进料温度对双效精馏节能效果的影响.pdf

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1、第１０期刘艳杰等．进料温度对双效精馏节能效果的影响１１５１进料温度对双效精馏节能效果的影响刘艳杰栾国颜高维平（吉林化工学院化工与材料工程学院，吉林吉林１３２０２２）摘要以乙醇－水系统为研究物系，通过计算机稳态优化模拟计算，考察进料温度对３种不同结构的双效精馏流程节能率的影响。研究结果表明：在考察的温度范围内，进料温度对每一种流程的节能率均有不同程度的影响，但影响幅度均不是很大。具体的研究结果可为双效精馏流程的选择和进料温度的确定提供理论依据。关键词双效精馏进料温度节能率优化模拟中图分类号ＴＱ０２８．１文献标识码Ａ文章编号１０

2、００３９３２（２０１４）１０１１５１０４精馏过程是利用混合物中各组分挥发度的差异来分离均相混合物，是以热能的消耗换取产品的分离提纯的过程。在分离操作过程中，精馏分离过程的能量消耗是最大的。由于全球范围能源危机和日益强烈的环保需求，针对精馏过程的节［１，２］能研究也是尤为重要的。多效精馏是化学工业中较为常见的一种精馏节能措施，在多效精馏中最普遍的是双效精馏，其流程特点是精馏系统由压力不同的双塔组成，由图１双效精馏流程Ａ１高压塔逐渐向低压塔供热，提高了过程的热力学效率，大幅度地降低了能耗，从根本上解决精馏过［２～５］程能

3、耗高的关键技术问题。影响双效精馏节能效果的因素主要有进料组成、进料温度、回流比及操作压力等以及这些因素的组合。笔者针对３种不同结构形式的双效精馏流程进行节能特性的研究，在已优化的回流比、进料位置及操作压力等条件下，主要考察进料温度对节能效果的影响，为双效精馏的实际应用提供理论依据。１双效精馏的研究流程图２双效精馏流程Ａ２原料由高压塔（Ｐｈ）进入，由于进料物流是气相且温度较高，所以给出了原料直接做为高压塔双效精馏流程Ａ的特点是轻组分产品分别进料的流程及与其对应的先以进料物流加热高压在高压塔（Ｐｈ）和低压塔（Ｐｌ）采出，而重组

4、分产品塔塔底物料而后作为高压塔进料的流程。为便于只在低压塔采出。研究分析，分别命名为双效精馏流程Ａ、双效精馏流程Ｂ和双效精馏流程Ｃ，流程结构如图１～６所收稿日期：２０１４０９０３（修改稿）示。基金项目：国家自然科学基金资助项目（２０７７６０５９）１１５２化工自动化及仪表第４１卷压塔和低压塔采出，而轻组分产品在低压塔采出。另外，两种流程的低压塔进料状态是不同的。２模拟计算全部的模拟优化工作采用ＰＲＯ／Ⅱ工程模拟软件完成。模拟体系为乙醇－水。在模拟计算中，液相为非理想溶液，气相为非理想气体，选用ＮＲＴＬ方程计算气－液相平衡数

5、据，过程热损失忽略不计。进料组成为０．５（乙醇的摩尔分率），进料流量为１００ｋｍｏｌ／ｈ。分离任务为：塔顶轻组图３双效精馏流程Ｂ１分产品中乙醇的摩尔分率为０．８，塔底重组分产品中乙醇的摩尔分率为０．１。操作条件为：单塔精馏为常压操作，双效精馏的低压塔为常压操作，高压塔的塔压根据两塔的平均换热温差不小于１０℃的换热要求进行优化确定；各塔均在已优化的最佳回流比和进料位置下操作。进料温度分别为１３０、１４０、１５０、１６０、１７０℃。３结果与讨论３．１双效精馏Ａ在不同的进料温度时，单塔精馏和双效精馏图４双效精馏流程Ｂ２流程Ａ的

6、能耗情况和节能率对比见表１。表１单塔精馏和双效精馏流程Ａ对比双效精馏流程Ｂ的特点是轻组分和重组分６６６６产品均在低压塔采出，高压塔没有产品采出。精馏ｔｆＱｃ×１０ＱＲ×１０ＱＥ×１０ＱＴ×１０Ｅ流程℃ｋＪ·ｈ－１ｋＪ·ｈ－１ｋＪ·ｈ－１ｋＪ·ｈ－１％单塔１３０５．３４５５１．１１７８－６．４６３３－１４０５．３４９３１．０８４８－６．４３４１－１５０５．３５１３１．０５２６－６．４０３９－１６０５．３５３３１．０２３５－６．３７６８－１７０５．３５５２０．９９８０－６．３５３２－双效１３０４．１３０４－３．９３０４４．１３０

7、４３６．０９精馏１４０４．１６６４－３．９６７２４．１６６４３５．２５Ａ１１５０４．１９９８－４．００１５４．１９９８３４．４２图５双效精馏流程Ｃ１１６０４．２３０２－４．０３２５４．２３０２３３．６６１７０４．２５６９－４．０５９９４．２５６９３３．００双效１３０４．０３９１－３．９００６４．０３９１３７．５１精馏１４０４．０７８１－３．９４１１４．０７８１３６．６２Ａ２１５０４．１１２６－３．９７７２４．１１２６３５．７８１６０４．１４２１－４．００７８４．１４２１３５．０４１７０４．１６５４－４．０３２１４．１６

8、５４３４．４４注：Ｅ———节能率；Ｑｃ———冷凝器热负荷；ＱＲ———单塔再沸器或双塔辅助再沸器热负荷；ＱＥ———热交换器热负荷，ＱＥ＝Ｑｃ＋图６双效精馏流程Ｃ２ＱＲ；ｔｆ———进料温度。双效精馏Ｃ的特点是重组分产品分别由高由表１可见，在考察的进料温度范围内，双效第１０期刘艳杰等．进料温度