熱泵精餾與節(jié)能技術熱泵精餾精餡是化工、石化等行業(yè)中的重要組成部分。石油和化學工業(yè)的能耗占工業(yè)總能耗的比重很大，其中約60%用于精餡過程。而在常規(guī)精餡塔的流程中，塔底再沸器所輸入的能量大約有95%在塔頂被冷卻空氣或冷卻水帶走。一般情況下，這部分能量不能得到進一步的回收利用，熱力學效率很低。因此精餡過程的節(jié)能十分必要。多年來，人們已采用了多種方法和手段對精餡塔的裝置和操作進行改進，以減少精餡塔所消耗的能量，如以產品物流預熱進料、增加塔板數(shù)、減小回流比、增設中間再沸器和中間冷凝器、適宜的保溫材料和高效填料等方式。但要進一步降低能耗，只有通過回收塔頂?shù)臒崃縼韺崿F(xiàn)。熱泵技術便是目前最為突出的、行之有效的節(jié)能方法。熱泵的工作原理作為自然界的現(xiàn)象熱量也總是從高溫區(qū)流向低溫區(qū)。但人們可以創(chuàng)造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。熱泵實質上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對象，其工作原理與制冷機相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。熱泵精餡利用工作介質吸收精餡塔頂蒸汽的相變熱，通過熱泵對工作介質進行壓縮，升壓升溫，使其能質得到提高，然后作為再沸器的加熱熱源，從而既節(jié)省了精餡塔再沸器的加熱熱源，又降低了精餡塔塔頂冷凝器的冷凝換熱負荷，達到了節(jié)能目的。熱泵在工作時，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質循環(huán)系統(tǒng)提高溫度進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術可以節(jié)約大量高品位能源。熱泵精餡是把精餡塔塔頂蒸汽加壓升溫使其用作塔底再沸器的熱源，回收塔頂蒸汽的冷凝潛熱。根據(jù)熱泵所消耗的外界能量不同，熱泵精餡可分為蒸汽壓縮式和蒸汽噴射式兩種類型。

蒸汽壓縮機方式蒸汽壓縮機方式熱泵精餾在下述場合應用，可望取得良好效果：（1）塔頂和塔底溫差較小的場合。只要塔頂和塔底溫差小于36°C，就可以獲得較好的經濟效果。（2）被分離物質的沸點接近，分離困難，回流比高，因此需要大量蒸氣的場合。（3）在低壓運行時必須采用冷凍劑進行冷凝。為了使用冷卻水或空氣作冷凝介質，必須在較高塔壓下分離某些易揮發(fā)性物質的場合?？紤]到冷凝和再沸器熱負荷的平衡以及便于控制，在流程中往往設有附加冷卻器和加熱器。按照流程的不同，蒸汽壓縮機方式又可分為塔頂氣體直接壓縮式、單獨工質循環(huán)式、分割式和塔釜液體閃蒸再沸式四種流程，也有將間接式算作一種流程的。塔頂氣體直接壓縮式熱泵精餡塔頂產物書流斜精饞塔氣體直接壓縮式熱泵精餾是以塔頂氣體作為工質的熱泵，其流程見圖，主要由精餾塔、壓縮機、凝汽器（即精餾塔的再沸器）和節(jié)流閥等組成。精餾塔頂氣體經壓縮機壓縮升溫后進入塔底再沸器,冷凝放熱使釜液再沸，冷凝液經節(jié)流閥減壓后，一部分作為產品出料，另一部分作為精餾塔頂?shù)幕亓?。