯(lián)式和DELFT關(guān)聯(lián)式[70-71]。表9列出了以上3種經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的主要計(jì)算公式。

表8 塔板傳質(zhì)模型

4　計(jì)算流體力學(xué)在精餾塔研究中的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代，研究者開始用流體力學(xué)計(jì)算（CFD計(jì)算）技術(shù)研究精餾塔內(nèi)的流體流動狀況，現(xiàn)在，CFD計(jì)算技術(shù)已成為研究精餾塔內(nèi)氣液兩相流動和傳質(zhì)的重要工具。

4.1 CFD在塔板研究上的應(yīng)用

研究者運(yùn)用流體力學(xué)計(jì)算技術(shù)對塔板上氣液兩相流動狀況及傳質(zhì)進(jìn)行了研究，提出了多種計(jì)算模型，具有代表性的模型有擬單相流動模型、混合流動模型以及兩相流動模型[72-73]。20世紀(jì)90年代初，余國琮等[74-75]先將計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用于塔板的流體流動狀態(tài)研究。李建隆[76]最早基于擬單相流模型，建立了篩孔塔板的液相流場計(jì)算模型，后來經(jīng)YOSHIDA[77]、張敏卿[78]及劉春江[79]等的改進(jìn)，模型得到了完善。劉春江等改進(jìn)的擬單向流動模型，引入湍流動能k和湍流動能耗散率方程，大大提高了計(jì)算準(zhǔn)確性。目前，工程上廣泛應(yīng)用的計(jì)算模型為混合流動模型，該模型考慮了氣液兩相相互作用的影響，提高了計(jì)算精度。ELGHOBASHI等[80]提出的兩相流動模型，具有較高的計(jì)算精度，但是模型非常復(fù)雜，限制了應(yīng)用的廣泛性。袁希鋼等[81]在兩相流動模型基礎(chǔ)上，在動量方程中引入了氣體的作用，基于篩孔塔板，提出了二維兩相流動模型，提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性。GESIT等[82]用商用CFD軟件，對大直徑精餾塔進(jìn)行了流體力學(xué)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，水力學(xué)性能與FRI的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。高國華[83]對新型多孔泡沫碳化硅塔板，建立了多孔介質(zhì)-多相流模型，用來描述新型多孔介質(zhì)塔板的流體流動狀態(tài)。另外，李鑫鋼等[84]對一種新型固定塔板進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與模擬研究，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果一致，表明了所建立模型的正確性。目前，CFD計(jì)算被廣泛用于研究塔板的水力學(xué)及傳質(zhì)性能，指導(dǎo)塔板的設(shè)計(jì)工作[84-86]。不足之處，現(xiàn)有流體力學(xué)計(jì)算模型，不能準(zhǔn)確地描述湍流狀態(tài)氣液兩相的相互作用，相信隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，上述問題會被完美解決并提出更科學(xué)的計(jì)算模型。

表9 填料傳質(zhì)模型

4.2 CFD在填料研究上的應(yīng)用

液體在填料表面的分布狀況對填料的傳質(zhì)效率具有較大的影響。研究者運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)對填料表面氣液兩相的流動狀態(tài)和傳質(zhì)性能進(jìn)行了研究。氣液兩相在填料表面的流動狀況包括氣相連續(xù)狀態(tài)、混合狀態(tài)和鼓泡狀態(tài)3種狀態(tài)。3種流動狀態(tài)隨液相流量的增大，依次變化。液相流量較小時(shí)，液相作為分散相，沿填料表面向下流動；液相流量逐漸增大后，流動狀態(tài)變?yōu)榛旌蠣顟B(tài)，氣液兩相均為連續(xù)相；液相流量繼續(xù)增大，流動狀態(tài)變?yōu)楣呐轄顟B(tài)，此時(shí)氣相變?yōu)榉稚⑾?，以鼓泡的形式穿過填料。液體噴淋到填料頂端，靠重力作用沿填料表面形成一層潤濕液膜。填料表面的潤濕，是填料成為有效傳質(zhì)界面的首要條件。工程上，常常采用輕度氧化法，在填料表面生成一層氧化膜，降低界面張力，改善液體的潤濕性能，提高氣液傳質(zhì)效率。保證填料表面充分潤濕的情況下，液膜厚度越薄，傳質(zhì)效率越高。液膜厚度與氣液兩相接觸的曳力和氣速有關(guān)。氣速越大，曳力越大，液膜越厚，傳質(zhì)效率越低。余國琮等[74]基于嚴(yán)格的N-S方程、簡化的邊界條件，對填料塔氣液兩相流動及傳質(zhì)過程進(jìn)行了流體力學(xué)計(jì)算。后來，余國琮等[87-88]基于MERSH方程組，對填料塔內(nèi)流體軸向返混現(xiàn)象進(jìn)行了研究，提出了二維混合池隨機(jī)模型和三維混合池模型，描述填料塔內(nèi)流體流動和傳質(zhì)特性。張鵬[89]基于多孔介質(zhì)理論，提出了適用于單相流和兩相流的流體輸送方程，用商用CFD軟件對模型進(jìn)行了求解。FERNANDES等[90]基于絲網(wǎng)規(guī)整填料的波紋結(jié)構(gòu)，繪制相應(yīng)的網(wǎng)格作為求解域，對填料壓降和流體流場分布進(jìn)行了研究，計(jì)算結(jié)果表明，干填料壓降和濕填料壓降的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。

5　塔器大型化

5.1 塔器大型化的發(fā)展

近年來，隨著千萬噸煉油、百萬噸乙烯、甲醇制烯烴等大型石油化工、煤化工項(xiàng)目的建設(shè)發(fā)展，推動了精餾塔的大型化進(jìn)程。精餾過程大型化也是現(xiàn)代化工行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，對降低裝置能耗、提高設(shè)備效率、減少廢物排放、優(yōu)化系統(tǒng)格局等方面具有重要意義[91]。

精餾過程大型化，面臨一系列的科學(xué)和工程難題。分離方面，塔器的大型化引起氣液兩相的接觸狀態(tài)改變，影響塔內(nèi)的熱量、質(zhì)量傳遞過程，降低塔的分離效率；內(nèi)件結(jié)構(gòu)方面，塔器的大型化對塔內(nèi)件的水平度、強(qiáng)度、流體分布等提出了更高的要求。有效地解決塔器大型化所帶來的分離方面和內(nèi)件結(jié)構(gòu)方面的技術(shù)難題，是一項(xiàng)復(fù)雜而又艱巨的課題。

5.2 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展

在工程實(shí)踐中，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展以及計(jì)算流體力學(xué)理論的逐步完善，數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)逐漸成為指導(dǎo)大型塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、問題診斷及優(yōu)化的有力工具，并逐步向計(jì)算機(jī)集成化過程系統(tǒng)發(fā)展。

5.2.1 化工過程模擬技術(shù)

化工過程模擬技術(shù)基于氣液分離過程的MESH方程組，綜合化工熱力學(xué)、化工單元操作、化學(xué)反應(yīng)等基礎(chǔ)科學(xué)，建立化工過程仿真數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，得到所需的工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[75]?；み^程模擬技術(shù)在塔器設(shè)備尺寸估算、工藝及操作參數(shù)優(yōu)化等方面發(fā)揮重要作用，為塔器等設(shè)備的定型、選材、載荷估算等提供必要的技術(shù)支撐[92-96]。

現(xiàn)在工程上廣泛使用的流程模擬軟件主要有Aspen Tech公司的Aspen Plus、Simulation Science公司的Proll和Hyprotech公司的Hysis（已被Aspen收購），其中最具代表性的是Aspen Plus。Aspen Plus是集化工模擬、優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)評價(jià)于一體的大型流程模擬軟件，為用戶提供了完整的單元操作模型，也是唯一能處理電解質(zhì)和固體的流程模擬軟件。Aspen Plus主要包括以下三部分。

（1）物性數(shù)據(jù)庫 Aspen Plus的數(shù)據(jù)庫主要包括Aspen Tech自己開發(fā)的Aspen CD和美國化工協(xié)會提供的DIPPR，其中包含了1773種有機(jī)物、2450種無機(jī)物、3314種固體和900種電解質(zhì)的物性數(shù)據(jù)。

（2）單元操作模型 Aspen Plus中包含多種單元操作模塊，混合器、閃蒸罐、萃取器、換熱器、萃取塔、精餾塔、反應(yīng)器等，通過模塊之間的組合，構(gòu)建用戶所需的流程。

（3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略 Aspen Plus以交互圖形界面來輸入數(shù)據(jù)-計(jì)算結(jié)果-查看結(jié)果，采用序貫?zāi)K法來求解。

余國琮等[97-98]提出了二維定數(shù)混合池模型與三維非平衡混合池模型，三維非平衡混合池模型是在前者的基礎(chǔ)上提出的，完全取消了“全混級”和“理論級”假設(shè)，計(jì)算結(jié)果更加貼近實(shí)際過程。許錫恩等[99]以DMF為萃取劑，對丁二烯萃取精餾裝置進(jìn)行了全流程模擬，全流程模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際裝置數(shù)據(jù)偏差很小，表明其建立的模型準(zhǔn)確性較好。工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中不可避免地受到各種因素的擾動，使得操作參數(shù)和過程變量隨著發(fā)生變化，因此對精餾過程的動態(tài)行為研究具有重要意義。宋海華等[100]建立了6種非穩(wěn)態(tài)精餾模型，并進(jìn)行了開環(huán)響應(yīng)模擬計(jì)算，結(jié)果表明，塔內(nèi)的非平衡效應(yīng)對精餾塔的動態(tài)行為具有較大影響。

5.2.2 三維可視化設(shè)計(jì)技術(shù)

可視化設(shè)計(jì)是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將科學(xué)計(jì)算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)[101]。

（1）流體可視化技術(shù) 在精餾過程大型化的過程中，填料塔內(nèi)的氣液分布、板式塔的液面梯度及塔進(jìn)料預(yù)分布等工程技術(shù)問題，均可通過CFD技術(shù)得到很好的解決。李鑫鋼等[73]論述了CFD技術(shù)在板式塔、填料塔中兩相流動的流體力學(xué)模型進(jìn)展以及CFD技術(shù)在塔板、填料及氣液分布器流場模擬中的應(yīng)用。劉德新等[102]利用CFD技術(shù)對篩孔塔板氣液兩相流流程進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，證明所建立的CFD模型，能夠較好地描述篩孔塔板上氣液兩相流的流動情況。天津大學(xué)精餾中心通過CFD計(jì)算，對雙切向環(huán)流式氣體分布器進(jìn)行了改進(jìn)，有效地消除了上升氣體對的旋流和渦流，并成功用于金山石化800萬噸/年的減壓塔中。隨著理論研究的深入，CFD技術(shù)在精餾塔的研究與設(shè)計(jì)方面將發(fā)揮更大的作用。

（2）力學(xué)性能可視化技術(shù) 大型塔器對塔內(nèi)件的剛度、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的要求較高，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用計(jì)算力學(xué)軟件對大型塔內(nèi)件的力學(xué)性能分析和優(yōu)化已成為可能。ANSYS集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真、優(yōu)化于一體，可計(jì)算塔內(nèi)件在操作溫度和流場下的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和可靠性，能夠有效地指導(dǎo)精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化內(nèi)件結(jié)構(gòu)，降低材料消耗，提高設(shè)計(jì)效率，保證工藝要求[103]。李鑫鋼等[101]做了大量的工作，實(shí)現(xiàn)了精餾塔的三維結(jié)構(gòu)和流體流態(tài)可視化，使精餾塔的設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)可靠。楊鎧銓[104]基于ANSYS建模分析軟件，以北京燕山石化分公司煉油廠的延遲焦化焦炭塔為研究對象，取得了更加具有普適型的結(jié)構(gòu)可靠性成果。

