外行学空分(10)一一精馏技术的重大改进

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/ U, l! _5 W' q6 u. @/ l8 ^' C  蒸馏冷凝向精馏的转变是蒸馏冷凝技术的一次大升级，自此以后制取二元物系的高低沸点纯组分理论上再也不是一个难题，再也不需要为了提高产品纯度而进行重复的蒸馏（即所谓的部分冷凝部分蒸发，在精馏技术中部分蒸发部分冷凝在一个理论塔板中同时进行，上升气中高沸点组分部分冷凝，下降液中的低沸点组分部分蒸发！而一个完整精馏塔有几十块的理论塔板数，也就是经历了几十次的部分冷凝和部分蒸发，所以才能在精馏塔顶底分别得到纯度很高的低沸点组分和高沸点组分！）操作，技术发展的主题转向精馏过程的节能。最先得到发展的是双效精馏及多效精馏技术，在标准常规(单效精馏)中，精馏原料经与精馏产品换热后从精馏塔中部进入精馏塔，精馏塔顶部设置冷却水冷凝器，使低沸点组分气相冷凝为液体，部分作为产品引出，部分作为精馏塔回流液，精馏塔底部设置蒸汽再沸器用蒸汽加热使精馏塔底部的高沸点组分液体气化作为回流气，未气化的高沸点组分作为产品引出(高沸点组分一般以液体形式引出精馏塔)，常规标准精馏蒸汽冷却水的消耗很大，但蒸汽输入的热量几乎等于冷却水带走的热量。为了降低能耗，在常规标准精馏的基础的又发展出了双效精馏及多效精馏。以双效精馏为例简单说明如下，精馏原料经换热站进入高压精馏塔中部，高压精馏塔底部设置蒸汽再沸器，用蒸汽加热使高压精馏塔底部的高低沸点混合液体气化作为上升气，高压塔顶部通过一个冷凝器和低压精馏塔底部相连，高压精馏塔顶部低沸点组分气相或者高低沸点混合气体由于压力高，其沸点高于低压精馏塔底部的高沸点组分的沸点，这样高压塔顶部低沸点组分冷凝放热，一部分作为回流液，一部分减压后进入低压塔作为回流液，一部分节流减压后送至低压精馏塔顶部作为回流液。高压塔底部的高低沸点混合液体也减压后进入低压塔中部作为回流液，低压塔顶部一般设置冷却水冷凝器使低沸点组分液化作为产品引出。由于利用了高压塔的气相冷凝作为低压精馏塔底部高沸点组分液体蒸发气化的热源，当然大幅度降低了精馏过程的蒸汽冷却水消耗。但也带来流程的复杂化和工程造价的提高，运用并不特别普遍，一般的精馏过程还是采用标准常规精馏。 随着石化产业的发展，沸点相近的组分(如苯甲苯乙烯丙烯乙烷丙烷等)的分离提纯成为精馏技术的一个非常重要课题。对于沸点相近的组分采用常规精馏时存在难点，那就是需要非常多的理论塔板数和高回流比（这里回流比的涵义是回流液和馏出低沸点组分的比值，而不是精馏计算中的回流气液比和回流液气比）受限于工程条件理论塔板数不可能无限增加，而高的回流比就意味能耗的大幅度提高。
$ ?4 z+ A! k, I# i7 B   为了降低沸点相近组分的精馏分离能耗，石化产业在常规精馏的基础上，先是发展了双效及多效精馏，虽然可以大幅度降低精馏过程的蒸汽冷却水消耗，但双效及多效精馏需要两个及多个压力不同的精馏塔才能实现可以在一个常压精馏塔中就可以实现的二元物系的精馏分离，极大地增加了精馏过程的流程复杂性和工程造价。后来又进一步发展出了单热泵及多热泵精馏技术，解决了双效及多效精馏需要两个或者多个压力不同的精馏塔流程复杂工程造价高的问题，使二元物系可以在一个精馏塔中低能耗地实现完全分离。采用热泵技术对精馏过程进行改进，当然改进方式也是多种多样，有单热泵精馏流程有多热泵精馏流程，并已经出现了彻底热泵精馏流程即所谓自热精馏流程。
     双效精馏和多效精馏是两个压力不同的精馏塔实现二元物系的精馏分离，多效精馏是多个压力不同的精馏塔实现二元物系的精馏分离。而单热泵精馏及多热泵精馏是在单级精馏塔（一般是常压精馏塔）中实现二元物系的精馏分离，相对于双效精馏及多效精馏毫无疑问简化了精馏流程降低了工程造价，单热泵及多热泵精馏最大的难点在于低沸点纯组分和高低沸点混合气体压缩机，只有解决了低沸点组分和高低沸点混合气体压缩机的设计制造难题才有可能采用单热泵及多热泵精馏技术。关于热泵和热泵精馏将在以后详加论述，但是毫无疑问热泵技术已经成为精馏最重要甚至于唯一的节能改进手段，这一点在石化产业和精馏技术界可以说是共识，正是了解到这种情况，有的空分技术人员才会发出为什么精馏节能最重要的技术手段热泵技术在深冷空分上看不到应用的实例？这是一个大乌龙，空气精馏分离过程，是世界上第一个实现大规模工业化运用的完全彻底开式热泵精馏工艺方案即完全自热精馏工艺方案。
! a. m" H/ W2 ]    只有采用热泵精馏技术才能实现完全可逆的精馏过程。理解了什么是完全可逆精馏过程，就可以理解为什么单热泵及多热泵精馏技术是精馏过程节能的最重要技术方向！

