精馏节能项目立项报告.doc

精馏节能项目立项报告姓名： 学号：班级：指导老师： 目 录封 面 . 1 目 录 . 21 项目简介 . 4 1.1 产品概述 . 4 1.2 功能需求 . 71.3 项目背景 . 7 1.4 开发类型 . 8 1.5 项目来源 . 8 2 竞争分析 . 8 2.1 市场定位 . 8 2.2 关键竞争要素说明 . 8 2.3 主要竞争对手分析 .82.4 研发优势与劣势分析.92.5 市场机遇与风险分析.93 国内外研究现状 . 93.1 隔板塔热耦合精馏.103.1.1 完全热耦合基本原理.113.1.2 节能效果.123.2 优化操作条件.123.3 改进精馏塔设备.133.3.1 利用中间换热装置节能.133.3.2 完全热耦合基本原理.143.3.3 填料.143.3.4 其他.143.4 多效精馏节能.153.4.1 双效精馏.153.4.2 三效精馏.183.5 提高分离效率.213.6 热泵精馏.213.7 加强操作控制管理.223.8 研究起点的确定.224 开发目标及项目意义.234.1 总体目标.234.2 应用对象.234.3 作用意义.234.4 推广应用.234.5 投入产出.234.6 经济效益.245 项目研究内容.245.1 技术路线及其实现.245.2 试验方法.26 5.2.1 反应原理.265.3 技术关键.266. 客观条件及可行性分析.276.1开发单位基本情况.276.2以往情况.286.3协作单位情况.287.开发经费总额及预算.287.1开发总经费.287.2设备费用.287.3不可预测费.297.4开发总费用.297.5项目进度及完成时间.291. 项目简介1.1 产品概述精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏操作按不同方法进行分类。根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响气液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏）。若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。典型的精馏设备是连续精馏装置包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。精馏塔供气液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸汽得到部分冷凝,部分凝液作为回流液返回塔底,其余馏出液是塔顶产品。位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸汽沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。进料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降，进料中的蒸汽和下塔段来的蒸汽一起沿塔上升。在整个精馏塔中，气液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。对不形成恒沸物的物系，只要设计和操作得当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。进料口以上的塔段，把上升蒸汽中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段；进料口以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分，称为提馏段。两段操作的结合，使液体混合物中的两个组分较完全地分离，生产出所需纯度的两种产品。当使n组分混合液比较完全地分离而取n个高纯度单组分产品时，须有n-1个塔。精馏之所以能使液体混合物得到较完全的分离，关键在于回流的应用。回流包括塔顶高浓度易挥发组分液体和塔底高浓度难挥发组分蒸汽两者返回塔中。气液回流形成了逆流接触的气液两相，从而在塔的两端分别得到相当纯净的单组分产品。塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比，称为回流比，它是精馏操作的一个重要控制参数，它的变化影响精馏操作的分离效果和能耗。评价精馏操作的主要指标是：产品的纯度。板式塔中的塔板数或填充塔中填料层高度，以及料液加入的位置和回流比等，对产品纯度均有一定影响。调节回流比是精馏塔操作中用来控制产品纯度的主要手段。组分回收率。这是产品中组分含量与料液中组分含量之比。操作总费用。主要包括再沸器的加热费用、冷凝器的冷却费用和精馏设备的折旧费，操作时变动回流比，直接影响前两项费用。此外，即使同样的加热量和冷却量，加热费用和冷却费用还随着沸腾温度和冷凝温度而变化，特别当不使用水蒸汽作为加热剂或者不能用空气或冷却水作为冷却剂时，这两项费用将大大增加。选择适当的操作压力，有时可避免使用高温加热剂或低温冷却剂（或冷冻剂），但却增添加压或抽真空的操作费用。主要是精馏塔的计算。不论是板式塔或是填充塔，通常都按分级接触传质的概念来计算理论板数。对于双组分精馏塔的设计计算，通常给定的设计条件有:液体混合物(料液)的量F和浓度xf（以易挥发组分的摩尔分率表示），以及塔顶和塔底产品的浓度xd和xw。计算所需的理论板数NT和实际板数NP 。计算前必须先确定合理的回流比。理论塔板数的计算方法有：（1）图解法最常用的是麦凯勃蒂利图解法（美国W.L.麦凯勃和E.W.蒂利在1925年合作设计的双组分精馏理论板计算的图解方法）用于双组分精馏计算。此法假定流经精馏段的汽相摩尔流量V和液相摩尔流量L以及提馏段中的气液两相流量V和L都保持恒定。此假定通常称为恒摩尔流假定，它适用于料液中两组分的摩尔汽化潜热大致相等、混合时热效应不大、而且两组分沸点相近的系统。图解法的基础是组分的物料衡算和气液平衡关系。取精馏段第n板至塔顶的塔段为对象，作易挥发组分物料衡算得：式中D为塔顶产品流量;xn为离开第n板的液相浓度;yn+1为离开第n+1板的汽相浓度。此式称精馏段操作线方程，在y-x图上是斜率为L/V的直线。同样取提馏段第m板至塔底的塔段为对象，作易挥发组分物料衡算得：式中D为塔底产品流量。此式称为提馏段操作线方程。将气液平衡关系和两条操作线方程绘在y-x直角坐标上。根据理论板的定义，离开任一塔板的气液两相浓度xn与yn，必在平衡线上，根据组分的物料衡算，位于同一塔截面的两相浓度xn与yn+1, 必落在相应塔段的操作线上。在塔顶产品浓度xd和塔底产品浓度xw范围内，在平衡线和操作线之间作梯级，每梯级代表一块理论板，总梯级数即为所需的理论板数NT，跨越两操作线交点的梯级为加料板。计入全塔效率，即可算得实际板数NP(见级效率)；或根据等板高度,从理论板数即可算出填充层高度(见微分接触传质设备)。（2）捷算法用作粗略估算，首先根据芬斯克方程，（美国M.R.芬斯克1932年建立的全回流理论板数计算方程）算出采用全回流操作达到给定产品浓度xd和xw所需的最少理论板数Nmin（包括再沸器）：式中为待分离两组分间的全塔的平均相对挥发度，常取塔顶和塔底处的相对挥发度的几何平均值。再由Nmin、最小回流比Rmin和选用的回流比R，从吉利兰经验关联式（1940年美国E.R.吉利兰建立的计算理论板数关联式）：求出所需的理论板数NT。对于相对挥发度在全塔接近常数的系统，即接近于理想溶液的混合液的分离，捷算法较可靠，并可推广到估算多组分料液的精馏。捷算法在整个生产过程的优化计算时常被采用，以节省时间。（3）严格计算法随着精馏技术日趋成熟和生产规模的扩大，具有多股加料和侧线抽出等特殊功能，以及具有侧塔、中间再沸器等的各种复杂的精馏塔(见精馏设备)相继出现。现今越来越需要对精馏做出严格计算，以了解塔内温度、流量和浓度的变化，达到更合理的设计和操作。电子计算机的应用，为严格计算法提供了条件。各种严格计算法均基于四类基本方程：即组分物料衡算式、气液相平衡关系、归一化方程（气相及液相中各组分摩尔分率之和为 1）和热量衡算方程。对每块理论板都可以建立这些方程，组成一个高维的方程组，然后依靠电子计算机求解。根据不同的指定条件，原则上此方程组可用于新塔设计或对现有塔的操作性能核算。精馏过程的核心在于回流，而回流必须消耗大量能量。降低能耗是精馏过程发展的重大课题。除了选择经济上合理的回流比外，主要的节能措施有：热泵精馏。