（3）結(jié)構(gòu)可視化技術(shù) 可視化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)把化工設(shè)備以三維實(shí)體結(jié)構(gòu)直觀展現(xiàn)給設(shè)計(jì)者，使設(shè)計(jì)過程更直觀、更靈活，實(shí)現(xiàn)塔器的可視化裝配，顯著提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低成本，有利于元件的數(shù)控加工、美工處理、裝配干涉檢查，大大提高了設(shè)計(jì)效率[105]。陳利等[106]認(rèn)為，三維可視化設(shè)計(jì)可使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塔內(nèi)件設(shè)備一目了然，如大型塔設(shè)備中經(jīng)常使用的氣體進(jìn)料分布器，如果采用常規(guī)二維設(shè)計(jì)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)很難理解。

5.3 大型塔器塔內(nèi)件技術(shù)

5.3.1 大型塔盤技術(shù)

我國大型塔盤的技術(shù)進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：新型高效塔盤的研發(fā)與應(yīng)用；塔盤整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用；塔盤流體力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

新型高效塔盤技術(shù)主要采用多降液管技術(shù)、導(dǎo)向推液技術(shù)、波紋篩板技術(shù)和垂直篩板技術(shù)等，改善塔盤氣液接觸狀態(tài)及液流狀態(tài)，降低塔盤液面梯度、消除滯留區(qū)及傳質(zhì)死區(qū)，提高塔盤的傳質(zhì)傳熱效率。高光英等[107]針對茂名640kt/a乙烯裝置汽油急冷生產(chǎn)要求和特點(diǎn)，采用導(dǎo)向梯形固閥等技術(shù)，各項(xiàng)主要控制指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)值，經(jīng)濟(jì)效益得到了很大的提高。宋啟祥等[108]研制出TD、SP塔板，可以有效改善大型塔板的液流狀態(tài)，提高傳質(zhì)效率，并將其成功應(yīng)用于φ5000mm常壓塔和φ5400mm焦化分餾塔上，效果良好。齊魯分公司勝利煉油廠[109]在1.4Mt/a加氫裂化裝置低分氣脫硫塔中，采用立體傳質(zhì)塔盤（CTST）取代原浮閥型塔盤，低分氣脫硫塔的設(shè)計(jì)氣相負(fù)荷由5500m3/h提高到6000～14000m3/h，脫硫塔出口氣相的硫化氫含量小于10μL/L，每月實(shí)際多回收氫氣59.5t，每年所創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)550萬元。

大型塔盤的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要針對塔盤的支撐結(jié)構(gòu)。由于大型塔盤的跨度和重量較大，若塔盤支撐結(jié)構(gòu)的剛度不足，容易引起塔盤板的形變及垂直位移，出現(xiàn)“偏流”、“滯留”甚至“干板”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響塔盤效率；此外，塔盤支撐結(jié)構(gòu)選擇不當(dāng)會占用過多的塔盤板鼓泡區(qū)和氣相分布空間，甚至產(chǎn)生氣液接觸盲區(qū)，干擾氣相分布和液體流動。姜斌等[110]提出了一種大型塔器桁架支撐梁技術(shù)，并將該技術(shù)成功用于高橋減壓塔上，該技術(shù)一托二用在乙烯急冷塔上。

塔盤流體力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括采用實(shí)驗(yàn)分析及CFD模擬手段對塔盤的具體結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在早期的研究工作中，主要通過實(shí)驗(yàn)測定塔盤上液體的停留時(shí)間，分析塔盤上的液流狀態(tài)及流動型式，用以指導(dǎo)塔盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。余國琮等[111]采用多點(diǎn)的電導(dǎo)連續(xù)測量及微型機(jī)采集和處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，用脈沖-響應(yīng)技術(shù)測得了單、雙溢流篩板上的液體停留時(shí)間分布，并建立數(shù)學(xué)模型來計(jì)算塔板上液體濃度分布和塔板效率。黃潔等[112]提出了改善塔板流動狀態(tài)的3種結(jié)構(gòu)措施，采用導(dǎo)流板或帶缺口的入口堰，開孔的高堰或兩種結(jié)構(gòu)的結(jié)合，使板上液體流動均勻，大大提高了板效率。

近年來，隨著CFD理論的發(fā)展，研究者采用CFD技術(shù)優(yōu)化塔盤結(jié)構(gòu)，并取得了一定成果。劉德新等[113]利用CFD技術(shù)考察了液流強(qiáng)度、堰徑比兩對塔板液流情況的影響，模擬計(jì)算了改進(jìn)塔板液流情況的兩種方法，可以很好的達(dá)到過程優(yōu)化的目的。張澤廷等[114]認(rèn)為，塔板濃度梯度和塔板效率的大小因停留時(shí)間分布的不同而不同，經(jīng)合理假設(shè)，得出塔板液體濃度分布以及塔板效率的公式及計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)上實(shí)驗(yàn)值相比較基本符合。趙丹等[115]利用計(jì)算傳質(zhì)學(xué)方法研究了直徑12.6m的四溢流大型塔板上液相流動結(jié)構(gòu)對塔板效率的影響，發(fā)現(xiàn)模擬的四溢流塔板的左側(cè)翼塔板出現(xiàn)返流區(qū)，通過加設(shè)導(dǎo)流板在一定程度上改善了塔板上液相的流動狀態(tài)，使得塔板效率較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法提升了4.53%～9.22%。

5.3.2 大型填料塔氣液分布器

國內(nèi)外學(xué)者對流體在塔內(nèi)的均布程度對塔傳質(zhì)性能的影響進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，良好的氣液初始分布是保證大型填料塔高效穩(wěn)定操作的關(guān)鍵，特別是對于大直徑、淺床層、低壓降的填料塔。因此，液體分布器和氣體分布器的設(shè)計(jì)成為了開發(fā)大型填料塔的核心問題[116-117]。

（1）預(yù)分布管 大型液體分布器上方通常設(shè)置預(yù)分布管，對進(jìn)料或回流液體進(jìn)行預(yù)分布。預(yù)分布管內(nèi)流體的流動狀況復(fù)雜多變，要求分布管能夠平衡、消除和抑制分流帶來的影響。在預(yù)分布管的設(shè)計(jì)中，需選擇適宜的支管數(shù)目與孔徑，在保證液體均勻分布的同時(shí)避免因進(jìn)料而產(chǎn)生過大的橫向速度和液面梯度，引起液面波動甚至使液體溢出一級槽。秦婭等[80]利用CFD模擬計(jì)算對預(yù)分布管的孔徑進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)采用變孔徑預(yù)分布管時(shí)，其分布均勻性可得到明顯的改善。張文卿[118]考察了預(yù)分布管開孔方式對液體均布性能的影響，通過實(shí)驗(yàn)研究及CFD模擬發(fā)現(xiàn)，通過改變分布管的開孔方式及增加卸壓孔能有效提高預(yù)分布管的分布效果。

（2）槽式液體分布器 槽式液體分布器是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的液體分布器，根據(jù)液體分配次數(shù)可以將其分成一級、二級和多級槽式液體分布器。目前，應(yīng)用在大型填料塔中的槽式液體分布器多采用側(cè)壁布孔的抗堵設(shè)計(jì)，一級槽及二級槽均設(shè)置緩沖板，減少液面波動對液體分布的影響；此外，二級槽兩側(cè)設(shè)有垂直布液板，將點(diǎn)分布變?yōu)榫€分布[103]，并與預(yù)分布管配合使用，提高分布效果及操作穩(wěn)定性。周海鷹等[119]利用CFD模擬考察了槽式液體分布器的均布性能。王麗華等[120]對槽式液體分布器的初始布液狀況進(jìn)行了數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究，對槽式液體分布器的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到了指導(dǎo)作用。王一軍等[121]研制出一種新型槽式液體分布器，分布器分布孔的孔流系數(shù)取值范圍在0.7～0.73之間，并設(shè)置液面穩(wěn)定器，分布孔布置靈活，布液密度超過150點(diǎn)/m2，液體分布均勻穩(wěn)定。中國石化工程建設(shè)公司[117]在對600kt/a乙烯裝置的改造擴(kuò)建中，優(yōu)化了多級槽式分布器的設(shè)計(jì)模型，并開發(fā)設(shè)計(jì)了懸掛式二級窄槽液體分布器，該液體分布器具有優(yōu)化溢流點(diǎn)分布、緩沖式多級槽設(shè)計(jì)、升氣區(qū)面積占塔截面積50%以上、懸掛式支撐結(jié)構(gòu)、較低的占位、結(jié)構(gòu)簡單和易于安裝調(diào)平的特點(diǎn)，并將設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于中原乙烯急冷油塔、燕山乙烯急冷油塔的擴(kuò)改建項(xiàng)目中。

（3）槽盤式氣液分布器 槽盤式液體分布器是盤式液體分布器的發(fā)展，在此基礎(chǔ)上天津大學(xué)開發(fā)出了熱補(bǔ)償式，可以克服操作溫度的限制。胡暉等[105]認(rèn)為槽盤式氣液分布器不僅適用的操作彈性范圍寬、抗堵能力強(qiáng)，還可同時(shí)起到集液、氣體分布、液體分布和側(cè)線采出的功能。在液體負(fù)荷較大、易堵塞物系的處理以及塔的空間占位緊張、有閃蒸進(jìn)料等特殊場合發(fā)揮重要作用。陳富榮等[122]利用CFD模擬驗(yàn)證了槽盤式氣液分布器的氣體均布性能。1998年，烏魯木齊石油化工總廠設(shè)計(jì)院與天津大學(xué)化學(xué)工程研究所共同協(xié)作，對烏魯木齊石化公司的減壓塔進(jìn)行改造升級，采用新型的槽盤式氣液分布器、槽式液體分布器及帶捕液吸能器的雙切向環(huán)流進(jìn)料分布器，改造后裝置處理量提高了20%，蠟油收率提高了2.42%[123]。茂名石化、高橋石化、齊魯石化、上海石化及鎮(zhèn)海煉化等公司的減壓塔都采用了該項(xiàng)新技術(shù)，其中高橋石化800萬噸/年潤滑油型減壓塔（10200mm），為當(dāng)時(shí)國內(nèi)直徑最大的填料塔[124]。

（4）雙切向環(huán)流進(jìn)氣分布器 該種進(jìn)氣初始分布器是在單切向進(jìn)氣分布器基礎(chǔ)上研制出的一種性能優(yōu)良的導(dǎo)流式進(jìn)氣分布器，由弧形通道、弧形導(dǎo)流板、塔底空間和分布器上方均布空間共同作用對進(jìn)料氣體進(jìn)行均勻分布。20世紀(jì)90年代初，雙切向環(huán)流進(jìn)氣分布器成功地應(yīng)用于國內(nèi)φ8200潤滑油型減壓塔中，1996年，Sulzer公司在某煉油廠減壓塔中也采用了該分布器。該分布器的缺點(diǎn)是其向下沖擊力較大，其軸向上返氣容易產(chǎn)生嚴(yán)重的霧沫夾帶。張呂鴻、金紅杰等[125-126]利用CFD對分布器的流場規(guī)律進(jìn)行模擬，并通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)對分布器的分布效果進(jìn)行強(qiáng)化。

