郝陽洋+熊小然+馬超

摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，精餾塔設(shè)備在當(dāng)前工業(yè)中還有著十分廣泛的應(yīng)用。精餾塔是化工過程中一個(gè)非常耗能的部分，因此，要實(shí)現(xiàn)精餾塔設(shè)備的節(jié)能功效，必須要一套完整的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化。本文精餾塔的原理進(jìn)行了分析，進(jìn)一步概述了反應(yīng)精餾塔的設(shè)計(jì)，最后對(duì)精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)與節(jié)能優(yōu)化方面進(jìn)行了相關(guān)的分析與介紹。

關(guān)鍵詞：精餾塔；設(shè)計(jì)；節(jié)能

精餾屬于化工行業(yè)中使用非常廣泛的一個(gè)分離單元，整個(gè)化工行業(yè)中，石油化工耗能非常大。整個(gè)精餾過程所耗的能源比較大，但是熱力學(xué)效率較低，由此可見，精餾塔設(shè)備的設(shè)計(jì)與節(jié)能一直都是整個(gè)化工行業(yè)長期研究的一個(gè)重要的課題。精餾塔是整個(gè)精餾過程中的最重要的設(shè)備裝置，精餾塔設(shè)計(jì)與節(jié)能一直業(yè)績關(guān)注的焦點(diǎn)，精餾塔設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)工程節(jié)約都有著不可替代的作用。

1 精餾原理的概述

混合物中含有不同的成分，精餾原理主要是對(duì)混合物中不同成分之間的差異進(jìn)行利用，利用氣相與液相回流，讓液體與氣體兩種成分逆向多接，讓混合物中比較容易揮發(fā)的成分持續(xù)從液體中往氣體方向?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)移，混合物中不容易揮發(fā)的成分需要朝反方向進(jìn)行轉(zhuǎn)移，通過以上這個(gè)過程中，能夠有效分離混合物中的不同成分，整個(gè)過程中被稱之為精餾。精餾過程中，質(zhì)量傳輸與熱力傳輸是一起完成的[1]。

2 反應(yīng)精餾塔設(shè)計(jì)研究進(jìn)程

精餾塔是原料從塔上適當(dāng)?shù)奈恢梅胖眠M(jìn)入，精餾塔的上半部分為精餾段，下半部分為提餾段。精餾之所以能使液體混合物得到較完全的分離，關(guān)鍵在于回流的應(yīng)用。回流包括塔頂高濃度易揮發(fā)組分液體和塔底高濃度難揮發(fā)組分蒸氣兩者返回塔中。汽液回流形成了逆流接觸的汽液兩相，從而在塔的兩端分別得到相當(dāng)純凈的單組分產(chǎn)品。塔頂回流入塔的液體量與塔頂產(chǎn)品量之比，稱為回流比，它是精餾操作的一個(gè)重要控制參數(shù)，它的變化影響精餾操作的分離效果和能耗。

目前，以轉(zhuǎn)換變量概念為基礎(chǔ)，在精餾塔具體設(shè)計(jì)中采用的是應(yīng)用塔板組成線法。部分研究人員所提出的塔板組成法設(shè)計(jì)反應(yīng)精餾塔措施，同時(shí)還提出了精餾塔“提餾段”與“反應(yīng)段”組成的精餾塔線，這樣的設(shè)計(jì)能夠更好的對(duì)各種實(shí)例進(jìn)行計(jì)算與調(diào)整[2]。在眾多化工實(shí)際運(yùn)用的過程中，能夠更好的對(duì)精餾塔設(shè)計(jì)的不足進(jìn)行分析與掌握，這樣才能根據(jù)實(shí)際的情況在進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)，主要的目的是降低操作成本與投資成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，提高精餾塔設(shè)計(jì)的實(shí)際成效。

3 精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)與節(jié)能

3.1精餾塔的設(shè)計(jì)

3.1.1設(shè)計(jì)塔板

隨著精餾塔設(shè)計(jì)的不斷完善，塔板的設(shè)計(jì)過程中根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得知，組合導(dǎo)向浮閥的效率與傳統(tǒng)塔板對(duì)比起來，前者有很大的提升，能夠有效提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量。相關(guān)研究工作人員對(duì)塔板上面的區(qū)域流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了深入分析，得知精餾塔的塔板具有推液的具體作用，能夠提升最大限度的提升傳質(zhì)的效率。最近幾年，精餾塔設(shè)計(jì)人員研制了FGS-VT這種塔板，精餾塔在精餾的過程中利用FGS-VT可以提升塔的工作效率，尤其是對(duì)精餾塔的操作性能上得到了極大的提升，進(jìn)一步降低了能源的消耗。

3.1.2填料

傳統(tǒng)的精餾塔在精餾的過程中主要采用的填料是竹片與石塊，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展與改善，精餾塔相關(guān)研究者在一定的時(shí)期將研究重點(diǎn)放在了填料方面，其中陶瓷拉西環(huán)的出現(xiàn)證明了人們對(duì)精餾塔填料方面已經(jīng)正式進(jìn)入了科學(xué)高速發(fā)展的階段。填料塔壓力降低，通量大，基于這些優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在化工行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用與推廣。精餾塔設(shè)計(jì)的過程中，精餾塔的內(nèi)件可以是網(wǎng)孔波紋填料，在實(shí)際的操作過程中對(duì)其科學(xué)合理的規(guī)劃與使用，實(shí)踐證明，即使相同工藝的情況之下，精餾塔的負(fù)荷能夠得到最大限度的提升，最終達(dá)到技能與高效的目標(biāo)。

