论文部分内容阅读
【摘 要】精馏是石油行业等化工生产中重要的分离操作单元。本文简要介绍了精馏的工作原理，对精馏操作过程中的影响因素进行了分析，并以此为基础给出了精馏操作的优化方向和现在常见的节能措施。
【关键词】精馏操作 工作原理 影响因素 优化策略 节能措施
精馏是石油行业等化工生产中重要的分离操作单元。通常情况下，相互融合在一起的液体的分离过程都是通过精馏来实现的。但是，精馏分离操作过程需要用到大量的能源，因此如何优化和节能具有重要的现实意义。
一、精馏操作的原理
在精馏操作工艺和设备中，精馏塔是最为常见的一种操作形式——通过精馏塔来完成和实现精馏操作过程。一般情况下，精馏塔的操作形式可以分为两种：间歇式精馏塔和连续式精馏塔。精馏塔顶部不断洒下液体，与从塔底进入到塔内的、呈上升状态的蒸汽接触并发生化学反应，通过二者气相中的沸点不同而实现到分离的目的。在精馏塔里面发生反应之后后，一部分液体会重新返回到精馏塔中，另一部分则作为最终产品被取出精馏塔。
二、精馏操作过程的影响因素
（一）工作压力和温度的影响。精馏操作只有在一定的压力和温度下下才能进行。
在精馏操作过程中，精馏塔内部的压力不是一成不变的，而是随着反应的进行而时刻发生着变化，直接造成不同塔板上的气液成分发生变化。也就是说，精馏塔内的压力变化会直接影响到气相中轻组分的含量和浓度。
精馏塔内部的温度变化也对精馏操作过程的有非常大的影响。例如，当物料的温度降低时，就会相应地增加精馏塔底部的热负荷，使精馏塔顶部的冷负荷降低。精馏塔内部的温度变化就意味着物料的状态发生了改变，反应的条件发生了变化，对反应结果必然会造成很大的影响。所以精馏塔内部温度的控制是影响精馏操作的重要因素之一。
（二）回流比的影响。回流比可以显著地影响精馏塔内的精馏效果，改变回流比来控制和调节精馏产品的质量。例如，回流比增大时，精馏段操作线的斜率就会随之变大，塔内传质的推动力会随着增加，精馏得到的组成成分也会跟着变大。同时，回流比增大，提馏段操作线斜率会随之变小，会造成釜残液的组成成分变小。反之，当回流比减小时，会造成分离效果变差。
（三）物料平衡的影响。维持精馏塔内部稳定的必要条件之一是保持精馏过程的物料平衡。对于一定的原料液流量，只要确定了精馏分离度，也就可以分别确定釜残液流量和馏出液流量。因此釜残液流量和馏出液流量只能根据精馏分离度来确定，而不能随意增加或减少，否则进入精馏塔内物料的量和精馏塔产出的产品的量就会不平衡，导致精馏塔内反应波动，组分发生变化，使精馏不能达到组分分离的目的。
（四）进料组成和进料状况的影响。在实际生产过程中，由于原料的差别等因素，会造成进料的组成和状态发生改变，这时候应当适当地改变进料的位置，以适应这种变化。
通常情况下，精馏塔上设计有多个进料口，保证在不同的进料组分和状况条件下，能够在精馏塔的适宜位置下进料，使得精馏塔内部的精馏反应处于稳定状态。如果进料组成和进料状态发生改变而进料位置不变，必然会导致馏出液成分和釜残液成分的剧烈波动，对精馏产品质量产生重大影响。
三、精馏操作过程的优化策略与节能措施
精馏过程中要消耗大量的能量。在完成精馏任务的前提下，降低精馏过程中的能量消耗，对精馏操作过程进行优化，是精馏的优化策略需要研究的问题。
通过上文对精馏过程的的影响因素进行了详细的分析，可以制定相应的优化策略。
（一）选择合理的回流比。回流比可以表征精馏操作过程中净功耗的大小，回流比越小，净功耗越小。所以，在可能的条件下尽量减小回流比，可以减小精馏操作过程中的净功耗。
为了确保产品的纯度达到一定的要求，设计精馏塔时都会考虑有一定的回流比余量。回流比余量越大，意味着产品纯度越高，相应的消耗的能量也就越多。所以在保证产品质量不变的前提下，可以对精馏塔的回流量进行调整（适当降低回流量），即可降低精馏操作过程中的能耗。
调整回流比的方法有：1.减少精馏塔顶部的采出量可以增大回流比；2.当精馏塔塔顶的装备有分凝器时，可通过增加冷剂的用量的办法，达到增大回流比的目的；3. 当精馏塔上设计有回流液中间贮槽时，可以通过暂时加大回流量的方法来调整回流比，但是将回流贮槽内的回流液完全抽空是非常危險的。