将塔顶蒸汽绝热压缩（见热力学过程）升温后，重新作为再沸器的热源(见热泵蒸发)；多效精馏。精馏装置由压力依次降低的若干个精馏塔组成，前一精馏塔塔顶蒸汽用作后一精馏塔再沸器的加热蒸汽（见多效蒸发）；采用高效精馏塔，可用较小的回流比；采用高效换热器，可降低传热温度差，这样就可以减少有效能损失。采用电子计算机对过程进行有效控制，减小操作裕度，确保过程在最低能耗下进行。1.2功能需求在化工生产过程中，分离是非常重要的一个过程单元，它直接决定了最终产品的质量和收率，工业生产中占据着主导地位的分离方法就是精馏，精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同，利用能量交换和气液间传质进行分离的单元操作，具有独特的优势。据估计，化工过程中40-70的能耗用于分离，而精馏能耗又占其中的95。同时，同时精馏在热力学上是低效的耗能过程，有极高的热力学不可逆性。因此，在当今世界能源日益短缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要，它的每一个进展都会带来巨大的经济效益和社会效益。现代化工进程对节能工作非常重视，国内外投入大量人力、物力进行节能技术的开发，节能新技术、新工艺、新措施、新方法不断问世。1.3 项目背景精馏的节能研究在当前已成为一个热门课题。精馏过程是化学工业中耗能最大的单元过程。经估计，分离过程的能耗大约占整个化学工业用能的40 %，而其中95 %是蒸馏过程消耗的。美国曾经统计全美国40000多个精馏塔的能耗量相当于190 mL石油，几乎占全国能耗的3 %。因此，研究和探讨精馏过程的节能原理、节能技术，并使其应用于工业生产，实际是十分必要的。 精馏过程能耗最大的原因是：一方面它是化工及燃油工业中的主要分离技术，技术成熟可靠，投资相对较低；另一方面，现有精馏技术的热力学效率低，分离1Kg产品所需能量(比能耗)相当高。精馏节能的一般措施：设计(新型塔板、新型填料的使用或替代效率低的塔板和填料等)、工艺(热集成、分壁精馏、新工艺及精馏同其他操作的结合等)、操作(最佳回流比、稳定操作、工艺优化、指标优化等)几方面着手。1.4 开发类型精馏节能属于技术支持类型。它是对现有精馏的功能更改、缺陷修正、性能升级工作。它的主要考核指标为：费用控制要求（剔除板块支付的费用后的人均费用）和效益评估指标（板块支付的费用）。1.5 项目来源 此项目来源于自主立项的项目。1 竞争分析 2.1 市场定位 精馏节能的目的只有一个就是减少精馏过程中的能量消耗。它的主要目标是：在分离同样原料液时，可以得到更高组成的目标成分，并具有更小的能耗。它的市场是化工领域。2.2 关键竞争要素说明 它的竞争要素只有一个，就是其他公司对此项分离的分离程度及能耗。2.3 主要竞争对手分析 它的竞争对手是化工行业的其他同类型的公司。2.4研发优势与劣势分析（1）研发优势精馏节能的研发优势是基于精馏过程节能技术的现状来说的。目前，随着化工生产中分离物料的组分不断增多，对产品纯度的要求也不断提高，但精馏装置操作往往偏于保守，操作方法、操作参数设置不尽合理。典型的单级精馏装置中，混合物料从某一中间位置进入塔内，塔内设有塔板或填料促进汽液两相之间的相互接触，塔底液相在再沸器中被加热，塔顶的蒸汽在冷凝器中冷凝为馏出液。在该精馏过程中所消耗的绝大部分能量被冷却水或分离组分带走，并非用于实际的组分分离，因此精馏过程的节能技术具有广阔的发展空间。据统计，我国的炼油厂消耗的原油占其炼油量的8%10%，其中很大一部分消耗在了精馏过程中。在现今能源资源紧缺的情况下，对精馏过程的节能研究就变得十分重要。（2）研发劣势近年来，世界能源短缺状况加剧，各国对精馏节能技术的研究都很重视，以精馏过程节能技术为中心的研究和应用得到了飞速的发展。 精馏节能受到了前所未有的关注度，新的节能措施不断问世，提供机遇的同时，也给很多公司带来了危机。总体上来说，谁分离的程度更高，谁的能量消耗越少，谁的成本就能越低，利润就相应越高，越有利于公司的发展。2.5市场机遇与风险分析 一旦一个新的有效的技能措施问世，就会使其所在的公司迅速发展，这是毋庸置疑的。然而新技术产生之前需要投入大量资金，稍有不慎，不但研究不出新成果，反而会对公司的发展造成巨大的打击。