塔頂氣體直接壓縮式熱泵精餾的特點是：（1）所需的載熱氣介質是現(xiàn)成的；塔頂產物書流斜精饞塔氣體直接壓縮式熱泵精餾是以塔頂氣體作為工質的熱泵，其流程見圖，主要由精餾塔、壓縮機、凝汽器（即精餾塔的再沸器）和節(jié)流閥等組成。精餾塔頂氣體經壓縮機壓縮升溫后進入塔底再沸器,冷凝放熱使釜液再沸，冷凝液經節(jié)流閥減壓后，一部分作為產品出料，另一部分作為精餾塔頂?shù)幕亓?。塔頂氣體直接壓縮式熱泵精餾的特點是：（1）所需的載熱氣介質是現(xiàn)成的；（2）因為只需要一個熱交換器（即再沸器），壓縮機的壓縮比通體常低于單獨工質循環(huán)式的壓縮比；直接壓縮式熱泵精餡圖（3）系統(tǒng)簡單，穩(wěn)定可靠。塔頂氣體直接壓縮式熱泵精餾適合應用在塔頂和塔底溫度接近，或被分離物質因沸點接近難以分離，必須采用較大回流比,因此需要消耗大量加熱蒸汽（即高負荷的再沸器），或塔頂冷凝物需低溫冷卻的精餾系統(tǒng)。單獨工質循環(huán)式熱泵精餡進料當塔頂氣體具有腐蝕性或塔頂氣體為熱敏性產品或塔頂產品不宜壓縮時，可以采用單獨工質循環(huán)式熱泵精餾，它主要由精餾塔、壓縮機、蒸發(fā)器、凝汽器及節(jié)流閥等組成。這種流程利用單獨封閉循環(huán)的工質工作:高壓氣態(tài)工質在凝汽器（即精餾塔的再沸器）中冷凝放熱后經節(jié)流閥減壓降溫,入塔頂蒸發(fā)器（即精餾塔的凝汽器）中吸熱蒸發(fā)，形成低壓氣態(tài)工質返回壓縮機壓縮,進行再循環(huán)。單獨工質循環(huán)式熱泵精餾的特點是：（1）塔中要分離的產品與工質完全隔離；（2）可使用標準精餾系統(tǒng)，易于設計和控制；（3）與塔頂氣體直接壓縮式相比較，多一個熱交換器（即蒸發(fā)器），壓縮機需要克服較高的溫差和壓力差，因此，其效率較低?？紤]到工質的化學穩(wěn)定性，單獨工質循環(huán)式熱泵精餾應用的溫度范圍限制在大約130°C左右,而許多有機產品的精餾塔卻在較高的溫度下操作。與普通制冷劑相比，水的化學和熱穩(wěn)定性好，泄漏時對人和臭氧層無負效應，價格便宜，而且具有極好的傳熱特性，在熱交換中所需的換熱面積較小，特別適合精餾塔底溫度較高的精餾系統(tǒng)。分割式熱泵精餡醇水溶液、異丙醇水溶液等。分割式熱泵精餡流程圖分割式熱泵精餾流程主要組成部分:上塔、壓縮機、驅動器、上塔蒸發(fā)器、下塔、下塔再沸器。分割式熱泵精餾是流程分為上、下兩塔,上塔類似于直接式熱泵精餾，只不過多了一個進料口；對于下塔，則類似于常規(guī)精餾的提餾段即蒸出塔，進料來自上塔的釜液，蒸汽出料則進入上塔塔底,分割式熱泵精餾的節(jié)能效果明顯,投資費用適中，控制簡單。分割式熱泵精餾的特點是可通過控制分割點濃度（即下塔進料濃度）來調節(jié)上塔的溫差，從而選擇合適的壓縮機，在實際設計時，分割點濃度的優(yōu)化是很必要的。分割式熱泵精餾適用于分離體系物的相圖存在恒濃區(qū)和恒稀區(qū)的大溫差精餾，如乙閃蒸精餾醇水溶液、異丙醇水溶液等。分割式熱泵精餡流程圖閃蒸再沸是熱泵的一種變型，它直接以塔釜出料為冷劑，經節(jié)流后送至塔頂換熱，吸收熱量蒸發(fā)為氣體，再經壓縮升壓升溫后，返回塔釜。塔頂蒸氣則在換熱過程中放出熱量凝成液體。從精餡過程的角度看，可理解為再沸器和塔頂冷凝器為一個設備。從制冷角度看，則可理解為節(jié)省了塔底再沸器，將間接換熱改成了直接換熱。