费学策
新化化工股份有限公司 浙江杭州 311611
摘要：化学工业是当今国民经济发展的支柱型产业，分离技术是化工生产过程中保证对原料进行净化、对相关产品进行提纯、对产生的废物进行处理的支撑。伴随着科学技术的发展，化学工程中的分离技术呈现出多元化的发展趋势，精馏就是其中应用最广泛、技术最成熟的分离方式之一，在化工工业生产中扮演着重要角色。国家的精馏技术在研究和应用的过程中取得了极大进步，精馏塔在此技术发展的进程中，也体现出举足轻重的作用。
关键词：精馏技术；研究进展；工业应用
1、精馏塔的种类
1.1板式塔
精馏技术的应用离不开精馏塔的存在，精馏塔的发展分为板式塔和填料塔两类精馏塔的发展方向，在1813年板式塔被首次提出，其中主要以泡罩塔板为主，当时的板式塔还处于技术领先地位，其分为泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板等多种类型，当时板式塔因具有结构简单等特点被广泛应用于加压与多侧线采出的工艺流程中，并且板式塔的造价相对较低，因此板式塔被很多工业企业一直沿用至今。而其发展也具有两百多年的历史。
1.2填料塔
填料塔根据其填料的外形结构分为散堆填料和规整填料两种，其中散堆填料因其外形结构是颗粒状，所以具有抗堵等优良的性能，在气体净化等领域被广泛的应用。而规整填料则是具有堆砌整齐、规则几何图形结构的填料，因此在应用中主要是具有操作弹性较大、适应性强以及处理量大等特点，主要应用在化工分离装置中。
2、计算流体力学在精馏研究中的应用
二十世纪八十年代，专家学者开始尝试计算流体力学在精馏研究中的应用，密切观察精馏塔中的流体流动情况，目前，计算流体力学逐渐成为了研究精馏塔内部气体与液体相互流动和传质的主要工具。
2.1计算流体力学在塔板研究中的应用
研究人员使用流体力学计算的方式对塔板上的气体与液体间的流动情况和传质进行细致研究，在此过程中提出了众多的计算模型，比如混合流动模型、两相流动模型等。通过相关的专家研究，总结出当前流体力学计算模型存在的缺陷，就是无法准确的阐述湍流状态下气体和液体的相互作用。
2.2计算流体力学在填料研究中的应用
在填料表面分布的液体通常会对填料的传质效率产生极大影响。专家学者通过相关的研究并采用计算流体力学技术对填料的表面气体与液体相互间的流动状态及传质性能进行了深入的分析。
3、塔器大型化的发展
精馏塔的发展主要是流体力学的应用以及塔器的发展，其中流体力学在精馏中的应用始于20世纪80年代，专家学者通过对流体力学的研究，以及精馏塔的构造，找到了流体力学在精馏塔内部进行液体介质流通的规律，并通过计算得出流体力学对精馏塔的重要作用，在精馏塔的分析发展上也得到了广发的引用。本文就精馏塔进行研究，在精馏塔研究中主要以塔器的发展为主，为此不再赘述流体力学在精馏塔上的应用。
3.1塔器大型化
随着石油项目的不断发展扩大，大型的石油开采技术以及精馏技术被广发应用，因此精馏塔的大型化进程也在逐步加快，而精馏塔大型化的发展目标是提升设备使用率、降低能耗、减少废物排泄等。精馏过程需要面临很多科学和工业技术问题，在进行分离时还需要塔器在气液相接触时进行一定的改变，对塔内的质量传递以及热量输送产生一定的影响，以此达到降低分离效率的目的。塔器的大型化发展对于精馏塔的发展具有很高的现实意义，为工业技术发展提供了技术支持。
3.2塔器数字化技术的发展
由于计算机软件技术的广泛应用，数字化进程在工程实践中起到了一定得作用，通过计算机软件的计算可以完善流体力学的理论以及对新技术的设计研发方向提供了一个趋势。数字化技术的应用已经逐渐成为塔器内部结构和设计的主要工具，在应用上也呈现出一个系统化的集成发展趋势。为大型塔器发展和完善带来了一定得优势。
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4、精馏技术的工业应用