在雙切向環(huán)流進(jìn)氣分布器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，增設(shè)捕液吸能器能基本上消除液相的夾帶，也使進(jìn)入塔內(nèi)的氣體上返后更加均勻，這對于大直徑的塔器可以更好地發(fā)揮填料及塔板的效率，進(jìn)料閃蒸空間高度也大大降低，該改進(jìn)型分布器已經(jīng)在中國石化齊魯股份有限公司烯烴720kt/a乙烯裝置汽油分餾塔項(xiàng)目中成功應(yīng)用[127]。中國石化高橋分公司800萬噸/年大型減壓蒸餾塔直徑達(dá)到10.2m，為當(dāng)時(shí)國內(nèi)最大處理能力塔器。該塔集成了變孔徑預(yù)分布管、槽式液體分布器、雙切向環(huán)流擋板式進(jìn)氣分布器、桁架式支撐梁、ZUPAC填料等大型化關(guān)鍵技術(shù)[91]。

（5）雙列葉片氣體分布器 雙列葉片式氣體分布器具有結(jié)構(gòu)簡單、入口阻力小、氣體分布效果好等優(yōu)點(diǎn)，在大型填料塔乃至大型板式塔中均有廣泛的應(yīng)用。李旭光等[128-129]應(yīng)用CFD軟件研究了雙列葉片式氣體分布器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其分布性能的影響，可用于指導(dǎo)雙列葉片式氣體分布器及其同類產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)。

5.3.3 大型內(nèi)件支撐裝置

大型塔器支承裝置的設(shè)計(jì)對填料及塔板效率影響很大，支撐裝置的強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)的合理性不僅影響到塔盤和液體分布器的水平度，還影響到填料層下端氣液分布的端效應(yīng)，因而對內(nèi)件的支撐結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。

近年來，在傳統(tǒng)支撐梁的基礎(chǔ)上發(fā)展出了一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及型式新穎的支撐結(jié)構(gòu)。李鑫鋼等[110]最早提出了大型塔器桁架支撐梁技術(shù)，首次應(yīng)用在高橋石化減壓塔上。逄金娥等[130]認(rèn)為桁架支承梁具有強(qiáng)度高、撓度小、透氣性好等優(yōu)點(diǎn)，用STAADPRO軟件大型對塔器桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，用ANSYS軟件對桁架支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證梁的強(qiáng)度、剛度要求前提下，通過調(diào)整各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)使得桁架的重量最輕。閆晶怡[131]認(rèn)為，桁架設(shè)計(jì)與普通工字鋼梁相比，可實(shí)現(xiàn)氣體的橫向混合，減少氣相流動阻力，改善大支承梁造成的氣流旋流、沖擊而影響塔板及填料性能發(fā)揮的缺點(diǎn)，其在國內(nèi)某潤滑油型常減壓蒸餾的減壓塔中采用桁架設(shè)計(jì)，該減壓塔中φ10200mm、φ8400mm直徑段及塔體變徑段中的集油箱和填料均采用了桁架支撐，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。劉艷珍[132]從截面組合形式、桁架梁高度以及腹桿對數(shù)三方面對跨度為11000mm的桁架梁進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)及局部補(bǔ)強(qiáng)，探索了桁架梁在大型塔中理論分析加異材縮微實(shí)驗(yàn)用于確定最優(yōu)桁架結(jié)構(gòu)的方法，得到了沿跨度方向的應(yīng)變、應(yīng)力分布規(guī)律，失效力學(xué)機(jī)制并明確了缺陷對桁架梁力學(xué)性能的影響。

桁架支承梁具有強(qiáng)度高、撓度小、透氣性好等優(yōu)點(diǎn)，改善了大支承梁造成的氣流旋流、沖擊而影響塔板及填料性能發(fā)揮的缺點(diǎn)，同時(shí)可減少金屬質(zhì)量，桁架支撐梁已成為相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用及研究的焦點(diǎn)。

6　精餾過程節(jié)能技術(shù)

6.1 精餾過程典型節(jié)能技術(shù)

6.1.1 精餾操作過程的最優(yōu)化

精餾操作過程的節(jié)能措施主要包括對回流比、操作壓力和進(jìn)料位置等參數(shù)的優(yōu)化?；亓鞅仁蔷s塔重要的操作參數(shù)，改變回流比，直接導(dǎo)致能耗的增大或降低。工程上采用TAC作為目標(biāo)函數(shù)，對回流比和塔板數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，精餾塔在最優(yōu)的條件下操作時(shí)，能夠降低能耗20%[7]。降低精餾塔的操作壓力，可以減小系統(tǒng)有效能損失，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[75]。但對于輕烴、氣分等工藝流程，進(jìn)行加壓精餾操作，可以提高塔頂溫度，省去冷凍介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。選擇最優(yōu)的進(jìn)料位置，可以降低塔內(nèi)的氣液相的反混程度，降低分離難度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

6.1.2 熱泵精餾節(jié)能技術(shù)

熱泵精餾通過消耗機(jī)械功，提高精餾塔塔頂蒸汽的品位，為精餾塔塔釜提供熱量。熱泵精餾分為機(jī)械式熱泵、吸收式熱泵和噴射式熱泵3種，其中廣泛應(yīng)用的是機(jī)械壓縮式熱泵精餾，表10列出了3種形式熱泵的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)工質(zhì)工作的特點(diǎn)，熱泵又可分為閉式熱泵和開式熱泵，表11列出了兩者的優(yōu)缺點(diǎn)[133-134]。

20世紀(jì)80年代末，Sulzer將熱泵精餾技術(shù)用在苯乙烯裝置中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能70%的效果[135]。RANADE等[136]指出機(jī)械壓縮式熱泵精餾是最經(jīng)濟(jì)的方式。FONYO等[137]指出，機(jī)械壓縮式熱泵精餾與常規(guī)精餾比較，能夠降低能耗80%。

6.1.3 增設(shè)中間再沸器和中間冷凝器的節(jié)能技術(shù)

傳統(tǒng)精餾過程，熱量從再沸器輸入，從冷凝器輸出。再沸器和冷凝器的溫差過大，造成精餾塔的?損失較多，熱力學(xué)效率較低。在塔中增設(shè)中間再沸器和中間冷凝器，能夠降低冷劑和熱源的品位，較少?的損失，提高塔的熱力學(xué)效率[138]。與之相對的是，精餾塔的操作線更靠近平衡線，傳遞過程的推動力更小，相同分離任務(wù)需要的塔板數(shù)增加[139]。增設(shè)中間換熱器還可以調(diào)整塔內(nèi)氣液相負(fù)荷的改變，改善塔內(nèi)的熱量平衡，改善塔的分離效果。中間換熱器廣泛應(yīng)用在石油化工中，如原油煉制中常減壓塔增設(shè)3～4個(gè)中間換熱器；乙烯裝置中脫甲烷塔增設(shè)中間再沸器較常規(guī)精餾，能夠降低能耗17%。

表10 精餾過程中各類型熱泵特點(diǎn)

表11 開式和閉式熱泵的比較

6.1.4 精餾過程熱量回收利用

常規(guī)的精餾過程，熱量由蒸汽經(jīng)再沸器輸入，余熱由冷卻水從冷凝器移出，存在大量的能量浪費(fèi)。有效利用分離余熱，能降低系統(tǒng)能耗。精餾過程的余熱回收包括顯熱回收和潛熱回收。顯熱回收包括顯熱直接利用回收、顯熱轉(zhuǎn)換為潛熱利用回收；潛熱回收主要包括用蒸汽發(fā)生器代替冷凝器、冷凝水回收等措施。

6.2 精餾過程耦合節(jié)能技術(shù)

6.2.1 多效精餾節(jié)能技術(shù)

熱集成節(jié)能技術(shù)已成功應(yīng)用于精餾過程、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程和化學(xué)反應(yīng)過程[140]。精餾過程常用的熱集成節(jié)能方式有：①同一精餾塔冷凝器和再沸器之間的熱集成；②冷凝器、再沸器和系統(tǒng)外熱源的熱集成；③不同精餾塔冷凝器和再沸器之間的熱集成。目前，精餾過程廣泛應(yīng)用的熱集成方式為第3種，即多效精餾節(jié)能技術(shù)。

多效精餾的原理是多次重復(fù)利用供給精餾塔的熱量，多效精餾的效數(shù)越多，節(jié)能效果越明顯。理論上，以單塔精餾為基準(zhǔn)，雙效精餾的節(jié)能效果為50%，三效精餾的節(jié)能效果可達(dá)67%，四效精餾的節(jié)能效果能達(dá)到75%。與之相對的是，精餾效數(shù)的增加會引起設(shè)備投資大幅增加。所以，精餾的效數(shù)是由節(jié)能效果和設(shè)備投資共同決定的。

工程上，廣泛應(yīng)用的多效精餾技術(shù)為雙效精餾和三效精餾。雙效精餾按進(jìn)料流動方向的不同，可以分為并流型、逆流型、分流型和混流型。多效精餾在應(yīng)用時(shí)需考慮以下因素：①效數(shù)受第一級加熱介質(zhì)溫度和末級冷卻介質(zhì)溫度的限制；②各塔保持足夠的溫差，維持熱量傳遞的推動力；③效數(shù)越多，操作難度越大，控制系統(tǒng)更加復(fù)雜[141]。

6.2.2 熱耦合精餾節(jié)能技術(shù)

20世紀(jì)60年代，PETLYUK等[142]首先提出熱耦合精餾的概念，用于多元物系的分離。熱耦合精餾在熱力學(xué)上最接近可逆過程，是最理想的精餾模型，既能降低過程能量消耗又能節(jié)省設(shè)備投資。隔板塔在熱力學(xué)上與熱耦合精餾塔等價(jià)，隔板塔不僅可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能30%，而且可以降低設(shè)備投資30%，另外隔板塔可以節(jié)約安裝空間[143-149]。隔板塔的應(yīng)用范圍越來越廣，已從最初分離輕、重組分含量較小的三元物系，逐漸演變?yōu)榉蛛x烴類、醇類、醛類、酮類、縮醛類和胺類等混合物。根據(jù)熱耦合方式的不同（隔板位置的不同），熱耦合精餾塔分為3種基本形式[150]。

（1）與完全熱耦合精餾塔（PETLYUK）等價(jià)的隔板塔 該種形式隔板塔的中間安裝一塊隔板，將精餾塔分為兩部分。該塔通過調(diào)整液相分配比和氣相分配比控制進(jìn)入兩側(cè)的液體回流量和汽相流量，圖1給出了其流程示意圖。

（2）與側(cè)線精餾塔等價(jià)的隔板塔 該種形式隔板塔的特點(diǎn)是隔板上部和塔體連在一起，圖2給出了其流程示意圖。該塔沒有液相分配比，只有汽相分配比，只能調(diào)整進(jìn)入隔板兩側(cè)的汽相流量。

（3）與側(cè)線汽提塔等價(jià)的隔板塔 該種形式隔板塔的特點(diǎn)是隔板底部與塔體連在一起，塔中沒有汽相分配比，只有液相分配比，通過調(diào)整液相分配比改變進(jìn)入隔板兩側(cè)的液相的流量，圖3給出了流程示意圖。