3国内外发展现状 近年来，由于能源的短缺，精馏过程节能的技术开发和应用研究非常活跃。一方面随着计算机技术与软件的发展，大型化工软件商业化越来越多，这都在一定程度上促进了人们对精馏操作的规律性认识和本质认识，有利于对精馏过程的节能研究。另一方面，各类特殊精馏工艺的技术日趋成熟，开始在工业过程中获得实际应用，如热泵精馏在处理丙烯-丙烷系统，乙苯-对二甲苯过程中获得广泛应用，在丁二烯系统中的热偶精馏的运用等，都取得了良好的节能效果。我国在精馏过程节能的理论研究和技术开发与应用方面与国外都存在着比较大的差距，国外现在已开展对多种方式相结合的节能研究，国内尚未见有报道，尤其在工业实用方面差距明显，这也与我国工业生产中的工艺技术整体比较落后有关，而我国目前尚未见有隔板塔的工业应用报导。因此我国应该加强节能技术的应用研究，尤其是对当前最具前途的隔板精馏塔的应用研究。目前，精馏过程节能技术的研究主要可以分为以下2类: 精馏塔设备改进，如采用高效规整填料替代塔板或低效填料等; 单元过程耦合，如隔板塔、热泵精馏、多效精馏、反应精馏、精馏与膜分离耦合等。此外，还可以从设计、工艺、操作等方面着手。现举例介绍如下：3.1隔板塔热耦合精馏节能技术隔板塔作为设备集成、设备强化研究趋势下的一个前沿研究热点，既可以显著提高热力学效率，降低能耗，又减少设备投资，但国内在此方面尚无工业化。国外BASF和Montz在用于3组分分离的隔板塔的研究上已取得了一定进展并工业化。1985年，第1座用于回收精细化学品的隔板塔才投入工业运转。近年来，由于能源价格的持续上涨，瑞士Sulzer，美国Koch-Glitsch，Kellogg，UOP，德国拜耳，Linde，Uhde，日本Sumitomo等公司逐渐开始了隔壁塔技术的开发与应用，板塔工业应用已经100多座，其中南非Sasol公司用于回收合成汽油混合物中1-己烯的隔板塔采用了BASF公司的技术，该塔也是目前世界上最高的一座隔板塔，其塔高107 m，直径5 m，生产实践表明隔板塔的应用已经产生了较好的经济效益和社会效益。隔板塔主要用在多组分物系的分离上。目前，国内外一些研究机构对 3 组分分离的研究很多，对4组分或较多组分的分离研究报道较少，这主要是由于塔设备和内件制造、精馏操作和控制上等存在许多问题，难以工业化应用。理论上讲，隔板塔分离的组分越多，需要的隔板也越多，在一个隔板塔中就能得到越多的产品。本文针对醇类体系4组分分离的完全热耦合过程通过化工流程模拟软件 Aspen 进行了模拟优化和用能分析，提出了工业化应用在设计和操作上需要考虑的问题。3.1.1完全热耦合基本原理完全热偶精馏( FTCD)理论最早由Petlyuk进行了研究，故又称为 Petlyuk 塔（只有1个再沸器和1个冷凝器，用来分离三元或多元混合物，如果分离是热力学可行性的，并且在大于最小回流比的情况下，通过增加塔板数，产品质量可以达到任意纯度）。完全热耦合精馏塔由主塔和1个或多个预分馏塔构成，预塔的作用是将混合物进行初步分离，轻关键组分全部由塔顶分出，重关键组分完全由塔釜采出，中间组分在塔顶、塔底之间合理分配，在主塔塔顶和塔底以及侧线采出符合质量要求的产品; 隔板塔在塔内部通过安装可移动的立式或型隔板将塔分成2或多部分，这一结构在热力学上完全等同于 Petlyuk 塔。精馏分离的热力学过程是通过再沸器提供热量和冷凝器冷凝冷却放热使得进料物流混合熵减的过程。这就意味着，在精馏过程中，通过精馏塔的适当设计额外混合应该尽可能的避免。不可取的额外混合将会导致过量熵被移出，并且需要过量的能量来达到分离的要求。对于普通精馏过程，塔顶蒸汽在塔顶冷凝器被冷却剂冷凝带走的热量很大，接近于塔底再沸器热能量体供给的热量，如果能把普通精馏塔顶蒸汽的冷凝热进行合理有效的利用，就可以大大地降低能耗，达到节能增效的目的。完全热耦合过程基于这一点考虑，避免了中间组分的返混效应，减小进料与进料板上物流组成不同引起的混合问题，达到节能效果。图 1 4组分热耦合精馏序列图 2 简捷法热耦合精馏工艺流程3.1.2节能效果通过流程模拟软件，采用Wilson活度系数模型，由简捷算法建立工艺流程模型为严格算法提供初始值，通过FTCD 3塔流程模拟，计算结果表明隔板塔相比常规流程可以节省约15.1%的操作费和38%的设备材料，节能效果明显。