双效精馏节能技术研究进展

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1、双效精馏节能技术研究进展*代文阳,顾丽莉,郭晓涛,刘克果,胡慧光（昆明理工大学，化学工程学院，云南昆明650500）摘要：介绍了双效精馏的原理和三种典型的工艺流程：顺流双效精馏、平流双效精馏、逆流双效精馏。综述了近年的双效精馏的模拟优化成果以及其节能现状与发展趋势。关键词：双效精馏；优化；发展趋势中图分类号：文献标志码：文章编号：引言精馏是石油化工行业重要的分离操作单元，世界上约95％的互溶液体混合物的分离都[1]是用精馏操作的。精馏又是耗能较高的单元操作，在产品生产成本中占有较大的比重，降低生产过程中的能耗是降低产品生产成本提高竞争能力的关键之一。[2]多效精馏是利用高

2、压塔顶蒸汽的潜热给低压塔的再沸器提供热量的热集成精馏系统。与单塔相比，多效精馏可以大大提高能量的利用率。近年来随着能源紧张和人们环境意识的增强，多效精馏在化工行业逐渐受重视。双效精馏的原理是重复利用给定数量的能量来提高精馏设备的热力效率。精馏系统由不同操作压强的塔组成。利用较高压力的塔顶蒸汽作为相邻压力较低的精馏塔再沸器的热源。此较低压力精馏塔的再沸器即为较高压力精馏塔的冷凝器。塔顶蒸汽的汽化潜热被系统本身回收利用。因此在较大程度节约了精馏装置的能耗。早在上世纪70年代，国外学者对多效精馏的节能情况就做了大量研究。Al·Elg和[3]Palazoglu在1989年建立了高

3、纯度双效精馏塔的动态模型来研究环干扰以及多环PI控制[4]器上模型错误的影响；J．Pohlmeier和A．Rix1996年提出了双效精馏塔设备和控制交互[5]设计；同年MyungwanHan和SunwonPark提出了双效精馏结构的多变量控制；1999年Kumar[6]Sanjeev和G．N．Tiwari建立了一个理论模型预计双效精馏塔的日产量。[7]国内学者也做了大量研究并取得了一定成果。刘启魁，王正权利用流程模拟软件ProⅡ对甲醇双效精馏过程进行了参数优化，通过改变高压塔的压力，采出比例，找出最佳的压[8]力值和回流比，达到节能效果。王桂云等研究了双效精馏节能的影响因

4、素，主要讨论了塔[9]的操作压力，进料分配比和回流比对精馏节能的影响。高维平等系统研究了4种多效精馏基金项目：国家自然科学基金资助项目（20966004）作者简介：代文阳（1987-），女，河南新乡人，昆明理工大学在读硕士，师从顾丽莉教授，主要从事天然产物的分离与提纯。电话：18288648492，E-mail：dwy799218272@163.com通讯联系人：顾丽莉(1963-)，女，教授，从事化学工程领域研究。电话：13668717017，E-mail：liligu001@163.com流程的特点，建立节能型精馏流程优化模拟机分析系统，并将模拟优化计算的结果与普通精

5、[10]馏流程对比，结果表明多效精馏节能率达40%以上。李瑞端等研究新型的双效精馏—气相进浓缩塔双效精馏流程，使乙醇-水系统的双效精馏节能效率提高15%~54%。1双效精馏的类型与发展双效精馏主要是利用两个精馏塔的操作压力不同而设计的。利用加压精馏塔冷凝器作为热源，向常压精馏塔再沸器（热肼）供热，将加压精馏塔冷凝器和常压精馏塔再沸器耦合成[11-13]冷凝再沸器，实现热集成，达到节能目的。按照进料方向与操作压力梯度方向是否一致，双效精馏可分为三类：双效并流(分流进料)，双效顺流(高压塔进料)和双效逆流(低压塔进[14]料)。1.1双效顺流流程双效顺流是流程向高压塔提供热量

6、，高压塔顶蒸汽的冷凝热供低压塔底再沸器使用，高压塔的釜底液作为低压塔的原料液，其流程见图1。图1顺流双效精馏流程近几年来，双效顺流的节能主要是利用ASPENPLUS中的化工模拟软件中的RADFRAC模块，使用热力学计算模型，对过程进行模拟。以能耗为目标函数，塔顶的蒸汽量作为决策变量，来确定最佳的操作条件。主要包括两塔的操作压力，进而决定操作温度，回流比，进[15]料位置，确定最优的工艺流程。肖丰和高维平通过建立数模，采用简捷优化法与逐板严格计算相结合的方法对双效顺流过程进行了优化设计，分析评价了节能的效果，节能可达到[16]30%，在实际中已经推广使用。同年，张鹏等人研究

7、了进料组成对节能效果的影响。以乙醇-水体系为研究对象，得出了顺流双效适用于重组分含量高时，最大节能率可达50%。杨[17]家军、肖丰等人对顺流双效HGL精馏流程作了进一步研究，通过改变进料位置，提出了顺流双效HGL精馏装置。并从塔的理论板数和总费用之间的关系评估设备费用，得出了双效顺流的节能潜力。1.2双效平流流程双效平流主要是高、低压塔分别进料，塔顶和塔底都有产品的采出。只给高压塔提供热源，工作蒸汽的走向与双效顺流精馏相同，高压塔顶冷凝释放的潜热做为低压塔再沸器的热源，这样就较大程度上节省了能源，流程如图2。图2平流双效精馏