熱偶精播技術(shù)簡(jiǎn)介

精帽是一種應(yīng)用廣泛的化工分離單元操作，但精鏘過程能耗巨

大，據(jù)估計(jì)分離過程的能耗大約占整個(gè)化學(xué)工業(yè)用能的40%,而其中

95%是精鐳過程消耗的提高精儲(chǔ)過程的能量運(yùn)用率始終是研究的熱

點(diǎn)。熱偶精儲(chǔ)由于既節(jié)能又節(jié)省設(shè)備投資引起了人們的廣泛關(guān)注。最

早的熱偶精微是50年前由Petlyuk提出的，研究發(fā)現(xiàn)熱偶精鐳比常

規(guī)精微過程節(jié)能至少30%以上，但受當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件所限而難以工業(yè)

化。近年來，隨著對(duì)節(jié)能規(guī)定的提高，且由于控制技術(shù)的提高，熱偶

精微方面的研究又趨于活躍，一些大公司已將其中的分隔壁精鐳塔

工業(yè)化。

1熱偶精儲(chǔ)類型

熱偶精儲(chǔ)流程重要用于三組分混合物的分離，同時(shí)也可用于三組

分以上混合物的分離。為了提高能量運(yùn)用率，Petlyuk提出了熱偶精

儲(chǔ)塔的概念，在此概念下，發(fā)展了一系列的熱偶精儲(chǔ)塔流程。

熱偶一般可分為以下幾種形式：一種是部分熱偶精儲(chǔ)，由主塔和

側(cè)線塔構(gòu)成的復(fù)雜精微塔，涉及側(cè)線精鐳塔(Siderectifier)和側(cè)線提鐳

塔(Sidestripper)；另一種是完全熱偶精微(Fullythermallycoupled

distillationcolumn),由于最早由Petlyuk提出，故又稱為Petlyuk塔。

2熱偶精儲(chǔ)原理

在單塔中，塔內(nèi)兩相的流動(dòng)要靠冷凝器提供回流液再沸器提供提

供氣體回流來實(shí)現(xiàn)，但在設(shè)計(jì)多個(gè)塔時(shí)，可以從某個(gè)塔內(nèi)引出一股液

相物流來直接作為另一塔的回流液，或引出氣相作為另一塔的氣相回

流，從而可以避免在一些塔中使用冷凝器或者再沸器，從而實(shí)現(xiàn)熱量

的偶合。

完全熱偶精儲(chǔ)系統(tǒng)用主塔和副塔組成的復(fù)雜塔代替常規(guī)精餌塔

序列，是具有可逆混合特性的抱負(fù)熱力學(xué)系統(tǒng)。副塔的作用是將混合

物進(jìn)行初步分離，輕關(guān)鍵組分所有由塔頂分出，而重關(guān)鍵組分完全由

塔釜采出，中間組分在塔頂、塔底之間分派；主塔的作用則是對(duì)副塔

塔頂和塔底的物料進(jìn)一步分離，得到符合規(guī)定的產(chǎn)物。

側(cè)線蒸福流程是不完全熱偶精儲(chǔ)流程，在側(cè)線蒸儲(chǔ)塔流程中，可

減少一個(gè)再沸器，且關(guān)聯(lián)兩塔的汽液相流量相對(duì)較易控制，同樣，由

流程可得到具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的DWC塔,分隔壁從塔頂延伸到塔的下

部，將塔分為3部分，塔頂兩側(cè)分別有冷凝器，在分隔壁兩側(cè)的汽相

流量可分別捽制，液體流量仍通過液體分派能來捽制c

側(cè)線提偏流程中可減少一個(gè)冷凝器，且汽液相流量較易控制，同

樣，由側(cè)線提儲(chǔ)流程可得到相應(yīng)的DMC塔，此時(shí)，分隔壁從塔底向上

延伸至塔的上部，將塔分為3部分，塔頂有一共用冷凝器，塔釜兩側(cè)

分別有再沸器，能提供達(dá)成分離規(guī)定所需的上升蒸汽，液體流量仍需

液體分派器來控制。

不管是哪種熱偶精微流程，從設(shè)備投資到能量消耗，都比常規(guī)精

儲(chǔ)流程小，但由于減少再沸器（冷凝器），必然使其使用受到限制。

3熱偶精偶合用范圍

熱偶精微流程并不合用于所有化工分離過程，它的應(yīng)用有一定的

限制，這是由于，雖然此類塔從熱力學(xué)角度來看具有最抱負(fù)的系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)，但它重要是通過對(duì)輸入精儲(chǔ)塔的熱量的反復(fù)運(yùn)用而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)