（二）回收精馏塔装置的余热。充分利用精馏操作过程中的废热是精馏优化节能的一项重要措施。例如：加强精馏塔的保温效果，对仍具有一定压力和温度的气体物料，可以采取减压室的方法进行废热回收。在高温条件下的精馏操作过程中，常常将精馏塔顶部的冷凝器也设计为蒸汽发生器，其作用就是用来回收塔顶蒸汽的废热。
（三）对精馏过程进行优化控制。改变精馏操作过程的操作条件和操作方法，降低精馏过程的净功耗。
1.采取提高分离效率的措施。精馏塔的操作压力降低，可以使各组分之间的相对挥发度增大，这对提高分离效果和降低能量消耗是十分有利的。例如：采用效率高、压降低的新型塔板或新型高效填料塔，可以降低精馏塔来内的操作压力，从而提高分离效果，降低能耗。
2.改变精馏操作过程的处理方法。如果被分离的物料的各组分含量差异较大，可以将各种物料混合后再进行精馏处理，也可以进行一塔多股进料处理。实际操作证实多股进料完成相同的分离任务，可以降低精馏操作过程的能量消耗。
3.选择合适的操作压力。加压精馏是精馏技术的一项重要进步。实际上，加压精馏就是提升被分离物料的饱和蒸汽压，降低单位产品的能量消耗和能量损失。另外，由于精馏塔内的饱和蒸汽压升高，馏出物的露点也就随着上升，就可以采用冷却水作为冷却介质，降低了冷却介质的成本。
此外，在多组分精馏操作过程中，根据实际情况，合理地选择和设计精馏操作流程，也可达到节能的目的。
四、结语
影响精馏操作的因素是很多的，通过不同的途径，采用不同的措施，都可以不同程度的降低精馏系统能耗，达到节能的目的。采用先进的节能技术会显著地减少操作费用，但更新设备的费用可能会增加。同样，在加入了节能措施后，往往会使精馏操作变得复杂，要求具有更高的操作控制水平。所以在选择节能技术时必须综合权衡，找出最佳方案。
参考文献：
[1]边习棉，朱银惠，李辉. 精馏过程的节能途径[J]. 广东化工，2007，11：88-91.
[2]赵毅，吴雪梅，潘艳秋，贺高红，孙力. 精馏操作型问题的讨论[J]. 化工高等教育，2008，05：92-93+97.
【关键词】精馏操作 工作原理 影响因素 优化策略 节能措施
精馏是石油行业等化工生产中重要的分离操作单元。通常情况下，相互融合在一起的液体的分离过程都是通过精馏来实现的。但是，精馏分离操作过程需要用到大量的能源，因此如何优化和节能具有重要的现实意义。
一、精馏操作的原理
在精馏操作工艺和设备中，精馏塔是最为常见的一种操作形式——通过精馏塔来完成和实现精馏操作过程。一般情况下，精馏塔的操作形式可以分为两种：间歇式精馏塔和连续式精馏塔。精馏塔顶部不断洒下液体，与从塔底进入到塔内的、呈上升状态的蒸汽接触并发生化学反应，通过二者气相中的沸点不同而实现到分离的目的。在精馏塔里面发生反应之后后，一部分液体会重新返回到精馏塔中，另一部分则作为最终产品被取出精馏塔。
二、精馏操作过程的影响因素
（一）工作压力和温度的影响。精馏操作只有在一定的压力和温度下下才能进行。
在精馏操作过程中，精馏塔内部的压力不是一成不变的，而是随着反应的进行而时刻发生着变化，直接造成不同塔板上的气液成分发生变化。也就是说，精馏塔内的压力变化会直接影响到气相中轻组分的含量和浓度。
精馏塔内部的温度变化也对精馏操作过程的有非常大的影响。例如，当物料的温度降低时，就会相应地增加精馏塔底部的热负荷，使精馏塔顶部的冷负荷降低。精馏塔内部的温度变化就意味着物料的状态发生了改变，反应的条件发生了变化，对反应结果必然会造成很大的影响。所以精馏塔内部温度的控制是影响精馏操作的重要因素之一。
（二）回流比的影响。回流比可以显著地影响精馏塔内的精馏效果，改变回流比来控制和调节精馏产品的质量。例如，回流比增大时，精馏段操作线的斜率就会随之变大，塔内传质的推动力会随着增加，精馏得到的组成成分也会跟着变大。同时，回流比增大，提馏段操作线斜率会随之变小，会造成釜残液的组成成分变小。反之，当回流比减小时，会造成分离效果变差。
