關于精餾塔設備的設計與節(jié)能探討

郝陽洋+熊小然+馬超

摘要：隨著現代工業(yè)的高速發(fā)展，精餾塔設備在當前工業(yè)中還有著十分廣泛的應用。精餾塔是化工過程中一個非常耗能的部分，因此，要實現精餾塔設備的節(jié)能功效，必須要一套完整的設計方法進行優(yōu)化。本文精餾塔的原理進行了分析，進一步概述了反應精餾塔的設計，最后對精餾塔設備設計與節(jié)能優(yōu)化方面進行了相關的分析與介紹。

關鍵詞：精餾塔；設計；節(jié)能

精餾屬于化工行業(yè)中使用非常廣泛的一個分離單元，整個化工行業(yè)中，石油化工耗能非常大。整個精餾過程所耗的能源比較大，但是熱力學效率較低，由此可見，精餾塔設備的設計與節(jié)能一直都是整個化工行業(yè)長期研究的一個重要的課題。精餾塔是整個精餾過程中的最重要的設備裝置，精餾塔設計與節(jié)能一直業(yè)績關注的焦點，精餾塔設計對整個工程節(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，精餾原理主要是對混合物中不同成分之間的差異進行利用，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實現轉移，混合物中不容易揮發(fā)的成分需要朝反方向進行轉移，通過以上這個過程中，能夠有效分離混合物中的不同成分，整個過程中被稱之為精餾。精餾過程中，質量傳輸與熱力傳輸是一起完成的[1]。

2 反應精餾塔設計研究進程

精餾塔是原料從塔上適當的位置放置進入，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，關鍵在于回流的應用?；亓靼ㄋ敻邼舛纫讚]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純凈的單組分產品。塔頂回流入塔的液體量與塔頂產品量之比，稱為回流比，它是精餾操作的一個重要控制參數，它的變化影響精餾操作的分離效果和能耗。

目前，以轉換變量概念為基礎，在精餾塔具體設計中采用的是應用塔板組成線法。部分研究人員所提出的塔板組成法設計反應精餾塔措施，同時還提出了精餾塔“提餾段”與“反應段”組成的精餾塔線，這樣的設計能夠更好的對各種實例進行計算與調整[2]。在眾多化工實際運用的過程中，能夠更好的對精餾塔設計的不足進行分析與掌握，這樣才能根據實際的情況在進行調整與改進，主要的目的是降低操作成本與投資成本，實現節(jié)能效果，提高精餾塔設計的實際成效。

3 精餾塔設備設計與節(jié)能

3.1精餾塔的設計

3.1.1設計塔板

隨著精餾塔設計的不斷完善，塔板的設計過程中根據實驗可以得知，組合導向浮閥的效率與傳統(tǒng)塔板對比起來，前者有很大的提升，能夠有效提高生產效率與質量。相關研究工作人員對塔板上面的區(qū)域流動狀態(tài)進行了深入分析，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的效率。最近幾年，精餾塔設計人員研制了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，尤其是對精餾塔的操作性能上得到了極大的提升，進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，隨著科學技術的高速發(fā)展與改善，精餾塔相關研究者在一定的時期將研究重點放在了填料方面，其中陶瓷拉西環(huán)的出現證明了人們對精餾塔填料方面已經正式進入了科學高速發(fā)展的階段。填料塔壓力降低，通量大，基于這些優(yōu)勢，已經在化工行業(yè)中得到廣泛的應用與推廣。精餾塔設計的過程中，精餾塔的內件可以是網孔波紋填料，在實際的操作過程中對其科學合理的規(guī)劃與使用，實踐證明，即使相同工藝的情況之下，精餾塔的負荷能夠得到最大限度的提升，最終達到技能與高效的目標。

3.1.3其它

精餾塔設計從混合塔板、進料位置等等方面進行研究與改善。對精餾塔進行優(yōu)化設計，需要多設計幾個進料口，方便在具體的施工或者操作過程中根據產品性質來選擇進料的時間與進料的位置，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而影響到精餾的成效，降低了精餾預期的產量。針對某些餾段負荷較大的區(qū)域來看，對整個精餾塔分組分離上，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

精餾塔設備設計與節(jié)能工藝一直是行業(yè)中關注最多的焦點，廣大研究者在長期的研究過程中提出很多科學合理的方法來降低精餾塔在整個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部設置的垂直隔板，從而將整個精餾塔劃分為中檢測線的采出段、精餾塔的進料段、上部與下部公共精餾段就，將精餾塔劃分位了4個部分。分隔壁精餾塔設計，研究人員設計出了這些類型的精餾塔，包括了DWCL、DWCU、DWCM，同時還提出了實際操作的控制策略與動力學的行為。三種類型的精餾塔對比研究，其中DWCU相對較差，在化工行業(yè)大多數實際操作情況中，DWCL動力學表現的比較好，同時耗能也非常大。DWCU與DWCL兩者對比起來，從控制性能角度來分析，兩者的差異性并不大，但是經效益比較高。分隔壁精餾設計最近幾年發(fā)展速度加快，屬于化工行業(yè)中比較新型的設備，分隔壁精餾塔的側線產品的純度比較高，而且整個設備相對簡單，因此，在設備投資方面比較少，能有效提高經濟效益。曾經有研究人員將分隔壁精餾與分離裂解汽油三塔流程進行對比，前者與后者相比較在設備投資上比較高，對能源的使用效率也比較高好。實際操作的過程中，設備運行熱損失比較少，將更多的能量都用在了生產方面，有效提升了工作效率。另外，分隔壁精餾塔在精餾的過程中，能夠降低對冷卻劑與加熱劑的說那個量，通過相關資料的分析與對比，采用分隔壁精餾塔，對空分系統(tǒng)進行合理利用，能夠實現利用分隔壁精餾與傳統(tǒng)空分流程相對比，就熱力學角度，整個能量使用的效率可以提高近5%。

3.2.2熱集成

熱集成是對精餾塔頂氣相潛熱對精餾料進行預熱，這種方式的特點是，氣相冷聚的過程中不需要投入消耗冷卻劑，而且通過預熱過后的精餾料，實現料液分離就更加簡單，有效降低了加熱劑的持續(xù)使用量，達到節(jié)能的效果[3]。關于精餾塔設備設計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)變壓精餾兩者進行分析與對比。兩種精餾方式在精餾的過程中主要關注的是能耗的方面的對比與分析，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苯-甲苯物系進行集成精餾塔研究，還是與傳統(tǒng)的精餾方式進行對比，精餾的過程中通過內部集成的方式最大限度的降低使用能源率能夠達到35%—58%之間。另外，精餾塔在整個精餾的過程中，存在正壓、負壓、常壓精餾，因此，在化工行業(yè)實際的操作過程中，需要充分利用加壓精餾塔頂氣相給負壓常壓精餾進行加熱，以這種方式達到節(jié)約能源，降低成本的目標。

4 結語

總之，對精餾塔設備設計與節(jié)能研究方面，要合適的將理論實驗方法，然后以科學合理的方式解決一些“理想”方面的問題，加強這方面的研究與設計，實現精餾塔節(jié)能工藝，降低精餾過程中的能源消耗，最終實現節(jié)能的目標，提高經濟效益。

參考文獻：

[1]李紅海，姜奕.精餾塔設備的設計與節(jié)能研究進展[J].化工進展，2014，S1：14-18.

[2]周艷明.精餾塔先進控制算法理論分析與設計[D].東華大學，2014.

[3]李克景.淺談精餾塔的工藝控制方案設計[J].石油化工應用，2013，03：119-124.