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1、精选优质文档-倾情为你奉上 精馏过程的能耗巨大,精馏过程节能技术的研究具有极其重要的意义。其中,隔壁塔作为节能技术研究的一个热点,正在工业得到迅速应用。它既可以较大幅度提高热力学效率,降低能耗,又减少设备投资,但国内在此方面尚无工业实施案例。本文主要介绍隔壁塔技术概况、工业应用现状以及相关研究的最新进展。基本原理 对于传统的三元混合物分离,A沸点最低，C沸点最高，B沸点处于中间。对于这样的分离可以有很多种分离序列。如图所示，ABC先分离为AB和BC，AB再分离开，BC再分离开。共含有6个分离段。每个精馏段有一个冷凝器，每个提馏段有一个再沸器。共六个再沸器。如图若采用简单塔分离序列,可以采用耦合
2、塔来完成，至少需要2 个精馏塔才能使其得到有效分离。如图2.2c中是将图1中中间再沸器和冷凝器拆除且右边两塔被组合成一塔。而该图 所示的隔壁塔,利用隔壁将普通精馏塔从中间分割为2 部分,隔壁巧妙的使用实现了两塔的功能及三元混合物的分离。在隔壁塔中,进料侧为预分离段,另一端为主塔,混合物A、B、C 在预分离段经初步分离后为A、B 和B、C 两组混合物,A、B和B、C 两股物流进入主塔后,塔上部将A、B 分离,塔下部将B、C 分离,在塔顶得到产物A ,塔底得到产物C ,中间组分B 在主塔中部采出。同时,主塔中又引出液相物流和气相物流分别返回进料侧顶部和底部,为预分离段提供液相回流和初始气相。这样,
3、只需1 座精馏塔就可得到3 个纯组分,同时还可节省1个蒸馏塔及其附属设备,如再沸器、冷凝器、塔顶回流泵及管道,而且占地面积也相应减少。一般来说,与传统的两简单塔分离序列相比,隔壁塔的能耗及设备投资均可降低30 %左右。此图表明了DWC的三种结构，分隔壁侧线精馏塔（DWC-SR），分隔壁侧线提馏塔(DWC-SS)，完全热耦合塔(thermally coupled column).节能原理：隔壁塔在分离原理和计算方法上与热耦合精馏塔相同,在热力学上等同于一个Petlyuk 塔6 (图2) 。与传统两塔流程相比,隔壁塔节能的主要原因有2 点(1)避免了中间组分的返混效应。在常规两塔分离序列中,塔1提
4、馏段内随着轻组分A浓度的降低,中间组分B的浓度逐渐增加,但在靠近塔釜处,由于重组分C浓度增加,中间B组分浓度在达到最大值后逐渐减小,即组分B在该塔中发生返混,这也是该塔分离效率较低的重要原因。与之相反,如图所示,在隔壁塔中,经预分离段分离后的A、B和B、C两组混合物进入主塔后做进一步分离,其中,中间B组分在塔中浓度达到最大时采出,这就有效避免了两塔流程中的返混现象。(2)减小进料与进料板上物流组成不同引起的混合问题。在预分离段顶部和底部B组分的组成完全和主塔这2股物料进料板上的组成相匹配,符合最佳进料板的要求。因此DWC更加节能。隔板结构在隔壁塔中,隔壁的设计尤为重要,隔壁长度、放置位置等都会
5、影响分离效果。隔壁可防止气液横向混合，由金属板形成垂直分区，或者焊接到塔壳上或者由金属板相互拼接成非固定隔壁，非固定隔壁质量轻,不需要与塔壁焊接,对于塔壳的偏心率要求不高,安装方便快捷,能提供更多工作空间，且特别方便改造，既可应用在填料塔也可应用在板式塔。“非固定”隔壁的灵活性对工业应用更为有利。填料塔中隔壁的位置应避免产生壁流，防止降低产品质量。绝缘的隔壁可避免热量通过隔板传递，尤其在要求高纯度的填料塔内，隔壁绝缘可以有效抑制壁流。分隔壁的位置在DWC中分离3组分混合物时，在精馏塔中设置1垂直的隔板分隔壁，分隔壁的长度、放置的位置及离精馏塔的上、下部的距离都会影响此塔的分离效果。分离3组分混
6、合物时，若将分隔壁向精馏塔的底部延长，则可有效的阻止轻组分从分隔壁下部进入该塔的中间出料一侧，但中间组分从下端进入中间出料一侧也变得困难起来。这样会使更多的中间组分从分隔壁的上端进入中间出料一侧或者需要增加塔的下部（分隔壁下部的提馏段）的分离能力来分离中间组分和重组分。同样的，若将分隔壁向精馏塔的上部延伸，阻止了重组分从分隔壁的上端进入中间出料一则，但同时也增加了中间组分从上端进入中间出料一侧的困难。经过分隔壁两边的汽液相流量分配采用DWC分离3组分混合物时，从塔底上升的蒸汽在分隔壁两侧分为两部分，若蒸汽在分隔壁的两侧分配量不相等时，根据进料及中间出料情况，在某种情况下具有热力学优势。要想使分
