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北京化工大学本科生课程论文课程名称：＿＿＿化工节能原理与技术＿＿＿任课教师：＿＿＿＿＿＿＿＿＿专业：＿＿＿化学工程与工艺＿＿＿学号：＿＿＿＿＿＿＿姓名：＿＿＿＿＿＿＿＿班级：＿＿＿＿＿＿＿＿完成日期＿＿2015＿年＿5＿＿月＿＿2＿日精馏及热偶精馏一精馏介绍精馏是一种应用广泛的化工分离单元操作，但精馏过程能耗巨大，提高精馏过程的能量利用率始终是研究的热点。热偶精馏由于既节能有节省设备投资硬起了人们的广泛关注。精馏是一种应用广泛的化工分离单元操作,但精馏过程能耗巨大,据估计分离过程的能耗大约占整个化学工业用能的40％，而其中95％是精馏过程消耗的提高精馏过程的能量利用率始终是研究的热点。热偶精馏由于既节能又节省设备投资引起了人们的广泛关注。最早的热偶精馏是50年前由Petlyuk提出的,研究发现热偶精馏比常规精馏过程节能至少30%以上,但受当时的技术条件所限而难以工业化。近年来,随着对节能要求的提高,且由于控制技术的提高,热偶精馏方面的研究又趋于活跃,一些大公司已将其中的分隔壁精馏塔工业化。精馏，是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，可分为普通精馏和特殊精馏。一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏操作按不同方法进行分类。根据操作方式，可分为连续精馏和间歇蒸馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏。若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。二精馏原理利用混合物中各组分在一定温度下具有不同的蒸汽压（即具有不同的挥发度）的特性,加热液体混合物,借助多次部分汽化和部分冷凝,在精馏塔内进行气液相的传质和传热,使挥发度打的组分在气相中的含量明显多于液相中的含量,从而达到将该组分从混合液中分离的目的.。双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。精馏塔供汽液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸气得到部分冷凝,部分凝液作为回流液返回塔顶,其余馏出液是塔顶产品。位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。进料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降,进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升。在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。对不形成恒沸物的物系，只要设计和操作得当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。进料口以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段；进料口以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分,称为提馏段。两段操作的结合,使液体混合物中的两个组分较完全地分离，生产出所需纯度的两种产品。当使n组分混合液较完全地分离而取得n个高纯度单组分产品时，须有n-1个塔。精馏之所以能使液体混合物得到较完全的分离，关键在于回流的应用。回流包括塔顶高浓度易挥发组分液体和塔底高浓度难挥发组分蒸气两者返回塔中。汽液回流形成了逆流接触的汽液两相，从而在塔的两端分别得到相当纯净的单组分产品。塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比，称为回流比，它是精馏操作的一个重要控制参数，它的变化影响精馏操作的分离效果和能耗。三精馏操作评价评价精馏操作的主要指标是：①产品的纯度。