影响精馏操作的主要因素及精馏节能技术浅析

【摘  要】在工业生产中，尤其是在化工生产和石油行业，精馏操作是化工行业生产中重要的操作单元，是用来分离均相液体混合物的主要手段，由于自身存在很高的能耗，同时也具备节能效应而备受化工行业的关注。在市场产品生产过程中降低生产能耗降低成本提高市场竞争力的关键，精馏的操作过  程就具备节能的效果。

【关键词】精馏;节能;发展趋势

引言

石油行业等化工生产中重要的分离操作单元就是精馏。 大多数的融合液体的分离都是利用精馏来操作的， 正是由于这种特殊的分离过程， 在节能技术和节能的环节上应用与工业生产是非常有需要的，这种分离过程每年需要消耗大量的能源，因此如何优化和节能具有重要的现实意义。

1.精餾的操作和影响因素

1.1精馏的工作原理

（1）在大部分的工艺操作和设备上，精馏塔的操作形式是最常见的。 它的工作过程是将精馏以一种塔式的结构来完成实际操作的，操作方式分为连续精馏塔和间歇精馏塔。 利用蒸汽的上升形态从塔底进入与塔口不断下降的液体发生接触， 通过气相中的高低沸点来达到分离的目的。 在塔里面发生的化合反应，一部分的液体返回入精馏塔中，其中一部分则被取出。

（2）精馏过程在化学工业中能量的消耗是最大的，数据表明了这一说法， 这种精馏的分离过程的能源消耗占整个化学工业的 40%，其中 95%是蒸馏消耗。美国工业精馏过程的能耗几乎占了全国能耗的 3%，所以在这种高能耗的操作过程中，节能技术以及所操作带来的影响都是实际生产条件下需要得到解决的。

1.2精馏塔影响的因素

（2）压力的影响。压力发生变换时，会打破原来精馏的气液平衡。当压力升高时，物质沸点越高，需要的热量越大，气相中重组分减少，相应地提高了气相中轻组分浓度，液相中轻组分浓度较前增加，同时也改变了气液相的重量比，使液相量增加，气相量减少。同理，压力降低，物质沸点越低，需要的热量越少，塔顶馏分的数量增加，浓度减少，塔底釜液量减少，轻组分浓度减少。另外，压力增加，组分间的相对挥发度降低，分离效果下降，但处理能力增大，反之情况相反。只有在一定的塔压下才能进行实际的操作，所以一般情况下，精馏要保持在一个恒定的压力之下。 操作过程中压力的改变，将会使在不同的塔板上的气液成分发生改变，压力的变化会影响气相中轻组分的浓度。 总的来说压力的增高和降低对精馏塔中的分离浓度有很大的影响。

（2）进料量的大小也是影响因素的一方面。 进料量不能超出塔顶冷凝器和加热釜的承受范围。 同时进料组成如果发生改变，就会影响精馏的操作过程，当进料的组成成分发生改变时，就会导致塔顶产品的不合格。 进料组成成分的改变也会引起整个塔里面的物料平衡和工艺的变化。

（3）进料温度的影响。精馏的原理就是利用各组分挥发性能的不同，使原来的混合液达到预计的某种程度的分离过程，而进料温度的不同会直接影响各组分挥发性能，而且对塔顶冷凝器和塔底再沸器的负荷都会有所变化，从而破坏气液平衡。温度变化对精馏的操作影响非常大，物料的温度降低，将增加塔底的热负荷，降低塔顶的冷负荷。 进料温度的改变对精馏操作的影响就说明进料的状态发生了改变， 所以对温度的控制是影响精馏操作的重要因素之一。

1.3塔顶回流的影响

回流比是影响精馏塔分离效果的主要因素， 生产中经常用回流比来调节、控制产品的质量。 当回流比增大时，精馏产品质量提高;当回流比减小时，xD 减小而 xW 增大，使分离效果变差。回流比增加，使塔内上升蒸汽量及下降液体量均增加，若塔内汽液负荷超过允许值，则可能引起塔板效率下降，此时应减小原料液流量。