再沸器所提供的熱量非常大或冷凝器需將物料冷至很低溫度時(shí)，此

工藝會(huì)受到很大限制。

4熱偶精微的影響因素

熱偶精微流程對(duì)所分離物系的純度、進(jìn)料組成、相對(duì)揮發(fā)度及塔

的操作壓力都有一定的規(guī)定：

產(chǎn)品純度：熱偶精儲(chǔ)流程所采出的中間產(chǎn)品的純度比一般精饋塔

側(cè)線出料達(dá)成的純度更大，因此，當(dāng)希望得到高純度的中間產(chǎn)品時(shí),

可考慮使用熱偶精儲(chǔ)流程。假如對(duì)中間產(chǎn)品的純度規(guī)定不高,則直接

使用一般精偏塔側(cè)線采出即可。

進(jìn)料組成：若分離A、B和C二個(gè)個(gè)組分，且相對(duì)揮發(fā)度依次遞增

時(shí)，采用該類塔型時(shí)，進(jìn)料混合物中組分B的量應(yīng)最多，而組分A

和C在量上應(yīng)相稱。

相對(duì)揮發(fā)度：當(dāng)組分B是進(jìn)料中的重要組分時(shí)，只有當(dāng)組分A的

相對(duì)揮發(fā)度和組分B的相對(duì)揮發(fā)度的比值與組分B的相對(duì)揮發(fā)度和組

分C的相對(duì)揮發(fā)度的比值相稱時(shí)，采用熱偶精微具有的節(jié)能優(yōu)勢(shì)最明

顯。假如組分A和組分B與組分B和組分C相比非常容易分離時(shí)，從節(jié)能

角度來看就不如使用常規(guī)的兩塔流程了。

塔的操作壓力：整個(gè)分離過程的壓力不能改變。當(dāng)需要改變壓力

時(shí)，則只能使用常規(guī)的雙塔流程。

5重要工藝流程

5.1側(cè)線精儲(chǔ)塔

側(cè)線蒸儲(chǔ)流程是不完全熱偶精儲(chǔ)流程，在側(cè)線蒸儲(chǔ)塔流程中，可減

少一個(gè)再沸器。其精儲(chǔ)流程如圖1(a)、(b)所示.圖1(a)在第一個(gè)塔塔

底得到最輕的組分A,塔底采出重組分塔底釜液B和C的的液體混合物,

進(jìn)入第二個(gè)塔，完畢B和C的精儲(chǔ)過程，第一個(gè)塔的氣相回流為第二個(gè)

塔引出的氣相B和C的混合物，從而實(shí)現(xiàn)三個(gè)不同組分的分離。

圖1：側(cè)線蒸儲(chǔ)流程

另一種側(cè)線蒸饌構(gòu)造如圖1(b)所示，在主塔的塔頂?shù)乃追謩e得

到最輕的組分A和最重的組分C,在加料板下方引出B和C重組分

的氣相混合物，在側(cè)塔進(jìn)行分離，得到中間組分B,側(cè)塔的液相回流

物流側(cè)塔冷凝器冷凝回流。

在側(cè)線蒸僧塔流程中，可減少一個(gè)再沸器，且關(guān)聯(lián)兩塔的汽液相

流量相對(duì)較易控制。由側(cè)線蒸儲(chǔ)流程可得到具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的DWC

塔，如圖2所示，蒸微塔由分隔壁從塔頂延伸到塔的下部，將塔分為

三部分，塔頂兩側(cè)分別有冷凝器。在分隔壁兩側(cè)的汽相流量可分別控

制。液體流量通過液體分派器來控制。

5.2側(cè)線提儲(chǔ)流程

側(cè)線蒸儲(chǔ)流程也是不完全熱偶精微流程，在側(cè)線蒸播塔流程中,

可減少一個(gè)冷凝器，其精儲(chǔ)流程如圖3(a)、(b)所示。

(a)(b)

圖3：側(cè)線提儲(chǔ)流程

圖3(a)在第一個(gè)塔塔底得到最重的組分C,塔頂采出輕組分塔底釜

液A和B的的氣體混合物，進(jìn)入第二個(gè)塔，完畢A和B的精儲(chǔ)過程，第一

個(gè)塔的頁相回流為第二個(gè)塔引出的液相A和B的混合物，從而實(shí)現(xiàn)三個(gè)

不同組分的分離。

另一種側(cè)線提鐳構(gòu)造如圖3(b)所示，在主塔的塔頂?shù)乃追謩e得

到最輕的組分A和最重的組分C,在加料板上方引出A和B輕組分

的氣相混合物，在側(cè)塔進(jìn)行分離，得到中間組分B,側(cè)塔的氣相回流

物流側(cè)塔再沸器加熱蒸汽回流。

可以看出，在側(cè)線蒸儲(chǔ)塔流程中，可減少一個(gè)冷凝器，且關(guān)聯(lián)兩

塔的汽液相流量相對(duì)較易控制。由側(cè)線提偏流程可得到具有工業(yè)應(yīng)用

價(jià)值的也是DWC塔，如圖4所示，提偏塔由分隔壁從塔底向上延伸到塔

的上部，將塔分為二部分，塔底兩側(cè)分別有再沸器「能提供達(dá)成分離

規(guī)定所需的上升蒸汽，液體流量仍需液體分派器來控制。

-A

AB

ABC.