板式塔中的塔板数或填充塔中填料层高度，以及料液加入的位置和回流比等，对产品纯度均有一定影响。调节回流比是精馏塔操作中用来控制产品纯度的主要手段。②组分回收率。这是产品中组分含量与料液中组分含量之比。③操作总费用。主要包括再沸器的加热费用、冷凝器的冷却费用和精馏设备的折旧费，操作时变动回流比，直接影响前两项费用。此外，即使同样的加热量和冷却量，加热费用和冷却费用还随着沸腾温度和冷凝温度而变化，特别当不使用水蒸气作为加热剂或者不能用空气或冷却水作为冷却剂时，这两项费用将大大增加。选择适当的操作压力，有时可避免使用高温加热剂或低温冷却剂（或冷冻剂），但却增添加压或抽真空的操作费用。四精馏与蒸馏的区别蒸馏利用液体混合物中各组分挥发度的差别，使液体混合物部分汽化并随之使蒸气部分冷凝，从而实现其所含组分的分离。是一种属于传质分离的单元操作。广泛应用于炼油、化工、轻工等领域。其原理以分离双组分混合液为例。将料液加热使它部分汽化，易挥发组分在蒸气中得到增浓，难挥发组分在剩余液中也得到增浓，这在一定程度上实现了两组分的分离。两组分的挥发能力相差越大，则上述的增浓程度也越大。在工业精馏设备中，使部分汽化的液相与部分冷凝的气相直接接触，以进行汽液相际传质，结果是气相中的难挥发组分部分转入液相，液相中的易挥发组分部分转入气相，也即同时实现了液相的部分汽化和汽相的部分冷凝。精馏原理及操作过程简单蒸馏为间歇操作过程。将料液加人蒸馏釜中，在恒压下加热沸腾，使液体不断气化。陆续产生的蒸汽经冷淋后作塔顶产物，其中易挥发组分相对地富集。在蒸馏过程中，釜内液体的易挥发物浓度不断下降，蒸汽中的易挥发物浓度也相应地随之下降。因此，通常是分罐收集顶部产品，最终将釜液一次排出。由于混合液中轻、重组分都有一定的挥发性，上述过程只能达到有限程度的提浓，而不能满足高纯度分离的要求。要达到高纯度的分离可采用精馏操作，精馏是最常用的蒸馏方式。五精馏过程节能精馏过程的核心在于回流，而回流必须消耗大量能量。降低能耗是精馏过程发展的重大课题。除了选择经济上合理的回流比外，主要的节能措施有：①热泵精馏。将塔顶蒸气绝热压缩（见热力学过程）升温后，重新作为再沸器的热源(见热泵蒸发)；②多效精馏。精馏装置由压力依次降低的若干个精馏塔组成，前一精馏塔塔顶蒸气用作后一精馏塔再沸器的加热蒸气（见多效蒸发）；③采用高效精馏塔，可用较小的回流比；采用高效换热器，可降低传热温度差，这样就可以减少有能效损失。④采用电子计算机对过程进行有效控制，减小操作裕度，确保过程在最低能耗下进行。六热偶精馏原理在单塔中，塔内两相的流动要靠冷凝器提供回流液再沸器提供提供气体回流来实现，但在设计多个塔时，可以从某个塔内引出一股液相物流来直接作为另一塔的回流液，或引出气相作为另一塔的气相回流，从而可以避免在一些塔中使用冷凝器或者再沸器，从而实现热量的偶合。完全热偶精馏系统用主塔和副塔组成的复杂塔代替常规精馏塔序列，是具有可逆混合特性的理想热力学系统。副塔的作用是将混合物进行初步分离，轻关键组分全部由塔顶分出，而重关键组分完全由塔釜采出，中间组分在塔顶、塔底之间分配；主塔的作用则是对副塔塔顶和塔底的物料进一步分离，得到符合要求的产物。侧线蒸馏流程是不完全热偶精馏流程，在侧线蒸馏塔流程中，可减少一个再沸器，且关联两塔的汽液相流量相对较易控制，同样，由流程可得到具有工业应用价值的DWC塔,分隔壁从塔顶延伸到塔的下部，将塔分为3部分，塔顶两侧分别有冷凝器，在分隔壁两侧的汽相流量可分别控制，液体流量仍通过液体分配器来控制。侧线提馏流程中可减少一个冷凝器，且汽液相流量较易控制，同样，由侧线提馏流程可得到相应的DWC塔，此时，分隔壁从塔底向上延伸至塔的上部，将塔分为3部分，塔顶有一共用冷凝器，塔釜两侧分别有再沸器，能提供达到分离要求所需的上升蒸汽，液体流量仍需液体分配器来控制。不论是哪种热偶精馏流程，从设备投资到能量消耗，都比常规精馏流程小，但由于减少再沸器（冷凝器），必然使其使用受到限制。七热偶精馏类型热偶精馏流程主要用于三组分混合物的分离,同时也可用于三组分以上混合物的分离。为了提高能量利用率,Petlyuk提出了热偶精馏塔的概念,在此概念下,发展了一系列的热偶精馏塔流程。