近年來，學(xué)者們開始將隔板塔技術(shù)應(yīng)用于特殊精餾，例如萃取精餾、共沸精餾、反應(yīng)精餾等領(lǐng)域，與之相對應(yīng)的出現(xiàn)萃取精餾隔板塔、共沸精餾隔板塔和反應(yīng)精餾隔板塔。萃取精餾隔板塔將萃取精餾與隔板塔技術(shù)耦合在一起，也可以達(dá)到降低能耗減少投資的效果，XIA等[151]研究了甲醇/甲縮醛體系萃取隔板塔的設(shè)計(jì)與控制，指出氣相分配比對抵制進(jìn)料組成擾動具有重要作用。共沸精餾隔板塔將共沸精餾與隔板塔技術(shù)耦合在一起，只是隔板位置與萃取隔板塔的隔板位置不同，萃取隔板塔在上部，共沸隔板塔在下部。反應(yīng)精餾隔板塔將反應(yīng)精餾和隔板塔兩者的優(yōu)勢結(jié)合在一起，進(jìn)一步強(qiáng)化了傳質(zhì)過程。MUELLER等提出了一個(gè)兩步法分解反應(yīng)隔板塔為簡單精餾塔的方法，大大降低了反應(yīng)隔板塔的設(shè)計(jì)難度[152]。AN等[153]研究了乙酸甲酯反應(yīng)隔板塔的設(shè)計(jì)與控制，并且建立了兩各控制結(jié)構(gòu)，并分別研究了各自的動態(tài)控制性能，并指出改進(jìn)的控制結(jié)構(gòu)具有較好的動態(tài)性能。CHIEN等[154]分析了萃取精餾隔板塔的節(jié)能效果，指出萃取精餾隔板塔與傳統(tǒng)兩塔流程所用蒸汽品位等級相同時(shí)，萃取精餾隔板塔能夠有效降低操作費(fèi)用。

圖1 完全熱耦合精餾塔與等價(jià)的隔板塔

圖2 部分熱耦合側(cè)線精餾塔與等價(jià)的隔板塔

圖3 部分熱耦合側(cè)線汽提塔與等價(jià)的隔板塔

6.3 精餾過程流程節(jié)能技術(shù)

6.3.1 分離順序的優(yōu)化

流程節(jié)能技術(shù)基于流程重構(gòu)原理，運(yùn)用流程分析與重構(gòu)理論，改變精餾系統(tǒng)分離序列。對能量與流量進(jìn)行合理匹配與耦合，降低過程的不可逆性，最大限度地降低過程能耗。分離順序優(yōu)化是過程系統(tǒng)工程的研究領(lǐng)域之一，提出了熱力學(xué)分析法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法和人工智能技術(shù)等研究方法。然而，精餾過程的綜合問題仍未得到很好解決，需要進(jìn)一步的研究。

6.3.2 換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化

換熱網(wǎng)絡(luò)是由加熱器、冷卻器和換熱器等組成的換熱系統(tǒng)，是化工過程能量傳遞的重要組成部分。換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化就是找出系統(tǒng)最優(yōu)的換熱溫差，滿足系統(tǒng)換熱要求，使系統(tǒng)的設(shè)備投資和操作投資最小。換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方法包括3類：①夾點(diǎn)分析法；②數(shù)學(xué)規(guī)劃法；③人工智能專家系統(tǒng)。LINNHOFF 等[155]提出的夾點(diǎn)分析法是優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典方法，也是工程上廣泛應(yīng)用的方法，后兩種方法還處于理論研究和開發(fā)階段。精餾塔的冷凝器和再沸器精餾塔主要的供熱和取熱設(shè)備，合理的匹配冷凝器、再沸器能有效地降低能耗。李士雨等[156]用夾點(diǎn)技術(shù)對低溫甲醇洗裝置低溫段進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，結(jié)果表明，優(yōu)化后可節(jié)約制冷劑735.4kW。

工程上優(yōu)化設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)時(shí)，往往避開最小換熱面積網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)?，最小換熱面積網(wǎng)絡(luò)使換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，增大了換熱網(wǎng)絡(luò)的操作及控制難度。夾點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下3條基本原則：①盡量避免跨越夾點(diǎn)換熱；②盡量避免在夾點(diǎn)上方引入公用工程冷卻器；③盡量避免在夾點(diǎn)下方引入公用工程加熱器。

6.3.3 控制系統(tǒng)的優(yōu)化

精餾塔的操作波動會影響產(chǎn)品的純度，工程設(shè)計(jì)上，為了保證產(chǎn)品純度導(dǎo)致精餾塔的設(shè)計(jì)和操作偏于保守。精餾塔的設(shè)計(jì)和操作越保守，精餾過程的能耗越高。通過優(yōu)化精餾過程的控制系統(tǒng)，能夠增強(qiáng)精餾系統(tǒng)的抵制擾動能力，使精餾塔在最小的“安全區(qū)”操作，從而降低能耗。LUYBEN等[157]做了大量的工作，研究精餾塔的控制系統(tǒng)，并且提出了很多新型的控制結(jié)構(gòu)。

控制結(jié)構(gòu)選取不合理，造成過程能量浪費(fèi)，不合理控制結(jié)構(gòu)包括：①選取穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)不合適；②控制系統(tǒng)不能克服主要干擾；③輔助控制回路控制品質(zhì)欠佳；④控制變量與被控變量匹配不當(dāng)。

控制系統(tǒng)誤差造成能量浪費(fèi)包括：①被控變量的測量誤差；②對象特性描述不精確；③控制系統(tǒng)處于動態(tài)時(shí)能耗總比穩(wěn)態(tài)時(shí)多。

6.4 精餾過程低溫余熱回收節(jié)能技術(shù)

6.4.1 低溫?zé)岣邷責(zé)岜没厥占夹g(shù)

低溫?zé)嶂笢囟鹊陀?00℃的低品位熱能，工業(yè)上，回收低溫余熱的技術(shù)主要有高溫?zé)岜眉夹g(shù)和低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)。低溫?zé)岣邷責(zé)岜没厥占夹g(shù)的節(jié)能原理是，通過提高低溫?zé)岬钠肺?，回收這部分熱量，降低過程總的能量消耗。20世紀(jì)90年代，日本開發(fā)了一系列高效熱泵系統(tǒng)，其熱泵系數(shù)能到3以上。張于峰等[158]提出一種新的高溫制冷劑，用于低溫?zé)岣邷責(zé)岜没厥占夹g(shù)，當(dāng)蒸發(fā)器進(jìn)水溫度正在40～60℃時(shí)，冷凝器側(cè)最高出水溫度能達(dá)到110℃；還提出了一種新型的除濕轉(zhuǎn)輪與高溫?zé)岜寐?lián)合運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)，以R142b為工質(zhì)，結(jié)果表明，R142b滿足輪機(jī)的再生溫度要求，且排氣壓力在壓縮機(jī)的正常工作壓力范圍內(nèi)。韓禎等[159]研究了催化裂化吸收穩(wěn)定系統(tǒng)低溫節(jié)能工藝，為后續(xù)開發(fā)新的低溫節(jié)能工藝奠定了基礎(chǔ)。

6.4.2 低溫?zé)岚l(fā)電回收技術(shù)

低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)是基于朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)。低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)包括：ORC循環(huán)、Kalina循環(huán)、水蒸氣擴(kuò)容循環(huán)和氨吸收式動力制冷復(fù)合循環(huán)，其中ORC循環(huán)是應(yīng)用最廣泛的技術(shù)?，F(xiàn)在，世界上已有2000多套ORC裝置運(yùn)行，單機(jī)容量達(dá)到14000kW。ORC循環(huán)采用不同的工質(zhì)，能夠回收不同品位的低溫?zé)崮?。張于峰和李鑫鋼等[160]研究了低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)，并以乙醇-異丙醇體系為研究對象，結(jié)果表明，低溫發(fā)電機(jī)組年均理論發(fā)電效率為10.2%，實(shí)際發(fā)電效率為4.2%。

7　精餾過程強(qiáng)化技術(shù)

過程強(qiáng)化技術(shù)是降低過程能耗，減少三廢排放和提高生產(chǎn)效率的有效手段，也是化學(xué)工業(yè)發(fā)展的主要方向?；み^程強(qiáng)化主要包括生產(chǎn)設(shè)備的強(qiáng)化和生產(chǎn)過程的強(qiáng)化。生產(chǎn)設(shè)備的強(qiáng)化包括開發(fā)新型高效傳質(zhì)元件、開發(fā)新型緊湊傳熱元件和開發(fā)新型微反應(yīng)器等技術(shù)手段；生產(chǎn)過程的強(qiáng)化包括反應(yīng)與分離耦合、組合分離過程和外場輔助作用等技術(shù)手段。

7.1 催化反應(yīng)精餾技術(shù)

反應(yīng)精餾把反應(yīng)與分離耦合在一起，使反應(yīng)與分離同時(shí)進(jìn)行，代替常規(guī)的反應(yīng)-分離工藝流程。對于可逆反應(yīng)體系，及時(shí)將反應(yīng)物和產(chǎn)物分離，使化學(xué)平衡向著有利于產(chǎn)物生成的方向進(jìn)行，可以提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率、選擇性[161-162]。反應(yīng)精餾過程對反應(yīng)物系有一定的要求，對于適合的體系，可明顯提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)用反應(yīng)精餾技術(shù)時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求[163]：①化學(xué)反應(yīng)在液相中進(jìn)行；②反應(yīng)精餾塔的操作壓力要適宜，塔內(nèi)反應(yīng)溫度和分離溫度差異不大；③反應(yīng)要溫和，強(qiáng)的放熱或吸熱反應(yīng)會破壞塔內(nèi)已建立的質(zhì)量傳遞和熱量傳遞平衡；④反應(yīng)速率不能太慢，否側(cè)，反應(yīng)物因停留時(shí)間不足，反應(yīng)不完全。

催化精餾技術(shù)已成功用于醚化、酯化、水解、烷基化、加氫、縮合等反應(yīng)過程，20世紀(jì)80年代，美國化學(xué)研究特許公司將催化反應(yīng)精餾技術(shù)用于醚化過程，以甲醇、混合C4為原料，生產(chǎn)甲基叔丁基醚（MTBE）[164]。國內(nèi)齊魯石化公司最先引進(jìn)MTBE催化反應(yīng)精餾生產(chǎn)裝置，并在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出了自己的催化反應(yīng)精餾技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

反應(yīng)精餾是過程強(qiáng)化的重要組成部分，研究者進(jìn)行了大量的研究，并且取得了重大成果。天津大學(xué)精餾中心對反應(yīng)精餾的開發(fā)過程進(jìn)行大量的系統(tǒng)性研究工作，從反應(yīng)精餾過程的可行性分析、初步的概念設(shè)計(jì)及穩(wěn)態(tài)與動態(tài)的過程模擬，到催化分離內(nèi)構(gòu)件的開發(fā)與工程化應(yīng)用[165-171]。其中開發(fā)的滲流型催化精餾內(nèi)構(gòu)件（SCPI），現(xiàn)已成功應(yīng)用于醚化、酯化等催化反應(yīng)精餾過程中；高鑫等[172-174]對SCPI的傳質(zhì)模型、壓降模型、水力學(xué)計(jì)算進(jìn)行了研究，并且提出了較準(zhǔn)確的計(jì)算模型。邱挺等[175]以乙酸甲酯和甲醇共沸物為原料，以陽離子交換樹脂作催化劑，研究了乙酸甲酯催化精餾水解工藝，該工藝較傳統(tǒng)水解工藝可以節(jié)能39.99%。漆志文等[176]對平衡反應(yīng)過程，用變換組成變量的概念計(jì)算反應(yīng)相平衡，變換后反應(yīng)精餾計(jì)算模型與普通精餾計(jì)算模型一致。

7.2 超重力精餾技術(shù)