7、隔壁两侧的汽相流量不相等，一般有两种方法：分隔壁不放置在塔的中间；通过内部设置使分隔壁一侧的压降大于另一侧。控制分隔壁两侧的汽相流量主要通过两侧的压降完成的，要使两边的压降不同可以通过设计一些特殊可控制大小的节气阀来实现，或者使分隔壁两侧的结构不同。不管采用哪种方法都需要非常精确的压降关联式。分隔壁两侧的液体流量分布成为此类塔设计及优化操作的一个关健。一般在分隔壁的上方可设计一个流量分配器来控制液体流量；在分隔壁的下方可设计一个流量分配器来控制气体流量使进入隔板两侧的流量不同，从而达到所需的中间产品、塔顶及塔釜的分离要求。偏离中心隔板适用于沸点在中间的组分含量相对顶部和底部产物较低的时候。隔板
8、还有这种形式的，适用于气相进料或气相侧线采出。隔壁塔的适用范围理论上,对于三组分以上混合物的分离,都可考虑使用隔壁塔。但隔壁塔并非适用所有的精馏分离问题,对分离纯度、进料组成、相对挥发度及塔的操作压力都有一定的要求9:(1)产品纯度。由于隔壁塔所采出的中间产品纯度比单个精馏塔侧线出料达到的纯度要大,因此,当希望得到高纯度的中间产品时,可考虑使用隔壁塔。如果对中间产品纯度要求不高,则可以直接使用一般精馏塔侧线采出即可。(2)进料组成。若中间组分质量分数超过20%、而轻重组分含量又相当的物系,特别是当进料中的中间组分质量分数达到66.7%左右时,是采用隔壁塔比较理想的物系。(3)相对挥发度。当中间
9、组分为进料中的主要组分,而轻组分和中间组分的相对挥发度与中间组分和重组分的相对挥发度大小相当时,采用隔壁塔时节能优势更为明显。(4)塔的操作压力。由于采用隔壁塔分离三组分混合物是在同一塔设备内完成,故整个分离过程的压力不能改变。DWC的设计比传统更复杂，对于DWC的三组分分离需要11个参数。包括热负荷和回流比，1-6部分的理论塔板数，液体流量和气相流量，产物要求。应用正己烷、正庚烷和正辛烷的等摩尔混合物的传统分离和DWC分离比较。传统中产品正庚烷浓度为82%，且有相当大混合商，DWC中避免了混合商且正庚烷浓度为98%。德国某公司采用萃取精馏与隔壁塔相结合的技术,用于从重整生成油中回收苯。该工艺
10、将萃取精馏塔和汽提塔合并,精馏、汽提和溶剂回收均在一座隔壁塔中进行,相比较于传统工艺,新工艺节省20%能耗,投资费用节省20%25%,并且装置的占地面积也大大减少。限制 DWC的应用是有限制的：相对传统，传统中每个塔的压力是可选的而，这里DWC因为只用一个塔，只能在一个压力下进行，这样导致在冷凝器和再沸器间的比较大的温差。和几塔装置相比，DWC导致塔高增大。如果塔内反应，导致塔底低沸点或塔顶高沸点聚集，则不能达到产品纯度，不能使用DWC。最新进展 在隔壁的设计上,近年来已经有利用1 个隔壁或23 个隔壁的组合进行4 种纯组分的分离案例。甚至是更多组分的分离。Reactive distillat
11、ion in dividing wall columns将反应精馏应用于隔壁塔的概念,即结合反应精馏与隔壁塔优势的反应精馏隔壁塔技术,反应与分离同时进行、高度强化的复杂技术,在进一步提高反应选择性和转化率的同时,可以大幅度降低能耗、减少设备投资。一种单塔催化水解乙酸甲酯的反应精馏隔壁塔工艺,即采用反应精馏隔壁塔替代常规反应精馏流程中的反应精馏塔及甲醇精馏塔,并应用ASPEN PLUS模拟软件,对反应精馏隔壁塔及常规反应精馏流程进行模拟,其研究结果显示反应精馏隔壁塔可以节省再沸器能耗19.6%。用分析 三组分混合物所需热量需由最高沸点组分的沸点温度来决定。采用用来分析这种温度水平。比较不同塔结构的热力学效果，也发现隔壁塔能够减少热力学损失。结论 DWC在投资成本和能源消耗方面显著优势，能有更好的产品质量和更高产率。主要缺点是限制在一个操作压力，有更高的温差且塔高增加。DWC的设计控制和可靠性方面的进展有助于更好理解DWC和更广泛的应用。专心-专注-专业