3.2 优化操作条件节能技术随着化工技术的迅猛发展，化工技术的进步在化工生产过程中，分离是在这一个过程中显得尤为重要。精馏分离操作所消耗的能源占化工分离的95%，而在热力学中精馏是低效的耗能过程，有极高的热力学不可逆性。在如今世界能源日益紧缺的背景下，精馏过程中的节能操作势在必行。有效的精馏节能不仅能够带来巨大的社会经济效益，还有助于可持续性资源的发展。通过对精馏过程的软件模拟来进行对其操作条件的研分析。精馏塔的主要操作条件包括操作压力、操作温度、塔板压降，进料位置及温度、理论板数、回流比以及回流温度、塔顶塔底采出量、关键组分的清晰分割程度，塔顶塔底热负荷等等，除塔的操作压力通常是给定的(在设计双效流程除外)， 至于其它条件均可以根据实际作为变量进行操作，至于最佳分离值则可以通过对灵敏度的分析、设计规定或优化技术来确定，以获得最小的冷凝负荷和再沸器热负荷，从而达到精馏能耗节约的目的。3.3 改进精馏塔设备节能技术3.3.1利用中间换热装置节能有些精馏塔的顶部与底部温差较大，对于此类精馏塔便可增加中间换热器来事冷热量达到均衡的状态。（1）增设的中间换热器能够改变操作线斜率，并利用低品位能源：若是精馏塔上部的温度变化明显，则可在精馏段的某塔板间处设置中间冷凝器，并用低品位冷剂作为冷源，以此节省主冷凝器高品位冷剂的用量，从而降低能耗，但是此种方法会使精馏塔上方塔板的分离能力减弱。（2）若是精馏塔下方的温度分布变化大，可在提馏段的某塔板问处设置中间再沸器，减少主塔再沸器高品位热量。（3）于各组分沸点相差很大的物系，若有组分要在冷冻条件下进行分离， 应使进入冷冻系统或冷冻等级更高系统的组分数尽量减少。（4）应把关键组分的相对挥发度最接近于1的组分放在最后。（5）对产品纯度要求高的组分应放在最后分离。 简单精馏流程采用热集成技术比无热集成的可节约操作费用50，可见塔系热集成技术对于分离过程能耗的影响往往比单个塔的优化更显著，这是挖掘精馏系统节能潜力极大的一种措施，因而成为节能研究者的热点对象。3.3.2 改进塔板节能板式塔具有空塔气速高、生产能力大、塔板效率稳定的特点，但由于对产品质量要求的提升, 不断开发新型塔板以满足需求。赵丹等,对四溢流塔板上的流动与传质现象进行了传质模型计算，得出在塔板两侧弓形区加导流板有效改善弓形区的返混，改进后相对于传统方法板效率提高4.7%。赵培等，由实验得出组合导向浮阀塔板的板效率相对川浮阀塔板有很大提升，最大超过10% , 对生产能力也有提高。宋启祥等对塔板上不同区域的流动状态分析，经过研究和应用表明，具有导向推液作用的塔板可有效提高传质效率。李群生等，设计开发了FGS T 塔板，不但使得塔效率提升，同时也让塔的操作弹性增大。3.3.3 填料填料塔由于通量大、压降小、效率高而广泛应用于精馏行业。20世纪后期，填料塔技术得到很好的发展，但工业要求不断提高，从而开发新型填料具有一定的积极作用。朱夏霖10通过雪浪公司开发的网孔波纹填料为塔内件，应用于生产中。相对于同类型工艺达到了高效、节能的目的，并使得塔负荷得到一定提升。杨乐巍11模拟计算了以zu-PAC3.0 填料作为蒸氨精馏塔内件，不但产品质量达到要求，同时起到扩产、节能、降耗的效果。上海焦化公司将甲醇生产的浮阀塔改造成填料塔，使得生产能力由原20万吨增至35万吨。3.3.4 其他在精馏塔的设计方面还可以从进料位置、混合塔板、混合塔板填料等方面加以改造。在精馏塔设计中多留几个进料口，根据进料性质和产品要求合理选择进 料口，及防止成分波动引起的产品波动，还可以有效提升产量。而在一些精馏段和提馏段负荷相差较大的情况下，可以选择混合塔板来进行组分分离，一般用在精馏前浓缩阶段。3.4多效精馏节能技术多效精馏是将原料分成大致相等的N股进料，分别送入压力依次递增的N个精馏塔中，N个塔的操作温度也依次递增。压力和温度较高塔的塔顶蒸汽向较低塔的塔釜再沸器供热，同时自身也被冷凝，以此类推，这样就节省了低压塔再沸器的能耗和高压塔冷凝器的水耗。在这个系统中，只需向第一个最高压力塔供热，系统即可进行工作，所需能量约为单塔能耗的1/N，如将三个塔串在一起采用三效精馏技术，其能耗仅用原来的1/3，节能幅度达到67%，节能效果非常明显。