在超重力環(huán)境下，氣-液、液-液兩相在多孔道中流動接觸，分子間的擴(kuò)散和相間傳質(zhì)比普通重力場中快得多，傳質(zhì)過程得到極大強(qiáng)化。兩相傳質(zhì)界面較傳統(tǒng)精餾提高數(shù)個(gè)數(shù)量級，傳質(zhì)速率可以提高1～3個(gè)數(shù)量級。超重力精餾具有體積小、壓降低、能耗低和傳質(zhì)效率高等特點(diǎn)，超重力精餾設(shè)備主要有折流旋轉(zhuǎn)床和旋轉(zhuǎn)填料床。

美國德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校，基于所建中試裝置，對環(huán)己烷-庚烷的分離進(jìn)行了超重力精餾的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，超重力環(huán)境下，填料層傳質(zhì)單元高度可達(dá)到3～5cm[177]。陳建峰等[178]研究了PPB水脫氧過程的傳質(zhì)模型，并在此基礎(chǔ)上提出了更為精確的變液滴傳質(zhì)模型。陳建峰等[179]發(fā)現(xiàn)超重力環(huán)境下微觀混合強(qiáng)化特征，首次提出了超重力環(huán)境下合成納米材料的方法，建成國際首條萬噸級超重力法納米顆粒生產(chǎn)線。計(jì)建炳等[180]提出了一種新型的折流式超重力場旋轉(zhuǎn)床，并進(jìn)行了冷模和熱模實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該旋轉(zhuǎn)床具有良好的操作彈性，已成功用于甲醇精制和熱敏物系精餾過程。劉有智等[181]以超重機(jī)作為脫硫設(shè)備，采用濕式氧化法除焦?fàn)t煤氣中的H2S?，F(xiàn)場裝置數(shù)據(jù)表明，該技術(shù)除焦?fàn)t煤氣中H2S，具有脫除效率高、停留時(shí)間短、設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)，H2S脫除率在90%以上。

7.3 分子蒸餾技術(shù)

分子蒸餾屬于短程蒸餾，是一種新型的分離技術(shù)。高真空下，利用分子平均自由程的不同，實(shí)現(xiàn)液-液分離。分子蒸餾的蒸發(fā)界面與冷凝界面，距離非常的近，氣體分子一旦離開蒸發(fā)界面，未經(jīng)任何碰撞直達(dá)冷凝界面，不再返回蒸發(fā)容器內(nèi)[182]。分子蒸餾分離過程可以分為4步：①分子由液相向蒸發(fā)界面擴(kuò)散；②分子在蒸發(fā)界面的自由揮發(fā)；③分子由蒸發(fā)界面向冷凝界面運(yùn)動；④分子在冷凝界面上冷凝，其中第一步為速率控制步驟。分子蒸餾的操作壓力在0.1～1Pa之間，對于熱敏性物料的分離具有明顯的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及香料領(lǐng)域。

分子蒸餾過程的熱量傳遞及質(zhì)量傳遞存在一定阻力，影響分子蒸餾的蒸發(fā)速率，研究者對分子蒸餾液相流體的傳熱與傳質(zhì)過程進(jìn)行了研究。RUCKENSTEIN等[183]基于穩(wěn)態(tài)層流的假設(shè)，忽略對流傳熱的影響，得到了液膜表面溫度，同時(shí)基于穩(wěn)態(tài)二維對流擴(kuò)散方程，得到了液層內(nèi)的濃度分布。KAWALA等[184]基于Nusselt方程，描述液層徑向方向的速度分布，忽略軸向方向的傳熱和傳質(zhì)影響，得到了二維的熱量傳遞與質(zhì)量傳遞方程。KAWALA等基于此模型對鄰苯二甲酸二丁酯-癸二酸二丁酯體系，進(jìn)行了模擬研究。計(jì)算結(jié)果表明，徑向與軸向方向上存在較大的溫度梯度和濃度梯度，遺憾的是，該模型缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

7.4 絡(luò)合精餾技術(shù)

絡(luò)合精餾技術(shù)基于化學(xué)作用，絡(luò)合劑與原料組分發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)形成絡(luò)合物，進(jìn)而改變各組分的相對揮發(fā)度，實(shí)現(xiàn)各組分之間的分離。該絡(luò)合反應(yīng)為可逆反應(yīng)，組分分離完成以后，進(jìn)行逆向反應(yīng)使絡(luò)合劑再生從而循環(huán)使用。絡(luò)合萃取精餾具有分離效率高、選擇性高和傳質(zhì)效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于分離因子很小的系統(tǒng)。

絡(luò)合萃取精餾技術(shù)廣泛應(yīng)用于同位素及同分異構(gòu)體的分離領(lǐng)域。宋鳳霞等[185]基于量子力學(xué)理論，研究了采用銀鹽作為絡(luò)合劑，己烯同分異構(gòu)體的分離?；诜肿榆壍览碚摚治隽私饘?烯烴的成鍵方式，得出具有(n-1)d10ns電子構(gòu)型的金屬離子，是比較合適的烯烴載體。采用RHF方法，對1-己烯、2-己烯、3-己烯、銀鹽以及烯烴與銀離子絡(luò)合的幾何構(gòu)型進(jìn)行了優(yōu)化，采用Gaussian計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。白鵬等[186]論述了采用絡(luò)合萃取精餾方法分離同位素硼-10的技術(shù)，指出硝基甲烷具有更高的分離效率，是比較理想的絡(luò)合劑。

7.5 萃取精餾技術(shù)

萃取精餾的原理是向待分離物料中加入萃取劑，通過改變原有組分間的分離因子，實(shí)現(xiàn)各組分之間的分離。萃取劑的沸點(diǎn)高于所有的物質(zhì)，并且不與其它組分形成共沸物，共沸精餾已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。選擇萃取劑的基本原則：①萃取劑自身揮發(fā)度要低；②萃取劑能明顯的改變各組分間的相對揮發(fā)度；③無毒性、無腐蝕性、性質(zhì)穩(wěn)定、來源方便。

7.6 共沸精餾技術(shù)

共沸精餾的原理是向待分離物料中加入共沸劑，共沸劑自身能夠與原料液中的一種或幾種組分形成共沸物，通過對其中一種或多種組分進(jìn)行夾帶，實(shí)現(xiàn)各組分之間的分離，共沸精餾已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。選擇共沸劑的基本原則：①共沸劑與待分離組分新形成的共沸物沸點(diǎn)，低于各組分的沸點(diǎn)，且保證有一定的沸點(diǎn)差；②新形成的共沸物所含夾帶劑的量越低越好；③新形成的共沸物為非均相混合物；④無毒性、無腐蝕性、性質(zhì)穩(wěn)定、來源方便。

8　結(jié)語與展望

21世紀(jì)，化學(xué)工業(yè)仍是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，精餾在化工分離領(lǐng)域仍占有舉足輕重的地位，精餾技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步仍能帶來重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。經(jīng)過長期的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究，人們對精餾已經(jīng)有了一個(gè)比較深入的認(rèn)識，對精餾塔的流體力學(xué)、氣液傳質(zhì)及過程強(qiáng)化等領(lǐng)域也提出了比較科學(xué)的理論模型，并已成功應(yīng)用于工業(yè)的大型精餾裝置中?，F(xiàn)代化工向著資源節(jié)約型和環(huán)境友好型方向發(fā)展，這對精餾技術(shù)提出了更高的要求。通過研究新的精餾技術(shù)，開發(fā)新型-高效的工藝流程，同時(shí)對傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造和升級，必將徹底改變化學(xué)工業(yè)的面貌。

近年來精餾技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，但仍存在一些需要重視的問題：①研究開發(fā)新型高效塔板和填料，進(jìn)一步提高傳質(zhì)效率；②提出更加科學(xué)的傳質(zhì)理論，建立更加精確的傳質(zhì)模型，更準(zhǔn)確的描述氣液傳質(zhì)過程；③開發(fā)新一代多層次交叉領(lǐng)域綠色節(jié)能型耦合精餾技術(shù)，進(jìn)一步降低精餾過程能耗；④開發(fā)新型反應(yīng)精餾、外場強(qiáng)化等強(qiáng)化技術(shù)，進(jìn)一步強(qiáng)化精餾傳質(zhì)過程；⑤開發(fā)新一代基于能質(zhì)調(diào)配的化工過程集成與優(yōu)化技術(shù)，進(jìn)一步降低過程能耗。

相信隨著精餾技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，在眾多學(xué)者的共同努力下，經(jīng)過長期的研究，這些問題將逐漸得以解決，使精餾技術(shù)邁上一個(gè)新的水平。

符 號 說 明

A0——開孔面積，m2

a——填料比表面積，m2/m3

a1～a12—— Eckert通用關(guān)聯(lián)圖解析式系數(shù)

ae——有效傳質(zhì)比表面積，m2/m3

ah——填料的水力學(xué)比表面積，m2/m3

b0～b3——關(guān)聯(lián)式經(jīng)驗(yàn)系數(shù)

C0——孔流量系數(shù)

Cf——與填料有關(guān)的系數(shù)

CS——液泛氣速校正系數(shù)

c,x—— Spiegel模型系數(shù)

D——空塔當(dāng)量直徑，m

D1～D2—— SRP-Ⅱ模型經(jīng)驗(yàn)參數(shù)

DAB——物質(zhì)A在B中的分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s

DAG——?dú)庀喾肿訑U(kuò)散系數(shù)，m2/s

DAL——液相分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s

d——篩板直徑，m

dhG——規(guī)整填料當(dāng)量直徑，m

Ea——濕板效率

EmV——?dú)庀嗄ダ锇逍?/p>

ET——全塔效率

eV——霧沫夾帶，kg/kg

fa——壁效應(yīng)因子

Gs——?dú)庀噘|(zhì)量流率，kg/(m2?h)

g——重力加速度，m/s2

H——填料段高度，m

HTUov——?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度，m

hOW——堰上液層高度，m

HT——板間距，m

hL——清液層高度，m

hL2——單位鼓泡面積上的持液量，m3/m2

hW——堰高，m

kG——?dú)庀鄠髻|(zhì)系數(shù)，m/s

kG,lam——層流液相傳質(zhì)系數(shù)，m/s

kG,turb——湍流氣相傳質(zhì)系數(shù)，m/s

kL——液相傳質(zhì)系數(shù)，m/s

L——液相流量，kg/h

Lc——持液體積，m3

LP——漏液量，kg/kg

Ls——液相質(zhì)量流率，kg/(m2·h)

Lw——液流強(qiáng)度，m3/( m·h)

m1——?dú)庖浩胶庀禂?shù)

n——開孔數(shù)

nf——Billet模型參數(shù)

r——徑向尺寸，m

S——波紋填料邊長，m

s1——表面更新率

u0——基于開孔面積的氣速，m/s

u1——以鼓泡面積計(jì)算的氣速，m/s

uf——泛點(diǎn)氣速，m/s

ufL——填料塔泛點(diǎn)液速，m/s

uG——按照有效截面積計(jì)算的氣速，m/s

uGe——有效氣相速度，m/s

uL——填料塔液速，m/s

uLe——有效液相速度，m/s

uv——填料塔氣速，m/s

V——?dú)庀嗔髁?，kg/h

VP——液體噴淋密度，m3/(m2·h)

α——組分的相對揮發(fā)度

α1——流動方向相對重力方向的偏角

β——充氣系數(shù)

ρG——?dú)庀嗝芏龋琸g/m3

ρL——液相密度，kg/m3

ξ——孔系數(shù)

ΔP——壓降，Pa

ΔPt——濕板壓降，Pa

ΔPr——剩余壓降，Pa

ΔPd——干板壓降，Pa

ΔPL——清液層壓降損失，Pa

η——漏液率

σ——表面張力，N/m

ψ——液泛百分率

Φ——濕填料因子

Φf——泛點(diǎn)填料因子，1/m

ξL——濕填料層阻力系數(shù)

ε——填料層空隙率，m3/m3

εL——填料層滯液分率，m3/m3

εLf——液泛點(diǎn)滯液分率，m3/m3

εLs——載點(diǎn)持液量，m3/m3

λ——標(biāo)度指數(shù)

ξGL——?dú)庖鹤饔脡毫p失系數(shù)

ξGG——?dú)鈿庾饔脡毫p失系數(shù)

ξDC——?dú)怏w流動改變壓力損失系數(shù)

ψV——?dú)庀酂o因次質(zhì)量力，無因次

ψL——液相無因次質(zhì)量力，無因次

μG——?dú)庀囵ざ龋琍a·s

μL——液相黏度，Pa·s

δ——膜厚度，m

θG——?dú)怏w接觸時(shí)間，s

θL——液體接觸時(shí)間，s

μL1——液相進(jìn)料的平均黏度，Pa·s

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李蘇雅，王文建. 塔板技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 化工技術(shù)與開發(fā)，2011，40（12）：30-34.

