乙醇_水精馏节能技术分析

第19卷　第3期青海大学学报(自然科学版)Vol.19No.3

2001年6月JournalofQinghaiUniversityJun.2001

乙醇—水精馏节能技术分析

杨兆娟

(青海大学化工系,青海西宁　810016)

摘要　文中介绍了四种乙醇—水精馏节能技术,即分割式热泵精馏节能技术、热集成精馏节能技术、双效精馏节能技术和加盐萃取精馏节能技术,分析了四种方法的优缺点及其适用范围。关键词　节能　乙醇—水精馏　热泵　集热中图分类号:TQ126.3　　　　文献标识码:A

Energy-savinginDistillationTechnologyofEthanol-water

YangZhaojuan

(ChemicalEngineeringDepartmentof,XAbstract　Thispaperintroducesfourenergy-pdistillation,heatintegrationdistillation-,analysesthead2vantagesandappliedranges.

Kwaterdistillation,heat-pump,heatintegration

乙醇—水是一种重要的工业原料,广泛应用于化工、食品饮料工业、军工、日用化工和医药卫生等领域。将无水乙醇与汽油混合(俗称汽油醇)可作为内燃机的燃料,随着世界石油资源的减少,作为生物燃料的无水乙醇可能在今后的动力燃料中占一席之地。精馏是分离均相液体混合物的最有效方法之一。但是精馏的热力学效率很低,在化学工业中,总能耗的40%用于分离过程,其中的95%是精馏过程消耗的[1],有必要开辟多种途径,采用节能工艺回收利用余热,降低能耗,实现精馏节能。本文将对目前较先进的乙醇—水精馏节能技术—分割式热泵精馏节能技术、集热共沸精馏节能技术、双效精馏节能技术和溶盐萃取精馏节能技术进行阐述,并比较四种方法的优缺点,指出乙醇—水精馏节能技术发展新趋势。

1　应用现状

1.1　分割式热泵精馏节能技术　乙醇—水精馏具有恒沸点,在恒沸点附近,精馏回流比大,能耗也较

大。乙醇—水精馏系统的塔温差约为2117℃,属于大温差高温精馏。如选择直接式或间接式热泵精馏流程方案,由于塔温差大,必须选用多级压缩机,投资费用及操作费用高,节能效果不明显[2]。另外,较高的塔底温度要求压缩机出口温度很高,极易导致乙醇碳化[3]。乙醇—水溶液是非理想溶液,属于正偏差溶液,其相平衡存在拐点,可以把乙醇—水单塔精馏分解成双塔精馏,并在上塔安装热泵装置,这就构成了分割式热泵精馏流程,如图1所示[1]。上塔类似于常规的直接式热泵精馏,只不过多了一个进料口,由于上塔的物料在恒沸点附近,温差较小,从而所需压缩机的压比也较小,压缩比只需1:2左右,选择单级压缩机,投资额小,追加投资回收期短。下塔类似于常规精馏的提馏段,进料来自上塔的釜液,蒸气出料则进入上塔塔底,其回流比与上塔比较,可大大减小,因为下塔的组分平均相对挥发度比上塔的大很多,降低回流比可使精馏过程进一步节能。分割式热泵精馏操作控制简单,基本上解决了大温差高温精馏的热泵应用问题,拓宽了热泵精馏的应用范围,其节能效果明显,如表1所示[1],从表1中可以看出,与常规精馏相比较,虽然分割式热泵精馏的总投资费用增加,但年总操作费用减少了很多,而且追加

收稿日期:2001-01-13

),女,江苏扬州人,硕士,讲师。作者简介:杨兆娟(1964—

第3期　　　　　　　　　　　　杨兆娟:乙醇—水精馏节能技术分析　　　　　　　　　　　　9投资回收期短,符合热泵精馏节能技术的要求。1.2　集热共沸精馏节能技术　在串连两塔以上的精馏全过程中,采用塔群间的热量集成是一种极为有效的节能措施,乙醇与水共沸精馏双塔间的集热流程[4]中,主要设备有提浓塔和脱水塔,指定塔压,使提浓塔冷凝器的热负荷Qc1满足脱水塔再沸釜所需的热量QRB2,产物流热量用于预热进料液,得以回收,因而提浓塔再沸釜的热负荷QRB1即为整个流程所需的全部热量。文献[4]中,用质量浓度分别为10%和6%的乙醇水溶液,以戊烷和苯作为夹带剂,模拟集热共沸精馏流程,其计算结果如表2