其流程與塔頂氣體直接壓縮式相似，它也比間接式少一個換熱器，適用場合也基本相同。不過,閃蒸再沸在塔壓高時有利，而塔頂氣體直接壓縮式在塔壓低時更有利。間接式熱泵精餾間接式熱泵精餡主要部分組成:精餡塔、壓縮機、驅動器、蒸發(fā)器、輔助蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥。在閉循環(huán)中，循環(huán)工質在冷凝器中吸收塔頂產品的冷凝熱而自身汽化,經過壓縮機壓縮后,把它升高到一個較高的壓力和溫位，之后在塔底蒸發(fā)器中該工質再次冷凝，把它的熱量傳遞給蒸發(fā)的塔底產品。由此,工質經過膨脹閥進入冷凝器進行再循環(huán)，從中可以看到，這充分利用了精餡系統(tǒng)本身凝結所放出的熱量。間接式熱泵精餡的特點：塔中的待分離產品與工質完全隔離；可使用標準精餡系統(tǒng)，易設計和控制；與塔頂直接式蒸汽壓縮相比較，多一個熱交換器，這就意味著壓縮機需要克服較高的溫差和壓力差，因此，其效率較低。間接式熱泵精餡的適用范圍是熱敏產品、腐蝕性介質或塔頂產品不宜壓縮的精餡系統(tǒng)?？紤]到工質的化學穩(wěn)定性，間接式熱泵精餡應用的溫度范圍限制在大約130°C左右，而許多有機產品的塔卻是在較高的溫度下操作。與普通制冷劑相比，水作為高溫工質卻有許多便利。水有高度的化學和熱穩(wěn)定性(排出溫度可達246C)，工程設計時物性數(shù)據(jù)豐富，泄露時對人、環(huán)境和臭氧層無負效應，而且極便宜，幾乎無任何代價，最重要的一點是水有極好的傳熱特性，在熱交換中所需的換熱面積較小，它特適合塔底溫度較高的精餡系統(tǒng)。

蒸汽噴射式熱泵精餾蒸汽噴射式熱泵是提高低壓蒸汽壓力的專門設備，其原理是借助高壓蒸汽(驅動蒸汽)噴射產生的高速汽流，將低壓蒸汽的壓力和溫度提高，而高壓蒸汽的壓力和溫度降低。低壓蒸汽的壓力和溫度提高到工藝能使用的指標，從而達到節(jié)能的目的。在該流程中，塔頂蒸汽是稍含低沸點組成的水蒸汽，其一部分用蒸汽噴射泵加壓升溫，隨驅動蒸汽一起進入塔底作為加熱蒸汽。蒸汽噴射式熱泵在利用蒸汽的企業(yè)有著廣泛的利用。低壓蒸汽升壓再利用。有些工廠企業(yè)同時使用幾種不同壓力的蒸汽，而熱源又不能全部滿足，這時可用蒸汽噴射式熱泵將部分低壓蒸汽升壓，以滿足生產的需要。設備排汽循環(huán)再利用。某些使用蒸汽的設備，由于其排汽壓力低，回收困難，用蒸汽噴射式熱泵排汽升壓后并人供汽管網，可實現(xiàn)排汽蒸汽噴射式熱泵圖循環(huán)再利用。蒸汽噴射式熱泵圖閃蒸汽的回收利用。凝結水在降壓過程中產生大量閃蒸汽，用蒸汽噴射式熱泵回收這部分閃蒸汽并將其升壓，供給生產或生活使用。采用蒸汽噴射泵方式的熱泵精餾具有如下優(yōu)點：新增設備只有蒸汽噴射泵，設備費低；蒸汽噴射泵沒有轉動部件，容易維修，而且維修費低；吸入蒸氣量偏離設計點時發(fā)生喘振和阻流現(xiàn)象。這點與蒸汽壓縮機相同，但由于沒有轉動部件，就沒有設備損壞的危險。蒸汽噴射式熱泵精餾如果在大壓縮比或高真空度條件下操作，蒸汽噴射泵的驅動蒸汽量增大，再循環(huán)效果顯著下降。蒸汽噴射式熱泵精餾如果在大壓縮比或高真空度條件下操作,蒸汽噴射泵的驅動蒸汽量增大,再循環(huán)效果顯著下降。因此，這種方式的熱泵精餾適合應用在；(1)精餾塔塔底和塔頂?shù)膲翰畈淮?；?）減壓精餾的真空度比較低的情況。