[2] FRYBACK M G，HUFNAGEL J A. Distillation-equipment design[J]. Industrial & Engineering Chemistry，1960，52（8）：654-661.

[3] BETLEM B H L，RIJNSDORP J E，AZINK R F. Influence of tray hydraulics on tray column dynamics[J]. Chemical Engineering Science，1998，53（23）：3991-4003.

[4] CHEN J，LIU Y，TAN T. Projection velocities of droplets in the spray regime of sieve tray operation[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，1999，38（6）：2505-2509.

[5] 曹緯. 國外塔板的發(fā)展及新板型介紹[J]. 石油化工設(shè)備，1991，20（4）：34-37.

[6] Guerrieri S A. Bubble cap tray：US3914352 [P]. 1975-10-21.

[7] Guerrieri S A. Bubble cap tray：US4104338 [P]. 1978-08-01.

[8] 董宇. 高效泡罩塔板流體力學(xué)及傳質(zhì)性能研究[D]. 西安：西安石油大學(xué)，2012.

[9] DELNICKI W，WAGNER J. Performance of multiple down comer trays[J]. Chemical Engineering Progress，1970，66（3）：50-56.

[10] 左美蘭. 塔板最新研究和展望[J]. 化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2009， 30（1）：27-31.

[11] 姚克儉，章淵昶，王良華，等. 新型高效大通量DJ系列塔板的研究與工業(yè)應(yīng)用[J]. 化工進(jìn)展，2003，22（3）：228-232.

[12] 付有成，王崇智. 板式塔精餾技術(shù)進(jìn)展[J]. 石化技術(shù)與應(yīng)用，2000，18（4）：231-236.

[13] 王少鋒，項(xiàng)曙光. 浮閥塔板最新應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展，2014，33（7）：1677-1683.

[14] 路秀林，劉秀囡，趙培. 導(dǎo)向浮閥塔板：91215110. 2[P]. 1991-02-02.

[15] 王忠誠，曾愛武，吳劍華，等. 新型塔板-導(dǎo)向梯形浮閥塔板的流體力學(xué)性能[J]. 石油煉制與化工，1995，26（11）：36-40.

[16] 楊寶華，嚴(yán)錞. ADV系列浮閥塔板的開發(fā)與工業(yè)應(yīng)用[J]. 石油化工設(shè)計(jì)，2004，21（2）：41-45.

[17] 劉霞，李洪，高鑫，等. 泡沫碳化硅陶瓷材料的研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展，2012，31（11）：2520-2525.

[18] 錢建兵，朱慎林. 板式塔及分離技術(shù)最新進(jìn)展[J]. 浙江化工，2003，34（11）：1-4.

[19] SPAGNOLO D A，CHUANG T T. Improving sieve tray performance with knitted mesh packing[J]. Industrial & Engineering Chemistry Process Designand Development，1984，23（3）：561-565.

[20] 徐崇嗣，CHUANG K T. 塔設(shè)備的對比及其改進(jìn)[J]. 石油化工設(shè)備，1989，18（2）：2-6.

[21] CONG H F，LI X G，LI Z J，et al. Combination of spiral nozzle and column tray leading to a new direction on the distillation equipment in novation[J]. Separation and Purification Technology，2016，158 （28）：293-301.

[22] 杜冬云，方云進(jìn)，肖博文. 新型垂直篩板塔研究的進(jìn)展[J]. 石油化工，1998，27（5）：374-378.

[23] 呂建華，劉繼東. 立體傳質(zhì)塔板CTST技術(shù)及其在煉油裝置中的應(yīng)用[J]. 化工進(jìn)展，2006，25（s1）：13-16.

[24] 韓聯(lián)國，杜剛，杜軍峰. 填料塔技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 中氮肥，2009，32（6）：32-34.

[25] 費(fèi)維揚(yáng). 美國三家新型填料制造公司[J]. 現(xiàn)代化工，1988，8（5）：49-54.

[26] 蔣慶哲，宋昭崢，彭洪湃，等. 塔填料的最新研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 現(xiàn)代化工，2008，28（s1）：59-64.

[27] 唐營. 填料塔設(shè)計(jì)及核算軟件開發(fā)[D]. 青島：青島科技大學(xué)，2012.

[28] 晏萊，周三平. 現(xiàn)代填料塔技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 化工裝備技術(shù)，2007，28（3）：29-34.

[29] 王樹楹. 現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南[M]. 北京：中國石化出版社，1998：33-82.

[30] HOFHUIS P A，ZUIDERWEG F J. Sieve plates：dispersion density and flow regimes [J]. Instn. Chem. Engr. Symp. Ser. ，1979，2（56）：21-26.

[31] ZUIDERWEG F. Sieve trays：a view on the state of the art[J]. Chemical Engineering Science，1982，37（10）：1441-1464.

[32] STICHLMAIR J，MERSMANN A. Dimensioning plate columns for absorption and rectification[J]. International Chemical Engineering，1978，18（2）：223-236.

[33] 張志恒. 浮閥塔板流體力學(xué)和傳質(zhì)性能的研究[D]. 天津：天津大學(xué)，2005.

[34] MEHTA B，CHUANG K T，NANDAKUMAR K. Model for liquid phase flow on sieve trays[J]. Chemical Engineering Research and Design，1998，76（7）：843-848.

[35] PINCZEWSKI W V，F(xiàn)ELL C J D. Froth to spray transition on sievetrays[J]. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development，1982，21（4）：774-776.

[36] LOCKETT M，BANIK S. Weeping from sieve trays[J]. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development，1986，25 （2）：561-569.

[37] 黃潔，吳劍華，王平. 塔板漏液速率和氣速下限的計(jì)算[J]. 化學(xué)工程，1990，18（3）：44-49.

[38] 尚智，賈斗南. 篩板塔漏液點(diǎn)氣速的計(jì)算模型[J]. 化學(xué)工業(yè)與工程，1998，15（4）：22-24.

[39] KISTER H Z，HAAS J R. Entrainment from sieve trays in the froth regime[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，1988，27 （12）：2331-2341.

[40] SINGH J，GARG M O，NANOTI S M. Comparison of flow patterns in a visbreaking soaker drum with two different sieve tray Internals[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2011，51（4）：1815-1825.

[41] HUNT C D A，HANSON D，WILKE C. Capacity factors in the performance of perforated-plate columns[J]. AIChE Journal，1955，1（4）：441-451.

[42] 王廣全，袁希鋼，劉春江，等. 規(guī)整填料壓降研究新進(jìn)展[J]. 化學(xué)工程，2005，33（3）：4-7.

[43] HANLEY B，DUNBOBBIN B，BENNETT D. A unified model for countercurrent vapor/liquid packed columns. 1. Pressure drop[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，1994，33（5）：1208-1221.

[44] OLUJIC Z. Development of a complete simulation model for predicting the hydraulic and separation performance of distillation columns equipped with structured packings[J]. Chemical and Biochemical Engineering Quarterly，1997，11（1）：31-46.

[45] ILIUTA I，LARACHI F. Mechanistic model for structured-packing-containing columns：irrigated pressure drop，liquid holdup，and packing fractional wetted area[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2001，40（23）：5140-5146.

[46] 張峰，金偉婭，方志明，等. 填料塔液泛性能的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 輕工機(jī)械，2012，30（5）：104-107.

[47] WOERLEE G F，BERENDS J A. Capacity model for vertical pipes and packed columns based on entrainment[J]. Chemical Engineering Journal，2001，84（6）：355-366.

[48] HUTTON B E T，LEUNG L S，BROOKS P C，et al. On flooding in packed columns[J]. Chemical Engineer Science，1974，29：493-500.

[49] SHERWOOD T K，SHIPLEY G H，HOLLOWAY F A L. Flooding velocities in packed column[J]. Industrial Engineer Chemical，1938，30：765-770.

[50] ECKERT J S. What affects packing performance[J]. Chemical Engineer Progress，1966，62（1）：18-26.

[51] BILLET R，SCHULTES M. Fluid dynamics and mass transfer in the total capacity range of packed columns up to the flood point[J]. Chemical Engineering & Technology，1995，18：371-379.

[52] GREEN C W，F(xiàn)ARONE J，BRILEY J K，et al．Novel application of x-ray computed tomography: determination of gasquid contact are a and liquid holdup in structured packing[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2007，46（17）：5734-5753.

[53] KAISER V. AIChE Spring National Meeting[C]. Houston，1993：55-59.

[54] 馬友光，白鵬，余國琮. 氣液傳質(zhì)理論研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)工程，1996，24（6）：7-12.

[55] LAMOUT J C，SCOTT D S. An eddy cell model of mass transfer into the surface of a turbulent liquid[J]. AIChE Journal，1970，16：513-519.

[56] 楊宏喜. 一種新型浮閥塔板傳質(zhì)性能的研究[D]. 上海：華東理工大學(xué)，2012.

[57] ZHANG L H，LIU X K，LI X G，et al. A novel SiC foam valve tray for distillation columns[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering，2013，21（8）：821-826.

[58] 高鑫，李鑫鋼，魏娜，等．多孔介質(zhì)泡沫材料在蒸餾過程中的應(yīng)用[J]．化工進(jìn)展，2013，32（6）：1313-1319．

[59] 李鑫鋼，劉霞，高鑫，等．新型泡沫碳化硅塔板的流體力學(xué)及傳質(zhì)性能[J]．天津大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2014，47 （2）：155-162.

[60] 李洪，傅龍，叢山，等. 新型碳化硅泡沫閥塔盤的流體力學(xué)性能[J]. 化學(xué)工程，2015，43（11）：20-24.

[61] GAO X，LI X G，LIU X，et al．A novel potential application of SiC ceramic foam material to distillation：foam monolithic tray[J]. Chemical Engineering Science，2015，135：489-500.

[62] LI H，F(xiàn)U L，LI X G，et al. Mechanism and analytical models for the gas distribution on the SiC foam monolithic tray[J]. AIChE Journal，2015，61（12）：4509-4516.

[63] BILLET R，SCHULTES M. Predicting mass transfer in packed columns[J]. Chem. Eng. Technol.，1993，16：1-9.

[64] BRAVO J L，ROCHA J A，F(xiàn)AIR J R. Mass transfer in gauze packings[J]. Hydrocarbon Process，1985，64（1）：91-95.

[65] SHETTY S A，CERRO R L. Estimation of liquid distribution and mass transfer parameters for ordered packings[J]. Inst. Chem. Eng. Symp. Ser.，1997，142（2）：853-864.