圖4：分隔壁提儲(chǔ)塔

5.3完全熱偶精播流程

完全熱偶精鏘系統(tǒng)用主塔和副塔組成的復(fù)雜塔代替常規(guī)精帽塔序

列，是具有可逆混合特性的抱負(fù)熱力學(xué)系統(tǒng)。其工藝流程如圖5所示,

副塔的作用是將混合物進(jìn)行初步分離，輕關(guān)鍵組分（A和B的混氣體）

所有由塔頂分出，而重關(guān)鍵組分（B和C的混合液體）完全由塔釜米

出，中間組分在塔頂、塔底之間分派。側(cè)塔塔底液體回流液體由主塔

上部引出，氣體物流由主塔下部引出，實(shí)現(xiàn)對(duì)所需分離組分的預(yù)精僧,

整個(gè)流程只有一個(gè)冷凝器和一個(gè)再沸器。

主塔的作用則是對(duì)副塔塔頂和塔底的物料進(jìn)一步分離，在塔頂?shù)?/p>

到最輕的組分A,在塔底部得到最重的組分C,中間組分在主塔中部

采得，實(shí)現(xiàn)了混合產(chǎn)物的分離。

在熱力學(xué)上與完全熱偶精儲(chǔ)塔完全相同的是分隔壁精儲(chǔ)塔,如圖

6所示，分隔壁精館塔在精僧塔中間部分部設(shè)一垂直壁，將精儲(chǔ)塔提

成上段、下段及由隔板分開的精儲(chǔ)進(jìn)料段及中間采出段四部分，這一

結(jié)構(gòu)可認(rèn)為是完全熱偶流程的的主塔和預(yù)分塔置于同一塔內(nèi)，分別位

于分隔壁的兩側(cè)。

圖6：完全熱偶分隔壁精微塔

完全熱偶精播流程雖然比傳統(tǒng)的二塔流程減少一個(gè)再沸器、一個(gè)

冷凝器，但由于預(yù)分塔與主塔間的四股汽液相流量難以控制，在工

業(yè)上幾乎沒有使用價(jià)值，但與其熱力學(xué)上完全相同的分隔壁精微塔,

它的工業(yè)前景卻被看好。由于用分隔壁精儲(chǔ)分離三組分混合物時(shí),

得到純的產(chǎn)物與傳統(tǒng)的二塔常規(guī)流程相比只需要一個(gè)精儲(chǔ)塔、一個(gè)再

沸器、一個(gè)冷凝器。不管是設(shè)備投資還是能耗都能節(jié)省至少30%,

且可

通過加入液體分派器來控制分隔壁兩邊的液體流量，通過度隔壁兩

邊的填料高度或分隔壁的形狀來控制氣體流量，在當(dāng)今技術(shù)條件下,

這些控制手段都已成熟，故分隔壁精儲(chǔ)塔己開始工、也應(yīng)用。

6發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景

熱偶精儲(chǔ)在熱力學(xué)上是最抱負(fù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，既能節(jié)省設(shè)備投資，

又能節(jié)省能耗。計(jì)算表白，熱偶精微比兩個(gè)常規(guī)精儲(chǔ)塔最高可節(jié)能達(dá)

成30%以匕可省設(shè)備投資30%左右.近年來，由于能源價(jià)格不斷

上漲，熱偶精儲(chǔ)的研究趨于活躍，特別是各類分隔壁精儲(chǔ)塔的研究。

對(duì)于某些給定的物料，分隔壁精儲(chǔ)塔和常規(guī)精微流程相比需更小的

回流比，故增大了操作容量。壁精儲(chǔ)塔能廣泛地應(yīng)用于石油精制、石

油化工、化學(xué)品及氣體精制。

至今，至少有40套分隔壁精儲(chǔ)塔進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)，大部分屬于德

國(guó)的BASF公司，重要用于分離中間產(chǎn)物含量高的三元混合物。

Kellogg公司也和BP公司合作設(shè)計(jì)建造分隔壁精儲(chǔ)塔,用于改善間歇

操作的烷基重整流程。改善后塔的操作能力增長(zhǎng)了一倍，中間產(chǎn)物的

產(chǎn)量比原先的簡(jiǎn)樸中間采出流程的產(chǎn)量增長(zhǎng)了50%。Sumitomo重工設(shè)

計(jì)了至少6座分隔壁精儲(chǔ)塔,其中和KyowaYuka公司合作開發(fā)了乙酸

乙酯的裝置，乙酸乙酯為中間產(chǎn)物，其純度可達(dá)99.199%,采用了單

塔流程后除了減小了設(shè)備體積，還節(jié)約了30%~40%的設(shè)備費(fèi)用和能

量。LindeAG公司剛為南非的Sosol公司建造了