调节回流比的方法可有如下几种：

（1）减少塔顶采出量以增大回流比。（2）塔顶冷凝器为分凝器时，可增加塔顶冷剂的用量，以提高凝液量，增大回流比。（3）有回流液中间贮槽的强制回流，可暂时加大回流量，以提高回流比，但不得将回流贮槽抽空。

必须注意，在馏出液采出率 D/F 规定的条件下，籍增加回流比 R 以提高 xD 的的方法并非总是有效。加大操作回流比意味着加大蒸发量与冷凝量， 这些数值还将受到塔釜及冷凝器的传热面的限制。

2.精馏节能技术

节能与环保是当今世界科技发展的两大主题， 精馏过程是石油、化工，冶金等行业使用最为广泛的一个操作单元，占其总能耗的三分之一，其节能优化控制潜力很大。

2.1精馏操作过程的节能方式

其操作过程是将有效能转化成扩散有效能， 这样的转换过程会导致原本的物理有效能的损失， 引起这种能量损失的是因为流动体的压力下降和不同浓度物之间的混合， 还有就是不同温度物流或不同混合物流之间的混合。

根据精馏塔传热过程可以得到如下的节能方式：

（1）减少负荷降低消耗。如果塔顶的压力不发生改变，彼此的平均挥发度高，相对情况下所用的实际热能就会减少很多。

（2）减少塔顶和塔釜的温差，可以在一定程度下降低热损。采用热集成技术充分回收塔顶的热量。 同时当精馏分离的要求程度很高，应该用复合系统的方式代替多塔精馏来进行精馏操作。

（3）增添中间再沸器和中间冷凝器，利用精馏塔提溜时的某一塔板就如一个热量，替代一部分底部热量，这种方式跟多出进料的方式相类似，可以提高精馏操作过程的热力效率。 再有就是底部温度本来较低，底部再沸就是利用一种回收手段，可以回收温度更低的冷凝量，是冷热资源能够得到回收利用的效果，降低了能耗也起到了节约成本的作用。

（4）适宜进料位置.在适宜进料位置条件下操作，可以避免本来提纯的物流与浓度不同的进料混合，即返混合。使塔具有更高的分离能力，可在完成相同的分离任务时，回流比最小，能耗最低。为避免返混，进料应选择塔板上关键组分之比最接近的塔盘为最适宜的进料层。

2.2操作状况改变的节能技术

（1）利用高效规格的填料来代替普通式和低效填料，以达到节能效应。 所以这种变化带来很多地方的好处，它不仅明显的提高了生产能力，同时在保证质量的前提下，也做到了高效节能。

（2）通过增强传热面积来提高节能效果，多孔相变化传热和扩散传热面积这两种方式在来处理管道的受热面积。 微小孔沸腾表面和特殊的处理冷凝表面，都可以提高热系数。 还有一种方式就是根据塔釜液的余热作用，在塔釜中会产生废液，我们可以将其显热转换成潜在的热量。

3.发展趋势

许多学者人士也做了大量的研究并取得了一定的成果。 通过改变高压塔的压力，找寻出最佳的压力值，从而达到节能效果。 双效精馏主要利用精馏塔的操作压力来设计的，通过利用加压精馏塔冷凝器作为能源，为常压再沸器提供热能，通过其中的转化流程，实现热力集成效应，达到节能的目的。

4.结语

结合上述所了解到的，降低精馏的节能技术有很多种方式，无论我们在探寻的过程中使用哪一种措施， 都能够取得一定程度上的节能效果。 企业家所追求的是经济效益最大化，精馏的节能技术上是提高了生产工作效率，但是，降低精馏节能所需要完善的设备等多方面的投资就在一定程度上制约了经济效益。 所以在保证经济利益的前提条件下，如何做到降低成本改造，同时又能节省能耗是我们所追求的最佳方案。

作者简介：杨拓，男，（1989.12.--），新疆巴州地区库尔勒市。