[66] CORNELL D，KNAPP W G，F(xiàn)AIR J R. Mass transfer efficiency packed column—part1[J]. Chemical Engineering Progress，1960，56（7）：68-74.

[67] 曾菁，高鑫，李洪，等．泡沫碳化硅波紋規(guī)整填料的流體力學(xué)及傳質(zhì)性能[J]．現(xiàn)代化工，2012，32（10）：70-73．

[68] 李洪，姚躍賓，王方舟，等．液相流動方式對波紋規(guī)整填料性能的影響[J]．化工學(xué)報(bào)，2014，65（12）：4760-4766.

[69] LI H，WANG F Z，WANG C C，et al．Liquid flow behavior study in SiC foam corrugated sheet using a novel ultraviolet fluorescence technique coupled with CFD simulation[J]. Chemical Engineering Science，2015，123：341-349.

[70] 陳江波. 高壓下規(guī)整填料塔的計(jì)算傳遞和傳質(zhì)性能[D]. 天津：天津大學(xué)，2006.

[71] WANG G，YUAN X，YU K. Review of mass-transfer correlations for packed columns[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2005，44（23）：8715-8729.

[72] 王曉玲，劉春江，余國琮. 計(jì)算流體力學(xué)在精餾塔板上的應(yīng)用[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2001，18（6）：390-394.

[73] 王立成，王曉玲，劉雪艷，等. CFD在精餾分離中的應(yīng)用[J]. 化工進(jìn)展，2009，28（s2）：351-354.

[74] YU K T. Some progress of distillation research and industrial applications in China[C]// IChemE Symposium Series，1992，v1：A139-A166.

[75] 李鑫鋼. 現(xiàn)代蒸餾技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：45-81.

[76] 李建隆. 大型精餾塔板上液體流動性能的研究[D]. 天津：天津大學(xué)，1985.

[77] YOSHIDA H. Liquid flow over distillation column plates[J]. Chemical Engineering Communications，1987，51（1-6）：261-275.

[78] ZHANG M Q，YU K T. Simulation of two dimensional liquid phase flow on a distillation tray[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering，1994，2（2）：63-71.

[79] LIU C J，YUAN X G，YU K T，et al. A fluid-dynamic model for flow pattern on a distillation tray[J]. Chem. Eng. Sci.，2000，55 （12）：2287-2294.

[80] ELGHOBASHI S E，ABOU-ARAB T W. A two-equation turbulence model for two-phase flows[J]. Physics of Fluids，1983，26（4）：931-938.

[81] 袁希鋼，尤學(xué)一，余國琮. 篩孔塔板氣液兩相流動的速度場模擬[J]. 化工學(xué)報(bào)，1995，46（4）：511-515.

[82] GESIT G，NANDAKUMAR K，CHUANG K T. CFD modeling of flow patterns and hydraulics of commercial-scale sieve trays[J]. AIChE Journal，2003，49（4）：910-924.

[83] 高國華. 新型多孔泡沫塔盤和規(guī)整填料的多尺度模擬研究[D].天津：天津大學(xué)，2011.

[84] LI X G，YANG N，SUN Y，et al. Computational fluid dynamics modeling of hydrodynamics of a new type of fixed valve tray[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2013，53（1）：379-389.

[85] JIANG B，LIU P，ZHANG L H，et al. Hydrodynamics and mass-transfer analysis of a distillation ripple tray by computational fluid dynamics simulation[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2013，52（49）：17618-17626.

[86] LI X G，LIU D X，XU S M，et al. CFD simulation of hydrodynamics of valve tray[J]. Chemical Engineering and Processing：Process Intensification，2009，48（1）：145-151.

[87] 張澤廷，王樹楹，余國琮. 填料塔傳質(zhì)模型的研究——二維混合池隨機(jī)模型[J]. 化工學(xué)報(bào)，1989，40（1）：53-59.

[88] 孫樹瑜，王樹楹，余國琮. 規(guī)整填料塔中精餾過程的三維模擬（Ⅰ）物理模型和模型方程[J]. 化工學(xué)報(bào)，1998，49（5）：549-559.

[89] 張鵬. 加壓下規(guī)整填料塔內(nèi)流體流動和傳質(zhì)特性的研究及其計(jì)算流體力學(xué)模擬[D]. 天津：天津大學(xué)，2002.

[90] FERNANDES J，LISBOA P F，SIM?ES P C，et al. Application of CFD in the study of supercritical fluid extraction with structured packing：wet pressure drop calculations[J]. The Journal of Supercritical Fluids，2009，50（1）：61-68.

[91] 秦婭，劉德新，姜斌，等. 蒸餾過程大型化與節(jié)能[J]. 化工進(jìn)展，2007，26（1）：90-96.

[92] 李文波，毛鵬生，王長英，等. 化工流程模擬技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 化工時(shí)刊，1998（6）：3-6.

[93] 楊光輝. 化工流程模擬技術(shù)及應(yīng)用[J]. 山東化工，2008（8）：35-38.

[94] 王紅星. 數(shù)字化塔器技術(shù)開發(fā)與展望[J]. 數(shù)字石油和化工，2007 （3）：12-14.

[95] 劉世艷. 流程模擬技術(shù)在化工領(lǐng)域的運(yùn)用[J]. 大眾科技，2005 （4）：66-67.

[96] 陳磊，宋昭崢，蔣慶哲. 我國石油化工工業(yè)的助推器-流程模擬技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2009（9）：1121-1124.

[97] 余國琮，宋海華，黃潔. 大型塔板的模擬與板效率的研究（Ⅱ）—二維定數(shù)混合池模型[J]. 化工學(xué)報(bào)，1981，32（2）：97-110.

[98] 余國琮，宋海華，黃潔. 精餾過程數(shù)學(xué)模擬的新方法——三維非平衡混合池模型[J]. 化工學(xué)報(bào)，1991，42（6）：653-659.

[99] 馬海洪，許錫恩. 丁二烯萃取精餾裝置全流程的過程模擬[J]. 天然氣化工，1998（23）：42-46.

[100] 宋海華，余國琮，王秀英. 精餾過程的動態(tài)模擬[J]. 化工學(xué)報(bào)，1994，45（4）：413-421.

[101] 鄭艷梅，李鑫鋼，韓玉峰. 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在精餾塔器中的應(yīng)用[J]. 化學(xué)工程，2008（4）：5-8.

[102] 劉德新，李鑫鋼，徐世民. 篩孔塔板氣液兩相流流場的數(shù)值模擬[J]. 石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2008（1）：55-59.

[103] 李鑫鋼，謝寶國，吳巍，等. 精餾過程大型化集成技術(shù)[J]. 化工進(jìn)展，2011，30（1）：40-46.

[104] 楊鎧銓. 大型焦炭塔結(jié)構(gòu)可靠性分析研究[D]. 天津：河北工業(yè)大學(xué)，2014.

[105] 胡暉，徐世民，李鑫鋼. 現(xiàn)代化工設(shè)備三維可視化設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2006，23（9）：900-904.

[106] 陳利，謝潤興. 塔內(nèi)件的三維可視化設(shè)計(jì)[J]. 化工進(jìn)展，2005，24（s1）：197-198.

[107] 高光英，吳浩，藍(lán)春樹，等. 新型塔板技術(shù)在640kt/a乙烯裝置汽油分餾塔中的應(yīng)用[J]. 石油化工設(shè)備，2007，26（s1）：145-149.

[108] 宋啟祥，宋宗君，董易良，等. 大型塔板研究及其典型技術(shù)的工程應(yīng)用[J]. 石油化工設(shè)備，2006，35（2）：84-87.

[109] 王智. 立體傳質(zhì)塔盤在齊魯分公司1. 4Mt/a加氫裂化裝置的應(yīng)用[J]. 化工進(jìn)展，2005，24（s1）：211-213.

[110] 姜斌，張呂鴻，李鑫鋼，等. 塔器桁架支撐梁：1834384A[P]. 2006-09-20.

[111] 余國琮，黃潔，張澤廷，等. 大型塔板的液體停留時(shí)間分布與數(shù)學(xué)模型[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào)，1985（4）：1-13.

[112] 黃潔，余國琮. 改善大型塔板液流狀態(tài)的新結(jié)構(gòu)[J]. 石油化工，1984，13（3）：182-189.

[113] 劉德新，李鑫鋼，徐世民. CFD優(yōu)化精餾塔板的液流狀況[J]. 化工進(jìn)展，2006，25（12）：1499-1503.

[114] 徐世民，陳寧，干愛華，等. 大型塔板液體停留時(shí)間分布與板效率研究[J]. 化學(xué)工程，2002，30（1）：12-16.

[115] 趙丹，張雁，高雪穎，等. 多溢流大型塔板的計(jì)算傳質(zhì)學(xué)[J]. 化工學(xué)報(bào)，2011，62（9）：2427-2432.

[116] 高國華，李研，趙繼文，等. 直管預(yù)分布管的CFD模擬研究及變徑設(shè)計(jì)[J]. 化工進(jìn)展，2009，28（s1）：355-359.

[117] 孫希謹(jǐn)，陳建娟，秦嶺. 大型填料塔液體分布器的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J]. 石油化工設(shè)計(jì)，2002，19（1）：10-15.

[118] 張文卿. 大型填料塔分布器內(nèi)計(jì)算流體力學(xué)行為研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 天津：天津大學(xué)，2004.

[119] 周海鷹，李鑫鋼，張呂鴻. 槽式液體分布器均布性能CFD模擬的可視化研究[J]. 化工進(jìn)展，2002，21（s1）：186-189.

[120] 王麗華，張呂鴻，周海鷹，等. 槽式液體分布器進(jìn)液情況的CFD模擬及試驗(yàn)[J]. 石油化工設(shè)備，2005，34（5）：12-15.

[121] 王一軍，張斌，于清，等. 新型槽式液體分布器的設(shè)計(jì)與分析[J].新疆石油天然氣，2006，2（3）：93-97.

[122] 陳富榮，孫津生，高虹. 填料塔內(nèi)氣液分布器氣體均布性能的CFD模擬[J]. 化工進(jìn)展，2005，24（s1）：12-14.

[123] 林濤，董德福，姜斌，等. 新型塔內(nèi)件在大型減壓塔中的應(yīng)用[J].煉油設(shè)計(jì)，2001，31（7）：37-39.

[124] 胡暉，徐世民，李鑫鋼. 大型填料塔技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代化工，2005，25（7）：53-55.

[125] 張呂鴻，張海濤，姜斌，等. 雙切向環(huán)流氣體分布器結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究[J]. 化學(xué)工程，2008，36（1）：33-36.

[126] 金紅杰，曹剛，吳恒安，等. 氣體分布器的數(shù)值模擬與改進(jìn)設(shè)計(jì)研究[J]. 化工機(jī)械，2009，36（1）：29-31.

[127] 全先亮，高光英，張秀斌，等. 乙烯裝置汽油分餾塔關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用[J]. 工業(yè)技術(shù)，2007，19（2）：28-30.

[128] 李旭光，干愛華，于斌. 雙列葉片式氣體分布器內(nèi)流場的CFD模擬[J]. 化工進(jìn)展，2007，26（s1）：124-126.

[129] 杜明. 雙列葉片式氣體分布器的性能研究[D]. 天津：天津大學(xué)，2008.

[130] 逄金娥，王長城. 大型塔器桁架內(nèi)件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算[J]. 石油化工設(shè)計(jì)，2012，29（3）：19-21.

[131] 閆晶怡. 大型塔設(shè)備的內(nèi)件支撐——桁架設(shè)計(jì)[J]. 石油化工設(shè)備技術(shù)，2004，25（1）：17-19.