3.1.3其它

精餾塔設(shè)計(jì)從混合塔板、進(jìn)料位置等等方面進(jìn)行研究與改善。對(duì)精餾塔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要多設(shè)計(jì)幾個(gè)進(jìn)料口，方便在具體的施工或者操作過程中根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)來選擇進(jìn)料的時(shí)間與進(jìn)料的位置，這樣能夠更好的避免在精餾塔精餾的過程中，由于混合物成分的波動(dòng)而影響到精餾的成效，降低了精餾預(yù)期的產(chǎn)量。針對(duì)某些餾段負(fù)荷較大的區(qū)域來看，對(duì)整個(gè)精餾塔分組分離上，可以利用混合塔板來操作。

3.2精餾塔的節(jié)能優(yōu)化工藝

精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)與節(jié)能工藝一直是行業(yè)中關(guān)注最多的焦點(diǎn)，廣大研究者在長期的研究過程中提出很多科學(xué)合理的方法來降低精餾塔在整個(gè)精餾過程中的能源消耗，其中比較常用的有這些方面：

3.2.1分隔壁精餾塔

分隔壁精餾塔是在精餾塔的內(nèi)部設(shè)置的垂直隔板，從而將整個(gè)精餾塔劃分為中檢測(cè)線的采出段、精餾塔的進(jìn)料段、上部與下部公共精餾段就，將精餾塔劃分位了4個(gè)部分。分隔壁精餾塔設(shè)計(jì)，研究人員設(shè)計(jì)出了這些類型的精餾塔，包括了DWCL、DWCU、DWCM，同時(shí)還提出了實(shí)際操作的控制策略與動(dòng)力學(xué)的行為。三種類型的精餾塔對(duì)比研究，其中DWCU相對(duì)較差，在化工行業(yè)大多數(shù)實(shí)際操作情況中，DWCL動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)的比較好，同時(shí)耗能也非常大。DWCU與DWCL兩者對(duì)比起來，從控制性能角度來分析，兩者的差異性并不大，但是經(jīng)效益比較高。分隔壁精餾設(shè)計(jì)最近幾年發(fā)展速度加快，屬于化工行業(yè)中比較新型的設(shè)備，分隔壁精餾塔的側(cè)線產(chǎn)品的純度比較高，而且整個(gè)設(shè)備相對(duì)簡單，因此，在設(shè)備投資方面比較少，能有效提高經(jīng)濟(jì)效益。曾經(jīng)有研究人員將分隔壁精餾與分離裂解汽油三塔流程進(jìn)行對(duì)比，前者與后者相比較在設(shè)備投資上比較高，對(duì)能源的使用效率也比較高好。實(shí)際操作的過程中，設(shè)備運(yùn)行熱損失比較少，將更多的能量都用在了生產(chǎn)方面，有效提升了工作效率。另外，分隔壁精餾塔在精餾的過程中，能夠降低對(duì)冷卻劑與加熱劑的說那個(gè)量，通過相關(guān)資料的分析與對(duì)比，采用分隔壁精餾塔，對(duì)空分系統(tǒng)進(jìn)行合理利用，能夠?qū)崿F(xiàn)利用分隔壁精餾與傳統(tǒng)空分流程相對(duì)比，就熱力學(xué)角度，整個(gè)能量使用的效率可以提高近5%。

3.2.2熱集成

熱集成是對(duì)精餾塔頂氣相潛熱對(duì)精餾料進(jìn)行預(yù)熱，這種方式的特點(diǎn)是，氣相冷聚的過程中不需要投入消耗冷卻劑，而且通過預(yù)熱過后的精餾料，實(shí)現(xiàn)料液分離就更加簡單，有效降低了加熱劑的持續(xù)使用量，達(dá)到節(jié)能的效果[3]。關(guān)于精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)與技能的研究過程中，利用Aspe Plus模擬乙醇-乙腈體系變壓精餾。從整個(gè)研究的過程來分析，熱集成變壓精餾與傳統(tǒng)變壓精餾兩者進(jìn)行分析與對(duì)比。兩種精餾方式在精餾的過程中主要關(guān)注的是能耗的方面的對(duì)比與分析，熱集成精餾比傳統(tǒng)精餾在能量使用上減少了35%。還有一些研究者通過對(duì)苯-甲苯物系進(jìn)行集成精餾塔研究，還是與傳統(tǒng)的精餾方式進(jìn)行對(duì)比，精餾的過程中通過內(nèi)部集成的方式最大限度的降低使用能源率能夠達(dá)到35%—58%之間。另外，精餾塔在整個(gè)精餾的過程中，存在正壓、負(fù)壓、常壓精餾，因此，在化工行業(yè)實(shí)際的操作過程中，需要充分利用加壓精餾塔頂氣相給負(fù)壓常壓精餾進(jìn)行加熱，以這種方式達(dá)到節(jié)約能源，降低成本的目標(biāo)。

4 結(jié)語

總之，對(duì)精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)與節(jié)能研究方面，要合適的將理論實(shí)驗(yàn)方法，然后以科學(xué)合理的方式解決一些“理想”方面的問題，加強(qiáng)這方面的研究與設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)精餾塔節(jié)能工藝，降低精餾過程中的能源消耗，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]李紅海，姜奕.精餾塔設(shè)備的設(shè)計(jì)與節(jié)能研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2014，S1：14-18.

[2]周艷明.精餾塔先進(jìn)控制算法理論分析與設(shè)計(jì)[D].東華大學(xué)，2014.

[3]李克景.淺談精餾塔的工藝控制方案設(shè)計(jì)[J].石油化工應(yīng)用，2013，03：119-124.