多效精馏由于效数的增加，加热蒸气用量减少，能耗降低，但效数越多，设备投资费用增加，且受到第一级加热蒸气压力及末级冷却介质种类的限制，操作愈发困难，一般由单效改为双效可节能50，双效到三效增加17，三效到四效仅增加了8，可见，多效精馏后所产生的节能效果不断下降，因此工业上一般采用双效精馏，其工艺流程按加热蒸气和物料的流向不同，分为平流、 顺流和逆流三种。3.4.1双效精馏（1）双效精馏的类型与发展双效精馏主要是利用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（热井）供热，将加压精馏塔冷凝器和 常压精馏塔再沸器耦合成冷凝再沸器，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（低压塔进料）。双效顺流是流程向高压塔提供热量，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3。图3 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radf-rac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30%， 在实际中已经推广使用。同年，张鹏等人研究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%。杨家军、肖丰等人对顺流双效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。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，流程见图4。平流双效精馏流程的研究主要是采用优化设计的方法，通过建立数学模型，并通过实例来验证数学模型的通用性，来考察节能的效果。然后提出一些优化设计的计算方法，分析优化各个工艺参数，进而得到最优的设计方案。高维平、杨莹对平流双效精馏过程进行了研究，认为平流双效精馏流程适用于分离低沸组分浓度大于高沸组分浓度的双组分物系。当热源温度较高，再沸器中有足够的传热温差和需要高回流比时，使用平流双效精馏较好。加热蒸汽和冷却水所耗费用比单塔节省，节省率高达40%到50%。虽然设备投资增加了，但年运转费用节省40%以上。图4 平流双效精馏流程双效逆流精馏操作流程是物料从低压塔进料，加热蒸汽从高压塔再沸器进入，产生的高压塔顶蒸汽作为低压塔再沸器的热源。对逆流双效精馏，根据高压塔进料的来源以及产品的出处，又可以将双效逆流的工艺流程分为种。流程一，原料进入低压塔，其塔顶采出作为原料送入高压塔，高压塔塔顶蒸汽向低压塔塔釜提供热量，两塔塔底均有产品采出，而塔顶只有高压塔有产品采出，见图5。图5 逆流双效精馏流程一流程二，原料进入低压塔，其塔底采出作为原料送入高压塔，高压塔塔顶蒸汽向低压塔塔釜提供热量，两塔塔顶均有产品采出，而塔底只有高压塔有产品采出，见图6。图6 逆流双效精馏流程二流程三，原料进入低压塔，其塔顶、塔底采出作为原料送入高压塔，高压塔塔顶蒸汽向低压塔塔釜提供热量，高压塔的塔顶和塔底均有产品采出，低压塔没有产品采出，见图7。图7 逆流双效精馏流程三近几年来，逆流双效精馏的研究方向主要是使用模拟软件aspenplus以及pro等，对工艺流程进行模拟，着重考虑了系统设计和控制交互作用，达到优化的目的。张鹏等人对这种双效逆流流程的节能效果进行对比研究，使用模拟软件pro进行双效逆流模拟，得出进料组成、进料温度对逆流双效精馏节能率的影响，流程二的节能效果最好，流程三的节能效果次之，流程一的节能效果最差。种逆流双效精馏流程的节能率均随着进料温度的升高而下降，双效精馏最好应用在进料温度小于泡点温度的情况下。李瑞端，高维平等人又研究了泡点以上温度进料的新型节能流程，气体进料做再沸器热源双效精馏流程，并使用模拟软件 pro，对该流程进行模拟。结果表明，逆流双效精馏的节能率均随进料温度的先升高后下降再升高，气体进料作再沸器热源双效精馏最好应用在进料温度在露点附近，节能效果更佳。刘艳杰等研究了多效逆流精馏流程的设计型模拟优化计算， 建立了逆流精馏过程的设计计算的通用数学模型，通过实例考核，证明了所给模型的可靠性和正确性。