[132] 劉艷珍. 應(yīng)用相對剛度相似法優(yōu)化大型塔內(nèi)桁架梁結(jié)構(gòu)[D]. 天津：天津大學(xué)，2013.

[133] FONYO Z，BENKO N. Enhacement of process integration by heat pumping[J]. Computers and Chemical Engineering，1996，20：85-90.

[134] EDUARDO D，PAUL L，GABRIEL O，et al. Economic feasibility of heat pumps in distillation to reduce energy use[J]. Applied Thermal Engineering. 2009，29：1216-1223.

[135] BROCHURE S. Distillation and heat pump technology[J]. Chemical Technology and Biotechnology，2003，22（47）：91-100.

[136] RANADE S M，CHAO Y T. Industrial heat pumps：where and when[J]. Hydrocarbon Process，1990，94（10）：71-73.

[137] FONYO Z，KURRAT R，RIPPIND W T，et al. Comparative analysis of various heat pump schemes applied to C4splitters[J]. Computers and Chemical Engineering，1995，19（11）：1-6.

[138] FU C，GUNDERSEN T. Using exergy analysis to reduce power consumption in air separation units for oxy-combustion processes[J]. Energy，2012，44（1）：60-68.

[139] WILLIAN L L. Design and control of distillation columns with intermediate reboilers[J]. Industrial Engineering Chemistry Research，2004，43：8244-8250.

[140] KNAPP J P，DOHERTY M F. Thermal integration of homogeneous azeotropic distillation sequences[J]. AIChE J.，1990，36（7）：969-984.

[141] 李鑫鋼. 蒸餾過程節(jié)能與強(qiáng)化技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[142] PETLYUK F B，PLATONOV V M，SLAVINSKI D M. Thernodynamically optimal method for separating multicomponent mixturea[J]. Int. Chem. Eng. ，1965，5（3）：555-561.

[143] KISS A A，BILDEA S C. A control perspective on process intensification in dividing-wall columns[J]. Chemical Engineering Process，2011，50：281-292.

[144] YILDIRIM O，KISS A A，KENIG Y E. Dividing wall columns in chemical process：a review on current activities[J]. Separation Purification Technology，2011，80：403-417.

[145] DEJANOVIC I，MATIJASEVIC L，OLUJIC Z. Dividing wall column—a breakthrough towards sustainable distilling[J]. Chemical Engineering Process，2010，49：559-580.

[146] ASPRION N，KAIBEL G. Dividing wall columns：fundamentals and recent advances[J]. Chemical Engineering Process，2010，49：139-146.

[147] SCHULTZ M A，STEWART D G. Reduce costs with dividing wall column[J]. Chemical Engineering Process，2002，5：64-71.

[148] ENNENBACH F，KOLBE B，RANKE U. Divided wall columns —a novel distillation concept[J]. Proc. Technol. Quarterly，2000，5：97-103.

[149] SPENCER G，PLANARUIZ F J. Consider dividing wall distillation to separate solvents[J]. Hydro. Pro.，2005，84：90-94.

[150] KAIBEL G. Distillation columns with vertical partitions[J]. Chemical Engineering Technology，1987，10：92-98.

[151] XIA M，YU B R，XU C J，et al. Temperature control for extractive dividing-wall column with an adjustable vapor split：methylal/methanol azeotrope separation[J]. Industrial Engineering Chemical Research，2013，52：17996-18013.

[152] MUELLER I，PECH C，KENIG E Y. Rate-based analysis of reactive distillation sequences with different degrees of integration[J]. Chemical Engineering Science，2007，62：7327-7335.

[153] AN D C，CAI W F，XIA M，et al. Design and control of reactive dividing-wall column for the production of methyl acetate[J]. Chemical Engineering Process，2015，92，45-60.

[154] CHANG W Y，HSU P H C，CHIEN I L. Critical assessment of the energy-saving potential of an extractive dividing-wall column[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2013，52：5384-5399.

[155] LINNHOFF B，HINDMARSH E. Pinch design method for heat exchanger networks[J]. Chemical Engineering Science，1983，38 （5）：745-763.

[156] 郭欣，李士雨，李金來. 低溫甲醇洗裝置低溫段系統(tǒng)能效優(yōu)化[J].化學(xué)工程，2012，40（10）：10-12.

[157] LUYBEN W L. Plantwide dynamic simulators in chemical processing and control[M]. New York：Marcel Dekker Inc，2002.

[158] 張于峰，胡曉微，苗哲生，等. 高溫?zé)岜迷诔凉褶D(zhuǎn)輪空調(diào)系統(tǒng)中的性能[J]. 化工學(xué)報(bào)，2009，60（9）：2177-2182.

[159] 韓禎，李婧伊，隨紅，等. 催化裂化吸收穩(wěn)定系統(tǒng)低溫節(jié)能工藝開發(fā)初探[J]. 化工進(jìn)展，2015，34（8）：2940-2945.

[160] 李虎，張于峰，李鑫鋼，等. 低溫發(fā)電系統(tǒng)在精餾工藝中的節(jié)能技術(shù)[J]. 化工進(jìn)展，2013，32（5）：1187-1193.

[161] LUYBEN W L. Economic and dynamic impact of the use of excess reactant in reactive distillation systems[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2000，39：2935-2946.

[162] TANG Y T，CHEN Y W，YU C C，et al. Design of reactive distillations for acetic acid esterification[J]. AIChE J.，2005，51：1683-1699.

[163] SUNDMACHER K，KIENLE A. Reactive distillation：status and future directions[M]. NewYork：John Wiley & Sons，2006.

[164] Smith L A J ，Huddleston M N. New MTBE design now commercial[J]. Hydrocarbon Processing，1982，61（3）：121-123.

[165] 高鑫，李鑫鋼，李洪. 催化精餾塔中催化劑填裝技術(shù)的研究述評[J]．化工進(jìn)展，2010，29（3）：419-425．

[166] 高鑫，李鑫鋼，張銳，等. 醋酸甲酯催化精餾水解過程模擬[J]．化工學(xué)報(bào)，2010，61（9）：2442-2447．

[167] GAO X，LI X G，LI H. Hydrolysis of methyl acetate via catalytic distillation：simulation and design of new technological process[J]. Chemical Engineering and Processing：Process Intensification，2010，49：1267-1276.

[168] 孫笑愚，李洪，高鑫，等．用于反應(yīng)精餾過程可行性分析的立體圖解法[J]. 現(xiàn)代化工，2013，33（9）：96-99.

[169] GAO X，WANG F Z，LI X G，et al. Heat-integrated reactive distillation process for TAME synthesis[J]. Separation and Purification Technology，2014，132：468-478.

[170] GAO X，WANG F Z，ZHANG R，et al. Liquid flow behavior of a seepage catalytic packing internal for catalytic distillation column[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2014，53：12793-12801.

[171] 李洪，孟瑩，李鑫鋼，等. 乙酸戊酯酯化反應(yīng)精餾過程系統(tǒng)控制模擬與分析[J]. 化工進(jìn)展，2015，34（12）：4165-4171.

[172] ZHANG H，LI X G，GAO X，et al．A method for modelling catalytic distillation process based on seepage catalytic packing internal[J].Chemical Engineering Science，2013，101：699-711.

[173] GAO X，LI X G，ZHANG R，et al. Pressure drop models of seepage catalytic packing internal for catalytic distillation column[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2012，51（21）：7447-7452.

[174] LI X G，ZHANG H，GAO X，et al. Hydrodynamic simulations of seepage catalytic packing internal for catalytic distillation column[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2012，51（43）：14236-14264.

[175] 邱挺，吳燕翔，王良恩，等. 乙酸甲酯與甲醇共沸物催化精餾水解工藝[J]. 化工進(jìn)展，2007，26（4）：584-589.

[176] 漆志文，孫海軍，施軍民，等. 伴有多反應(yīng)的精餾過程數(shù)學(xué)模擬[J]. 化工學(xué)報(bào)，1999，50（4）：563-567.

[177] KELLEHER T，F(xiàn)AIR J R. Distillation studies in a high-gravity contactor[J]. Industrial Engineering Chemistry Research，1996，35：4646-4655.

[178] 許明，張建文，陳建峰，等. 超重力旋轉(zhuǎn)床中水脫氧過程的模型化研究[J]. 高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，2005，19（3）：309-314.

[179] 陳建峰，周緒美，鄭沖. 超細(xì)顆粒的制備方法：95105344. 2[P]. 1995.

[180] 徐之超，俞云良，計(jì)建炳. 折流式超重力場旋轉(zhuǎn)床及其在精餾中的應(yīng)用[J]. 石油化工，2005，34（8）：778-780.

[181] 祁貴生，劉有智，王煥，等. 超重力濕式氧化法脫除焦?fàn)t煤氣中硫化氫[J]. 化工進(jìn)展，2014，33（4）：1045-1049.

[182] BHANDARKER M，F(xiàn)ERRON J R. Transport process in an agitated thin-film evaporator[J]. Industrial Engineering Chemistry Research，1988，27：1016-1024.

[183] RUCKENSTEIN E，HASSINK W. The combined effect of diffusion and evaporation on the molecular distillation of ideal binary liquid mixture[J]. Separation Science Technology，1983，18（6）：523-545.

[184] KAWALA Z，STEPHAN K. Evaporation rate and separation factor of molecular distillation in a falling film apparatus[J]. Chemical Engineering Technology，1989，12：406-413.

[185] 宋鳳霞，陳偉，于燕梅，等. 銀鹽絡(luò)合物對己烯同分異構(gòu)體分離的量化模擬研究[J]. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2007，24（8）：1039-1042.

[186] 白鵬，李曉峰，李鑫鋼，等. 化學(xué)交換精餾法分離同位素硼-10研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展，2005，24（5）：471-474.

Distillation technology research progress and industrial application

REN Hailun1，2，AN Dengchao2，3，ZHU Taoyue2，3，LI Hailong2，3，LI Xingang1，2
（1School of Chemical Engineering and Technology，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2National Engineering Research Center of Distillation Technology，Tianjin 300072，China；3Pei-yang National Distillation Technology Corporation Limited，Tianjin 300457，China）

Abstract：Distillation is the most widely used key separation technology in chemical engineering，which has been extensively used in separation process in industry，such as petroleum，chemical engineering，fertilizer，pharmaceutical，environment protection，etc. Distillation possesses extensive application and technical mature，but also faces some disadvantages as huge capital investment and high energy consumption. Thus，it is of significant social-economic meanings to research and develop new as well as high-efficient mass transfer unit and develop new energy-saving distillation technique. The research progress of distillation process is summarized in this article，including types of distillation column，hydraulic performance，mass transfer performance，scale-up，energy saving，process intensification，etc. For hydraulic performance of tray column，the gas-liquid flow situation，pressure drop，weeping and entrainment are introduced. For hydraulic performance of packing column，pressure drop，flooding and holdup are studied. But the current study is still relying on empirical correlation and lack of the rigorous theoretical model. As for the study of gas-liquid mass transfer，the mass-transfertheory is mainly reviewed，but the scientific and accurate model has not been put forward. The study of scale-up includes tray，gas-liquid distributor and support device. The process energy-saving and intensification technology is reviewed，including process- coupling，process energy-saving，recovery of low grade waste heat，special distillation. Finally，the prospects of mass-transfer，process intensification and development direction of process integration are proposed.

Key words:distillation；process energy saving；process intensification；hydraulics；mass transfer

中圖分類號：TQ 021.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000–6613（2016）06–1606–21

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.06.003

收稿日期：2016-01-29；修改稿日期：2016-03-12。