热偶一般可分为以下几种形式：一种是部分热偶精馏，由主塔和侧线塔构成的复杂精馏塔，包括侧线精馏塔(Siderectifier)和侧线提馏塔(Sidestripper)；另一种是完全热偶精馏(Fullythermallycoupleddistillationcolumn)，因为最早由Petlyuk提出，故又称为Petlyuk塔。八热偶精馏适用范围热偶精馏流程并不适用于所有化工分离过程,它的应用有一定的限制,这是因为,虽然此类塔从热力学角度来看具有最理想的系统结构,但它主要是通过对输入精馏塔的热量的重复利用而实现的。当再沸器所提供的热量非常大或冷凝器需将物料冷至很低温度时,此工艺会受到很大限制。九热偶精馏的影响因素热偶精馏流程对所分离物系的纯度、进料组成、相对挥发度及塔的操作压力都有一定的要求：产品纯度:热偶精馏流程所采出的中间产品的纯度比一般精馏塔侧线出料达到的纯度更大,因此,当希望得到高纯度的中间产品时,可考虑使用热偶精馏流程。如果对中间产品的纯度要求不高,则直接使用一般精馏塔侧线采出即可。进料组成:若分离A、B和C三个个组分,且相对挥发度依次递增时,采用该类塔型时,进料混合物中组分B的量应最多,而组分A和C在量上应相当。相对挥发度:当组分B是进料中的主要组分时,只有当组分A的相对挥发度和组分B的相对挥发度的比值与组分B的相对挥发度和组分C的相对挥发度的比值相当时,采用热偶精馏具有的节能优势最明显。如果组分A和组分B与组分B和组分C相比非常容易分离时,从节能角度来看就不如使用常规的两塔流程了。塔的操作压力:整个分离过程的压力不能改变。当需要改变压力时,则只能使用常规的双塔流程。十主要工艺流程10.1侧线精馏塔侧线蒸馏流程是不完全热偶精馏流程，在侧线蒸馏塔流程中，可减少一个再沸器。其精馏流程如图1(a)、(b)所示.图1(a)在第一个塔塔底得到最轻的组分A，塔底采出重组分塔底釜液B和C的的液体混合物，进入第二个塔，完成B和C的精馏过程，第一个塔的气相回流为第二个塔引出的气相B和C的混合物，从而实现三个不同组分的分离。图1：侧线蒸馏流程另一种侧线蒸馏构造如图1(b)所示，在主塔的塔顶的塔底分别得到最轻的组分A和最重的组分C，在加料板下方引出B和C重组分的气相混合物，在侧塔进行分离，得到中间组分B，侧塔的液相回流物流侧塔冷凝器冷凝回流。在侧线蒸馏塔流程中,可减少一个再沸器,且关联两塔的汽液相流量相对较易控制。由侧线蒸馏流程可得到具有工业应用价值的DWC塔,如图2所示，蒸馏塔由分隔壁从塔顶延伸到塔的下部,将塔分为三部分,塔顶两侧分别有冷凝器。在分隔壁两侧的汽相流量可分别控制。液体流量通过液体分配器来控制。10.2侧线提馏流程侧线蒸馏流程也是不完全热偶精馏流程，在侧线蒸馏塔流程中，可减少一个冷凝器，其精馏流程如图3(a)、(b)所示。(a)(b)图3：侧线提馏流程图3(a)在第一个塔塔底得到最重的组分C，塔顶采出轻组分塔底釜液A和B的的气体混合物，进入第二个塔，完成A和B的精馏过程，第一个塔的页相回流为第二个塔引出的液相A和B的混合物，从而实现三个不同组分的分离。另一种侧线提馏构造如图3(b)所示，在主塔的塔顶的塔底分别得到最轻的组分A和最重的组分C，在加料板上方引出A和B轻组分的气相混合物，在侧塔进行分离，得到中间组分B，侧塔的气相回流物流侧塔再沸器加热蒸汽回流。可以看出，在侧线蒸馏塔流程中,可减少一个冷凝器,且关联两塔的汽液相流量相对较易控制。由侧线提馏流程可得到具有工业应用价值的也是DWC塔,如图4所示，提馏塔由分隔壁从塔底向上延伸到塔的上部,将塔分为三部分,塔底两侧分别有再沸器。能提供达到分离要求所需的上升蒸汽,液体流量仍需液体分配器来控制。图4：分隔壁提馏塔10.3完全热偶精馏流程完全热偶精馏系统用主塔和副塔组成的复杂塔代替常规精馏塔序列，是具有可逆混合特性的理想热力学系统。其工艺流程如图5所示，副塔的作用是将混合物进行初步分离，轻关键组分（A和B的混气体）全部由塔顶分出，而重关键组分（Ｂ和Ｃ的混合液体）完全由塔釜采出，中间组分在塔顶、塔底之间分配。侧塔塔底液体回流液体由主塔上部引出，气体物流由主塔下部引出，实现对所需分离组分的预精馏，整个流程只有一个冷凝器和一个再沸器。主塔的作用则是对副塔塔顶和塔底的物料进一步分离，在塔顶的到最轻的组分Ａ，在塔底部得