4.1精馏过程典型节能技术
4.1.1精馏操作过程的最优化
精馏操作过程的节能措施主要包括对回流比、操作压力和进料位置等参数的优化。回流比是精馏塔重要的操作参数，改变回流比，直接导致能耗的增大或降低。工程上采用TAC作为目标函数，对回流比和塔板数进行优化，精馏塔在最优的条件下操作时，能够降低能耗20%。降低精馏塔的操作压力，可以减小系统有效能损失，从而实现节能的目的。但对于轻烃、气分等工艺流程，进行加压精馏操作，可以提高塔顶温度，省去冷冻介质，实现节能的目的。选择最优的进料位置，可以降低塔内的气液相的反混程度，降低分离难度，实现节能的目的。
4.1.2热泵精馏节能技术
热泵精馏通过消耗机械功，提高精馏塔塔顶蒸汽的品位，为精馏塔塔釜提供热量。热泵精馏分为机械式热泵、吸收式热泵和喷射式热泵3种，其中广泛应用的是机械压缩式热泵精馏。
4.1.3增设中间再沸器和中间冷凝器的节能技术
传统精馏过程，热量从再沸器输入，从冷凝器输出。再沸器和冷凝器的温差过大，造成精馏塔的㶲损失较多，热力学效率较低。在塔中增设中间再沸器和中间冷凝器，能够降低冷剂和热源的品位，较少㶲的损失，提高塔的热力学效率。与之相对的是，精馏塔的操作线更靠近平衡线，传递过程的推动力更小，相同分离任务需要的塔板数增加。增设中间换热器还可以调整塔内气液相负荷的改变，改善塔内的热量平衡，改善塔的分离效果。中间换热器广泛应用在石油化工中，如原油炼制中常减压塔增设3～4个中间换热器；乙烯装置中脱甲烷塔增设中间再沸器较常规精馏，能够降低能耗17%。
4.1.4精馏过程热量回收利用
常规的精馏过程，热量由蒸汽经再沸器输入，余热由冷却水从冷凝器移出，存在大量的能量浪费。有效利用分离余热，能降低系统能耗。精馏过程的余热回收包括显热回收和潜热回收。显热回收包括显热直接利用回收、显热转换为潜热利用回收；潜热回收主要包括用蒸汽发生器代替冷凝器、冷凝水回收等措施。
4.2精馏过程耦合节能技术
4.2.1多效精馏节能技术
热集成节能技术已成功应用于精馏过程、换热网络优化过程和化学反应过程。精馏过程常用的热集成节能方式有：①同一精馏塔冷凝器和再沸器之间的热集成；②冷凝器、再沸器和系统外热源的热集成；③不同精馏塔冷凝器和再沸器之间的热集成。目前，精馏过程广泛应用的热集成方式为第3种，即多效精馏节能技术。
多效精馏的原理是多次重复利用供给精馏塔的热量，多效精馏的效数越多，节能效果越明显。理论上，以单塔精馏为基准，双效精馏的节能效果为50%，三效精馏的节能效果可达67%，四效精馏的节能效果能达到75%。与之相对的是，精馏效数的增加会引起设备投资大幅增加。所以，精馏的效数是由节能效果和设备投资共同决定的。
4.3精馏过程强化技术
过程强化技术是降低过程能耗，减少三废排放和提高生产效率的有效手段，也是化学工业发展的主要方向。化工过程强化主要包括生产设备的强化和生产过程的强化。生产设备的强化包括开发新型高效传质元件、开发新型紧凑传热元件和开发新型微反应器等技术手段；生产过程的强化包括反应与分离耦合、组合分离过程和外场辅助作用等技术手段。
5、结语
近年来，伴随着精馏技术的实际应用，一些需要重视的问题也逐渐体现出来，所以需要在精馏技术研究的进程与工业应用的过程中，专注于提高传质效率，并且提出更加专业科学化的传质理论，开发新时代多层次并适用于交叉领域的节能型耦合精馏技术。
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论文作者:费学策
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/9/30
标签：精馏论文; 流体力学论文; 填料论文; 技术论文; 过程论文; 冷凝器论文; 传质论文; 《防护工程》2018年第12期论文;