3.4.2三效精馏三效精馏按进料方向与操作压力梯度方向是否一致及进料的位置不同可划分为5种流程，即平流三效精馏、顺流三效塔釜进料精馏、逆流三效塔釜进料精馏、顺流三效塔顶进料精馏和逆流三效塔顶进料精馏，具体工艺过程分别如下:a平流三效精馏低压塔、中压塔和高压塔都有进料，高压塔的塔顶蒸汽作为中压塔塔底再沸器的热源，高压塔塔顶冷凝器与中压塔塔底再沸器合为一个设备，中压塔和低压塔亦如此，三塔的塔顶和塔底均有产品采出。b顺流三效塔釜进料精馏从高压塔进料，高压塔的塔顶蒸汽作为中压塔塔底再沸器的热源，高压塔塔顶冷凝器与中压塔塔底再沸器合为一个设备，高压塔塔顶蒸汽换热后一部分作为高压塔的塔顶回流，另一部分为塔顶采出产品，高压塔塔底设有再沸器，塔底出液为中压塔进料，中压塔和低压塔亦如此，低压塔顶设有冷凝器，三塔塔顶均有产品采出，只有低压塔有塔底产品采出。c逆流三效塔釜进料精馏从低压塔进料，中压塔的塔顶蒸汽作为低压塔塔底再沸器的热源，中压塔塔顶冷凝器与低压塔塔底再沸器合为一个设备，中压塔的塔顶蒸汽换热后一部分作为中压塔的塔顶回流，另一部分为塔顶采出产品，低压塔塔顶设有冷凝器，有产品采出，塔底出液为中压塔进料，中压塔和高压塔亦如此，高压塔塔底设有再沸器，三塔塔顶均有产品采出，只有高压塔塔底有产品采出。d顺流三效塔顶进料精馏从高压塔进料，高压塔的塔顶蒸汽作为中压塔塔底再沸器的热源，高压塔塔顶冷凝器与中压塔塔底再沸器合为一个设备，高压塔的塔顶蒸汽换热后一部分作为高压塔的塔顶回流，另一部分为中压塔进料， 高压塔塔底设有再沸器，有产品采出，中压塔和低压塔亦如此，低压塔塔顶设有冷凝器，三塔塔底均有产品采出，只有低压塔塔顶有产品采出。e 逆流三效塔顶进料精馏从低压塔进料，中压塔的塔顶蒸汽作为低压塔塔底再沸器的热源，中压塔塔顶冷凝器与低压塔塔底再沸器合为一个设备，中压塔的塔顶蒸汽换热后一部分作为中压塔的塔顶回流，另一部分为高压塔进料，低压塔塔顶设有冷凝器，产品为中压塔进料，塔底有产品采出，中压塔和高压塔亦如此，高压塔塔底设有再沸器，三塔塔底均有产品采出，只有高压塔塔顶有产品采出。图1 不同进料温度下各三效精馏的节能趋势（1）进料温度的影响平流三效精馏和逆流三效塔顶进料精馏受温度影响不大，在气液混合状态温度以下节能率明显高于其它三效精馏; 顺流三效塔釜进料、顺流三效塔顶进料和逆流三效塔顶进料精馏的节能率均随着进料温度的升高而上升，在低温时上升平稳，当进料温度大于气液混合状态温度后，节能率急剧上升。因此，平流和逆流三效塔顶进料精馏适用于任何温度进料，顺流三效塔釜进料精馏适用于泡点以上温度进料，顺流三效塔顶进料精馏适用于气液混合状态温度以上进料。逆流三效塔釜进料精馏的节能率随着温度的升高显著下降，所以适用于常温进料物系。（2）进料组成的影响平流三效精馏、顺流三效塔釜进料、逆流三效塔釜进料和逆流三效塔顶进料精馏的节能率均随着进料轻组分含量的升高而逐渐上升，因此以上4 种流程均适用于进料组分中轻重组分相当或轻组分含量较多的情况。其中，顺流三效塔釜进料的节能率明显不如其它3种流程，在进料轻组分含量低时甚至不节能。顺流三效塔顶进料精馏的节能率随进料轻组分含量的升高而显著下降，所以顺流三效塔顶进料适用于重组分含量大于轻组分含量的进料情况。（3）进料相对挥发度的影响平流三效精馏和逆流三效塔顶进料的节能率随着进料相对挥发度的增大而逐渐下降， 顺流三效塔釜进料、 顺流三效塔顶进料和逆流三效塔釜进料的节能率随着进料相对挥发度的增大而显著下降，甚至为负值，所以三效精馏适用于进料相对挥发度较小的情况，以不超过 6 为宜。3.5提高分离效率随着分离效率的提高，能够起到降低能耗、减排、提高产品质量等优点，从而提高企业的效益。化工精馏的同时，选用高效导向筛板及新型的填料等分离设备，不仅能够提高分离效率，使精馏塔的操作回流比降低，还能够因为精馏塔的还能与回流比呈线性关系，从而成比例地降低的能量消耗。使化工产品质量提高的办法之一及时提高分离效率。3.6热泵精馏热泵精馏是依据热力学第二定律，靠补偿或消耗机械功，将塔顶低温蒸气加压升温，作为高温塔釜的加热热源。热泵实质上是一种把冷凝器的热 “泵送” 到再沸器里的制冷系统。因回收的潜热用于过程本身，又省去了塔顶冷凝器冷却水和塔釜加热蒸气，热泵系统中压缩消耗的能量，是唯一由系统外提供的，相当于只有再沸器直接加热消耗能量的20-40，故可使精馏的能耗明显减少。