。

表1　酒精分离采用分割式热泵精馏的

　　　节能效果、经济效益分析

参数

操

作电/万(kW h) a-1量

冷却水/万t a-1

a-1操生蒸气/万元 作

-1

费电/用

/a-1

常规精馏分割式热泵精馏

6.310172.8012612056761331100000

2.2075.3250.76441003018810.1585103222110751738910011205915

生蒸气/万t a-1

a-1节省的操作费用/万元 a-1

1.预热器;2.上塔;3.上塔再沸器;4.压缩机;5.膨胀阀;6.下塔;7.下塔再沸器

追加投资费用/万元追加投资回收期/a一次能源节省率P/%

图1　分割式热泵精馏流程示意

表2　乙醇与水集热共沸精馏结果

进料液质

量浓度

(%)106

夹带剂苯戊烷苯戊烷

提浓塔板数塔顶压力

(kPa)

28282121

101360101360

脱水塔

板数塔顶压力

(kPa)

40223016

5324053240

热负荷kJkg乙醇

R301635016370167001726

QRB14255384354045171

QRB2=QC1

3470303544564206

Qc23539312745444311

节能%

44192441134511944185

　注:指在QRB2=QC1情况下,采用集热流程与不采用集热流程下的比较,即QRB2/(QRB1+QRB2)

由表2可知:

(1)在乙醇—水二塔共沸精馏流程中,采用热量集成是一种有效的节能途径,可节能40%以上。(2)在乙醇—水系统中,夹带剂戊烷的作用优于苯,体现在提浓塔所需塔板数相同,而戊烷脱水塔的塔板数较苯脱水塔减少了一半,耗能量也少。这是由于戊烷较苯能提高水的活性,具有较高的挥发性和较低的气化热。1.3　双效精馏节能技术　双效精馏节能技术属热节减型节能技术,即减少精馏操作所消耗的热量。关键是要选择适宜的各塔操作压力,使高压塔的塔顶蒸气在低压塔的再沸器中冷凝,放出热量,作为低压塔的热源。流程有如图2FS型和如图3HS型[5]两种。FS型采用加压塔、常压塔同时进料,从加压塔塔顶出来的物料经常压塔塔底再沸器把热量传给常压塔,一部分物料返回加压塔塔顶作为回流,另一部分作为产品流出,此流程的单位加热量比单塔流程可以多处理一倍的原料液。而HS型只有加压塔进料,从加压塔塔顶出来的物料经常压塔塔底再沸器交换热量,一部分物料返回加压塔塔顶作为回流,另一部分物料全部进入常压塔,此流程可以使高压塔中塔底和塔顶的温差减小。两种型式都可节能,但节能效果不同。

由表3[6]可知进料分配比对HS型和FS型双效精馏节能率的影响,随着进料组成xf的提高,加热量

　　　　　　　　　　　　　　　　　　青海大学学报　　　　　　　　　　　　　　　　第19卷10

Qr增加,单位产品热耗Qr/D降低,节能率E提高。

在相同进料组成Xf下,FS型节能率比HS型高,进料组成低时尤为突出。在其它因素不变的情况

下,从节能角度考虑,应尽量提高进料组成。通常设计时,进料组成已定,则在单位产品能耗和节能率作为主要指标时,选FS型较HS型优。如果处理热敏性物系或要求塔装置空间低,就选用HS流型。1.4　溶盐萃取精馏节能技术　溶盐萃取精馏节能技术主要用于无水乙醇的制取,其集中了萃取精馏和溶盐精馏的特点,即减少了溶剂比的同时增大了物质之间的相对挥发度,易于实现以盐增

图2　FS型双效精馏　　　　图3　HS型双效精馏

强溶剂的萃取作用,克服了固体盐回收输送困难

,,故省能

又方便。

表1

HS流型进料组成X1

40%(V)

10%(V)

20%(V)

40%(V)

项目10%(V)20%(V)

单塔

…… 此处隐藏：4909字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……