多效精馏原理

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1、多效多效 精精 馏馏 的的 原原 理理 及及 其其 应应 用用摘要摘要: 近十几年来,多效精馏作为一种有效的节能措施,越来越受到人们的重视。本 文较全面地介绍了多效精馏的原理,阐明了应用的原则,介绍了其应用情况及节能 效果。双效精馏，三效精馏作为多效精馏的常用型式,文中介绍了双效，三效精 馏的基本类型及三效精馏各种形式的优缺点。前言：前言： 精馏是化工生产中的一个能耗大户,为了降低其能耗,可以采用多种措施,多 效精馏就是其中行之有效的工艺之一。 多效情馏是将精馏塔分成能位不同的多塔,能位较高塔的塔顶蒸汽向能位较 低塔的再沸器供热,同时它自己也被冷凝。这样,在多效精馏中只是第一个塔的塔 釜需要加

2、入热量,最后一个塔的塔顶蒸汽用冷却介质进行冷凝,而其余各塔则不再 需要由外界进行供热和冷却 ,所以它具有非常明显的节能效果。杨兆娟分析了 乙醇一水物系多效精馏的技术路线和节能方案。Hlmeier J 等设计了一套通用的 双效精馏工艺流程，并制定出了双效精馏在具体实施时采用的控制方案。 Myungwan Han 等人研究了含水物系双效精馏的控制与优化。王葳等提出了计 算多效精馏的数学模型与优化计算方法。张鹏等就进料组成对双效精馏节能效 果的影响作了研究，结果表明，轻组分含量越高，其节能效果越好。目前,由于 能源紧张,国外在这方面的研究工作进行得非常活跃。多效精馏原理多效精馏原理: 图 1 所示为

3、一般的多效精馏流程图。原料被近似均匀地分配到 N 个塔中。 塔的操作压力从第一效到第 N 效逐渐降低，使得前一效的塔顶温度略高于后一 效的塔釜温度。第一效的塔釜由水蒸汽供热,其塔顶蒸汽作为热源加热第 2 效的 塔釜,同时被冷凝得到产品。以此类推，前一效塔顶蒸汽作为热源向后一效塔釜 提供热量,同时后一效塔釜液作为冷却介质将其冷凝。这样反复进行。直到第 N 效,在其塔釜被上一效塔顶蒸汽加热后,塔顶蒸汽由外界冷却介质冷凝。这样,在 整个流程中,只是在第 1 效加入新鲜蒸汽 ,在最后一效加入冷却介质,中间各塔则 不再需要外加蒸汽和冷却介质,由此达到了节能目的。图 1 多效精馏原理图一般来说 ,多数精馏

4、的节能效果是以其效数来决定的。从理论上讲 ,与单塔 相比由双塔组成的双效精馏的节能效果为 50% ,而三效精馏的节能效果为 67%， 四效精馏的节能效果为 75% 。以此推,对于 N 效精馏,其节能效果可用一个公式 来表示其中 为节能效果,N 为多效精馏的效数。 由此我们可以看到同样增加一个塔,从单塔精馏到双效精馏的节能效果可达 50% ,而从三效精馏到四效精馏的节能效果仅增加 8%,所以在采用多效精馏节能 时,要考虑到节省的能量与增加的设备投资间的关系。在效数达到一定程度后,再 增加效数时节能效果已不太明显。目前在国外一般以双效、三效居多。 需要说明的是,上述的节能效果为理论值,在实际应用时

5、则会低一些。应当指 出,由于多数精馏的工艺条件发生了变化,故在实际应用中,应当遵循以下几个原 则: (1) 塔的操作温度、压力均不能高到临界温度、临界压力。 (2) 第 1 效精馏塔( 压力、温度最高)塔底温度不能超过热源的温度。 许多工厂的锅炉蒸汽温度即为其极限温度。 (3)最后一效塔顶温度必须高于冷却介质温度。若采用冷却水冷凝,则其温度就是 最后一效塔顶温度的极限值。 (4)对热敏物质,第 1 效的温度不能高到其热分解温度。 (5)前一效塔顶蒸汽与后一效塔釜液间必须有一合理的温度差 ,以实现热量传递。双效精馏的种类双效精馏的种类: 双效精馏由于投资少,工艺简单,故其应用相当广泛,这里作一专

6、门介绍。双 效精馏的基本方式根据物料和能量的输送方向和位置的不同,双效精馏可分为以 下 5 种基本方式( 图 2) 。 并流型。 如图 2(a) 所示,原料被分成大致均匀的两股分别送入高、低压两塔中,其中以高 压塔塔顶蒸汽向低压塔塔釜提供热量,两塔均从塔顶、塔釜采出产品。 混流型。 如图 2(b) 所示 ,全部原料都进入高压塔,而将高压塔塔底产品作为低压塔进料, 两塔塔顶均采出一半的塔顶产品,全部塔底产品以低压塔采出。 混流 2 型 。 如图 2(c)所示 ,它与混流型的区别在于高压塔的塔顶产品作为低压塔的进料,两 塔塔釜各采出大约一半的塔底产品,全部塔顶产品由低压塔塔顶采出。 逆流型。 如图

7、 2(d) 所示 ,所有原料都送入低压塔,其塔底采出作为原料送入高压塔。 分离型 。 如图 2(e) 所示,此时高压塔是作为预分离器而设置的。原料在高压塔内被分离、 提纯后 ,再送到低压塔的不同位置去进一步分离,全部产品从低压塔采出。图 2 单塔与双效梢馏的比较 三效精馏种类及优缺点：三效精馏种类及优缺点： 并流流程。溶液和二次蒸汽同向依次通过各效。并流加料法的优点为：由于前效压力高于后效，料液在效间的输送可以利用效间的压强差，而不必另外用泵。此外，由于后效液体的沸点较前效的低,姑前效的液体进入后效时，会因过热而自动蒸发（称为自蒸发或闪蒸），因而可以多产生一部分蒸汽。并流加料的缺点为：由于后效液体的组成较前效的高，且温度又较低，所以沿液体流动的方向的组成逐渐增高，致使传热系数逐渐下降，这种情况在二效中尤为严重。 逆流流程。溶液与二次蒸汽流动方向相反。逆流加料法的优点为：液体的组成沿着流动方向不断提高，同时温度也逐渐上升，因此各效液体的黏度较为接近，使各效的传热系数也大致相同。其缺点是，效间的液体需要泵输送，能量消耗大，且因各效的的进料温度均低于沸点，与并流加料相比较，产生的蒸汽量也较少。错流流程。二次蒸汽依次通过各效，但料液则每效单独进出，这种流程适用于有晶体析出的料液（这里就不做比较了）。