采用蒸汽噴射式泵把塔頂蒸汽加壓升溫后，也可作為其它系統(tǒng)的熱源。這種方式的前提是前塔的低沸點組分和后塔的高沸點組分都是水，后塔是氣提。如果后塔采用再沸器加熱，則蒸汽噴射式泵的壓縮必要增大，使驅動蒸汽量增加，達不到好的經濟效果，采用這種方法，后塔所需蒸汽量可節(jié)省一半。吸收式熱泵精餾吸收式熱泵常用漠化鋰水溶液或氯化鈣水溶液為工質。由再生器送來的濃漠化鋰溶液在吸收器中遇到從再沸器送來的蒸汽，發(fā)生了強烈的吸收作用，不但升溫而且放出熱量，該熱量即可用于精餾塔蒸發(fā)器，實際上熱泵的吸收器即為精餾塔的蒸發(fā)器。濃漠化鋰溶液吸收了蒸汽之后，濃度變稀，即送再生器蒸濃。再生器所耗用的熱能是熱泵的原動力。從再生器中蒸發(fā)出采的水蒸汽，在冷卻器中冷卻、冷凝，而后送入精餾塔冷凝器，在此冷凝器中，塔頂餾出物被冷凝，而水又重新蒸發(fā)進入吸收器。由此可見，精餾塔的冷凝器也是熱泵的再沸器。吸收式熱泵按照機內循環(huán)方向的不同可分為：冷凝器壓力大于蒸發(fā)器壓力的第一類吸收式熱泵（I型）和蒸發(fā)器壓力高于冷凝器壓力的第二類吸收式熱泵（II型）。第一類吸收式熱泵需要高溫熱源驅動，但不需要外界冷卻水，熱量能得到充分利用，主要應用于產生熱水；第二類吸收式熱泵可利用低品位熱能直接驅動，以低溫熱源與冷卻水之間的溫差為推動力，可產生低壓蒸汽。吸收式熱泵與壓縮式熱泵相比，雖然供熱系數(shù)COP較小，但避免了使用動力，在動力緊張的情況下，有壓縮式熱泵所不可替代的優(yōu)點。吸收式熱泵的優(yōu)點是：可以利用溫度不高的熱源作為動力，如工廠廢汽、廢熱。除功率不大的溶液泵外沒有轉動部件，設備維修方便，耗電量小，無噪音。缺點是熱效率低,并且需要較高的投資，使用壽命不長。因此只有在產熱量很大，而溫度提升要求不高，并且可用廢熱直接驅動的情況下，吸收式熱泵的工業(yè)應用才具有較大的吸引力。熱泵技術應用需注意的幾個問題熱泵技術以其高效節(jié)能的特性，得到了普遍應用，但并非任何條件下都適宜采用熱泵技術，應從以下幾個方面進行可行性判定：（1）是否存在優(yōu)質的熱源，通常熱源應溫度較高，穩(wěn)定量大，與熱泵設置點距離較近，且不具有腐蝕性，不易結垢，對設備磨損較?。唬?）是否有合適的用熱需求。由于熱泵的供熱系數(shù)直接受供熱溫度影響，供熱溫度過高，會使供熱系數(shù)大幅度下降，使利用熱泵技術的經濟性下降，所以，應用熱泵技術時，應根據(jù)所采用的熱泵類型，確定合適的供熱溫度，使熱泵系統(tǒng)經濟性較好。此外，熱用戶應當能全部利用熱泵可能供出的熱量。運行成本是否低。供熱方式的不同，會使供熱成本產生很大差異，例如電料與燃料供熱的成本就相差很大。采用熱泵技術時，因回收了低溫熱能，系統(tǒng)必然是節(jié)能的，但由于供熱方式的改變，應探討是否具有經濟效益。還應當注意采用熱泵技術后，是否對原系統(tǒng)產生其它影響，如意外故障的應變性、負荷變化時的適應性，以及系統(tǒng)整體的熱量平衡等。小結熱泵精餾確實是一種高效的節(jié)能技術，但需要注意的是，在選擇精餾方案時，除應考慮能源費用外，還應考慮其設備投資費等因素，對其經濟合理性進行綜合評價，在實際設計中，可把前面介紹的幾種典型流程加以改進,以拓展熱泵精餾的應用范圍，而且要進行優(yōu)化設計,以便獲得節(jié)能效果和經濟效益