节能效果一般由供热系数COP来衡量，它表示加入1kJ的压缩功可提供给再沸器多少千焦的热量，其值越大，效果越好。热泵精馏以工质的来源可分为两大类：一类是直接式热泵精馏，以塔中的物质为工质；另一类是间接式热泵精馏，以额外的循环物料为工质。3.7加强操作控制管理加强操作管理是最廉价的节能技术，其实质是使过程处于最佳运行状态，尽可减少不必要的能耗。具体措施有：（1）严格控制产品质量。（2）改进调节控制系统。为防止精馏过程中操作参数的波动，都会设有一定的安全余量，若采用高精度的感应器、可靠的控制回路与仪表、较准确的数学模型组成先进的控制系统，全面优化流程，使操作基本上在最佳条件下进行，实现节能增效。如在丙烯-丙烷的分离过程中，采用先进控制系统，可使R由15.6降至13.5， 从而实现节能13.5。（3）加强设备维修保养，保证所有设备处于最佳传热状态，减少开停车。（4）提高工作人员技术水平和节能意识，降低人为造成的能量浪费。3.8本课题研究起点的确定经分析国内外精馏节能技术进展，发现简单精馏流程采用热集成技术比无热集成的可节约操作费用50，而三效精馏将三个塔串在一起采用三效精馏技术，其能耗仅用原来的1/3，节能幅度达到67%。这两种节能效果非常明显。我们如果结合这两种技术，在精馏节能方面一定能取得巨大进展。4开发目标及项目意义4.1总体目标将热集成技术和三效精馏应用在精馏过程中，达到节能目的。4.2应用对象精馏节能的研究的应用对象为全部化工精馏领域，只要有精馏，就需要精馏节能技术。它的应用领域在这个方面来说是十分重要的。4.3作用意义在化工生产过程中，分离是非常重要的一个过程单元，它直接决定了最终产品的质量和收率，工业生产中占据着主导地位的分离方法就是精馏，精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同，利用能量交换和气液间传质进行分离的单元操作，具有独特的优势。据估计，化工过程中40-70的能耗用于分离，而精馏能耗又占其中的95。同时，同时精馏在热力学上是低效的耗能过程，有极高的热力学不可逆性。因此，在当今世界能源日益短缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要，它的每一个进展都会带来巨大的经济效益和社会效益。4.4推广应用新的有效的精馏节能措施的问世具有十分广阔的应用，它可以推广的蒸馏、闪蒸等项目的运行中。4.5投入产出此项目由于是公司确定的重点项目，所以在资金、技术等方面得到了很大的支持。此项目需要配备集热器、低压塔、中压塔、高压塔塔底再沸器和塔顶冷凝器等设备，与以往相比多了集热器，且管线发生了变化，对于设备方面投入并不是很大。对于技术方面，为了将集热器和三效精馏合理结合，需要投入大量资金。预计此次投入50万人民币进行改造。对于产出方面，经分析国内外精馏节能技术进展，热集成技术比无热集成的可节约操作费用50，而三效精馏能耗仅用原来的1/3，节能幅度达到67%。将两种技术结合后，保守估计可节约操作费用40%，节约能耗30%，收益增幅40%。4.6经济效益将热集成技术和三效精馏结合并应用于生产中，带来的经济效益无疑是巨大的。经分析此项目的投入产出情况，我们得出结论如下：将两种技术结合后，保守估计可节约操作费用40%，节约能耗30%，收益增幅40%。5项目研究内容5.1 技术路线及其实现增加中间换热器来使冷热量达到均衡的状态。（1）增设的中间换热器能够改变操作线斜率，并利用低品位能源：若是精馏塔上部的温度变化明显，则可在精馏段的某塔板间处设置中间冷凝器，并用低品位冷剂作为冷源，以此节省主冷凝器高品位冷剂的用量，从而降低能耗，但是此种方法会使精馏塔上方塔板的分离能力减弱。（2）若是精馏塔下方的温度分布变化大，可在提馏段的某塔板问处设置中间再沸器，减少主塔再沸器高品位热量。（3）于各组分沸点相差很大的物系，若有组分要在冷冻条件下进行分离， 应使进入冷冻系统或冷冻等级更高系统的组分数尽量减少。（4）应把关键组分的相对挥发度最接近于1的组分放在最后。（5）对产品纯度要求高的组分应放在最后分离。 简单精馏流程采用热集成技术比无热集成的可节约操作费用50，可见塔系热集成技术对于分离过程能耗的影响往往比单个塔的