（三）物料平衡的影响。维持精馏塔内部稳定的必要条件之一是保持精馏过程的物料平衡。对于一定的原料液流量，只要确定了精馏分离度，也就可以分别确定釜残液流量和馏出液流量。因此釜残液流量和馏出液流量只能根据精馏分离度来确定，而不能随意增加或减少，否则进入精馏塔内物料的量和精馏塔产出的产品的量就会不平衡，导致精馏塔内反应波动，组分发生变化，使精馏不能达到组分分离的目的。
（四）进料组成和进料状况的影响。在实际生产过程中，由于原料的差别等因素，会造成进料的组成和状态发生改变，这时候应当适当地改变进料的位置，以适应这种变化。
通常情况下，精馏塔上设计有多个进料口，保证在不同的进料组分和状况条件下，能够在精馏塔的适宜位置下进料，使得精馏塔内部的精馏反应处于稳定状态。如果进料组成和进料状态发生改变而进料位置不变，必然会导致馏出液成分和釜残液成分的剧烈波动，对精馏产品质量产生重大影响。
三、精馏操作过程的优化策略与节能措施
精馏过程中要消耗大量的能量。在完成精馏任务的前提下，降低精馏过程中的能量消耗，对精馏操作过程进行优化，是精馏的优化策略需要研究的问题。
通过上文对精馏过程的的影响因素进行了详细的分析，可以制定相应的优化策略。
（一）选择合理的回流比。回流比可以表征精馏操作过程中净功耗的大小，回流比越小，净功耗越小。所以，在可能的条件下尽量减小回流比，可以减小精馏操作过程中的净功耗。
为了确保产品的纯度达到一定的要求，设计精馏塔时都会考虑有一定的回流比余量。回流比余量越大，意味着产品纯度越高，相应的消耗的能量也就越多。所以在保证产品质量不变的前提下，可以对精馏塔的回流量进行调整（适当降低回流量），即可降低精馏操作过程中的能耗。
调整回流比的方法有：1.减少精馏塔顶部的采出量可以增大回流比；2.当精馏塔塔顶的装备有分凝器时，可通过增加冷剂的用量的办法，达到增大回流比的目的；3. 当精馏塔上设计有回流液中间贮槽时，可以通过暂时加大回流量的方法来调整回流比，但是将回流贮槽内的回流液完全抽空是非常危險的。
（二）回收精馏塔装置的余热。充分利用精馏操作过程中的废热是精馏优化节能的一项重要措施。例如：加强精馏塔的保温效果，对仍具有一定压力和温度的气体物料，可以采取减压室的方法进行废热回收。在高温条件下的精馏操作过程中，常常将精馏塔顶部的冷凝器也设计为蒸汽发生器，其作用就是用来回收塔顶蒸汽的废热。
（三）对精馏过程进行优化控制。改变精馏操作过程的操作条件和操作方法，降低精馏过程的净功耗。
1.采取提高分离效率的措施。精馏塔的操作压力降低，可以使各组分之间的相对挥发度增大，这对提高分离效果和降低能量消耗是十分有利的。例如：采用效率高、压降低的新型塔板或新型高效填料塔，可以降低精馏塔来内的操作压力，从而提高分离效果，降低能耗。
2.改变精馏操作过程的处理方法。如果被分离的物料的各组分含量差异较大，可以将各种物料混合后再进行精馏处理，也可以进行一塔多股进料处理。实际操作证实多股进料完成相同的分离任务，可以降低精馏操作过程的能量消耗。
3.选择合适的操作压力。加压精馏是精馏技术的一项重要进步。实际上，加压精馏就是提升被分离物料的饱和蒸汽压，降低单位产品的能量消耗和能量损失。另外，由于精馏塔内的饱和蒸汽压升高，馏出物的露点也就随着上升，就可以采用冷却水作为冷却介质，降低了冷却介质的成本。
此外，在多组分精馏操作过程中，根据实际情况，合理地选择和设计精馏操作流程，也可达到节能的目的。
四、结语
影响精馏操作的因素是很多的，通过不同的途径，采用不同的措施，都可以不同程度的降低精馏系统能耗，达到节能的目的。采用先进的节能技术会显著地减少操作费用，但更新设备的费用可能会增加。同样，在加入了节能措施后，往往会使精馏操作变得复杂，要求具有更高的操作控制水平。所以在选择节能技术时必须综合权衡，找出最佳方案。
参考文献：
[1]边习棉，朱银惠，李辉. 精馏过程的节能途径[J]. 广东化工，2007，11：88-91.
[2]赵毅，吴雪梅，潘艳秋，贺高红，孙力. 精馏操作型问题的讨论[J]. 化工高等教育，2008，05：92-93+97.