总第１５７期 ２Ｏ１５年第３期 山 西化 工 Ｔｏｒａｌ １５７ Ｎｏ．３，２０１５ ＳＨＡＮＸＩ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ 生产与应用 精馏技术的原理及在化工生产中的应用 ． 陈小芳 （河池市科技创新发展研究所，广西 河池５４７０００） 摘要：能耗在化工、石化领域所占比例很重，其中约６０％源于精馏过程，精馏已成化工、石化工业生产中 重要的影响因子。常规工业精馏装置设备简单，所输入能量约９５ 在塔顶被冷却空气或冷却水带走， 热力学效率极低，但也因投资成本低廉，仍被广泛采用。热泵技术的发展为化工精馏节能提供了行之有 效的方法，能保证热泵精馏的节能效果最优。 关键词：化工生产；精馏；热泵技术 中图分类号：ＴＱ０２８；ＴＱ０５１．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４．７０５０（２０１５）０３．００７２—０２ 引 言 《国家中长期科学和技术发展规划纲要（２００６— 简单且稳定性高。２）间接式热泵精馏主要由７个 构件组成，即，膨胀阀、冷凝器、辅助蒸发器、蒸发器、 驱动器、压缩机及精馏塔。间接式热泵精馏具有以 下特点：一是精馏塔待分离物质与工质完全隔离，能 ２０２０）年》重点领域排位第一就是能源，从而使得工 业节能、降低能耗、攻克节能技术、提升能源使用及 终端用能效率成为工业的重要课题。我国化工、石 化业能耗是亚太地区的１．５倍，原因在于节能技术 使用标准精馏系统，控制难度较小；二是较直接塔式 热泵精馏在部件的构成上多了１个热交换器，可使 压缩机在较高压力差及温差的条件下进一步降低精 馏效率。间接式热泵精馏为例以水作为工质，相对 于普通制冷剂具有较大的优势。水具有较高的化学 和热稳定性，工程设计时其物性数据十分丰富，泄露 时不会对人和周围的环境产生危害，而且成本较低。 最重要的是，水具有强导热特性，在热交换中所需交 换面小，很适宜塔底温高精馏系统。 根据热泵所消耗外界能量差异划分，热泵精馏 可以分为蒸汽加压式热泵精馏和蒸汽吸收式热泵精 馏２类。本文以蒸汽加压式热泵精馏为例对热泵精 开发不足，尤其是在精馏过程中没有应用到高效节 能＿１ｊ。因此，研究和探讨精馏过程的节能原理、节能 技术，并使其应用于工业节能领域中具有重要意义。 １ 热泵精馏技术原理分析 热泵精馏主要是以消耗、补偿机械功将精馏塔 塔底低温区热量转移到塔釜高温区，进而以塔顶通 过低温蒸汽作用塔底再沸器的热源口］。 根据生产工艺和介质的具体划分，热泵精馏可 以分为直接塔顶式热泵精馏和间接式热泵精馏。１） 直接塔顶式热泵精馏主要由５个主要构件组成，分 馏的工作原理进行分析。 第７３页图１为蒸汽加压式热泵。该热泵系统 包括２个热交换器、１个压缩机、１个膨胀阀和工质。 在蒸发器中，工质在温度Ｔ１下被蒸发，同时从热源 别为蒸发器、辅助蒸发器、驱动器、压缩机及精馏塔。 直接塔顶式热泵精馏主要有３个方面特点：一是所 需选成载热介质；二是需要一个热交换器，这是因为 压缩机压缩比低于间接循环压缩比；三是系统构造 收稿日期：２０１５—０３—２７ 作者简介：陈小芳，女，１９８１年出生，２０１４年毕业于广西民族学院，助 理工程师，现从事成果推广工作。 中获取热量Ｑ１，然后，工质经过压缩之后在冷凝器 中于较高的温度Ｔ２下给出潜热Ｑ２，冷凝之后的工 质再经过膨胀阀膨胀之后进入到蒸发器，完成一次 循环。 ２０１５年第３期 陈小芳：精馏技术的原理及在化工生产中的应用 ・ ７３ ・ 馏系统的核心，间接式热泵精馏的压缩机非常小，而 Ｑ： 且通过用水作为工质，能够更加熟悉工质的性质，提 高设计的效率和可靠性。 表２常规精馏、间接式热泵精馏处理 乙苯一对二甲苯溶液的经济效果对 Ｑ 图１ 机械蒸发加压式热泵 ２热泵精馏在化工生产中应用的节能 效果 ２．１塔顶直接式热泵精馏节能效果 塔顶直接式热泵精馏属于当前应用最为广泛的 丙烯一丙烷分离系统，可使产生的热效率从３．１６ 提升至８．１０ ，极具节能及经济效益 ］。表１为某 热泵精馏的实际数据。从表１中可以得出，热泵精 馏能源总操作费用大幅降低，冷却水已不再是决定 性因素，精馏塔可在更低压下进行操作，且分离过程 简单，设备成本也得到有效降低。 表１ 常规精馏、塔顶直接式热泵精馏在丙烯一丙烷 ３ 结束语 分离中的节能效果和经济效果对比 在适宜的条件下，通过在化工生产中应用热泵 精馏系统，可以显著提高化工生产的经济性。如果 采用多降液管精馏塔和带有高效部件的再沸器与热 泵进行配套工作，具有更加明显的节能效果。热泵 精馏具有多种类型，在实际应用过程中，需要根据实 际需求选择合理的热泵精馏工艺流程，以保证热泵 精馏的节能效果最优。 参考文献： ［１］叶鑫，吕建宁，丁干红，等．甲醇热泵精馏新工艺［Ｊ］．化 ２．２ 间接式热泵精馏节能效果 工进展，２０１０，２９（Ｓ２）：７４—７７． 以水为工质来对比常规精馏及间接式热泵精馏 ［２］魏奇业，张德胜，高维平．热泵精馏的控制研究［Ｊ］．化 工自动化及仪表，２００６，３３（１）：２１—２３． 工艺对乙苯一对二甲苯溶液的处理，见表２。由表２ ［３３董福华．浅谈精馏节能技术［Ｊ］．广东化工，２０１２，３９ 数据可得出，间接式热泵精馏具有较高节能效益，且 （５）：５２—５３． 追加投资的回收期在１年以内。压缩机是热泵精 Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ＣＨＥＮ Ｘｉａｏｆａｎｇ （Ｈｅｃｈｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｈｅｃｈｉ Ｇｕａｎｇｘｉ ５４７０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｃｃｏｕｎｔｓ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．ｏｆ ｗｈｉｃｈ ａ— ｂｏｕｔ ６Ｏ ｉＳ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｅｑｕｉｐ— ｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔ ａｂｏｕｔ ９５ ａｔ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｗｅｒ ｉｓ ｔａｋｅｎ ａｗａｙ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｉｒ ｏｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙ— ｎａｍｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｌｏｗ．Ｂｕｔ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｌＯＷ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｃｏｓｔ，ｉｔ ｉｓ ｓｔｉｌｌ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙｓ ｔＯ ｍａｋｅ ｓｕｒｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｏｆ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ；ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