王凌生

学习了。赞赞赞。。。

Yb2021

运用热泵技术对精馏过程进行改进从而达到节能的目的，最先得到运用的是所谓的闭式热泵技术，也就是带见的热泵，用热泵系统代替蒸汽和冷却水，对于沸点相近的物系的精馏过程节能效果是非常显著的。但在精馏过程中闭式热泵的适用范围很小，只适合于沸点在环境温度附近的物系。后来人们又发现可以采用精馏过程的原料产品及精馏过程的中间产物作为热泵的循环工质，这样从理论上说，热泵技术就可以适用于所有的精馏过程，同时在采用精馏原料产品及精馏过程的中间产物作为热泵循环工质后，热泵系统中的低温低压换热器(精馏塔顶部的冷凝器)可以取消，这样在不改变精馏过程参数的情况下可以提高热泵系统的效率节约能耗，这就是所谓的开式热泵精馏流程，开式热泵只是提高了热泵的效率，对精馏过程和闭式热泵是等效的。

xeicndek

谢谢分享，学习学习

Yb2021

  理解开式热泵是由闭式热泵取消低温低压换热器简化而来，提高了热泵效率但不影响精馏过程参数及效果非常重要。理解了这一点，就会明白，氧氮二元物系本质上都是单级精馏，双塔流程的下塔及所谓叁塔流程中除了精馏塔之外的其它塔，虽然也设置填料塔板回流液，但本质上都是空气热泵的转换器，不具有初级精馏的功能，都是不可取的。

Yb2021

从常规标准精馏发展出双效精馏及多效精馏，又进一步发展出单热泵及多热泵技术，最终实现完全自热精馏技术，这就是精馏技术发展的简史。

Yb2021

蒸汽再沸器输入的热量和冷却水冷凝器输出的热量几乎相等，从热量循环角度来说，蒸汽再沸器和冷却水冷凝器实际上构成了一个热泵也可以用一个热泵来实现。

Sunqh

如果说现在的双塔流程是奔驰宝马，那么尤氏单塔就是独轮小推车；
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  D) @; J& R( m( n* S2 p& I老汉推不动奔驰宝马，就说奔驰宝马不如他的独轮推车；
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尤总理解不了双塔流程，就说双塔流程错了。

Sunqh

尤总的“下塔不是初级精馏塔”，正如“口腔不属于消化系统”一样是谬论！下塔既是空气热泵转换器，也是一个初级精馏塔，这并不矛盾。

下塔精馏已经得到了进下塔精馏空气总量45%的纯氮气，这样上塔只需要完成余下物料的精馏，所需功耗当然降低。需要分离的空气量相同时，尤氏单塔所需回流液氮量比正常空分的上塔更多，所需回流液氮多，能耗就高。
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尤总只能忽悠一下对空分一点都不会的厦大教授这些人，忽悠不了法液空杭氧川空开空西安交大权威教授等。

Sunqh

如果要让完全不了解空分的人设想一种空气精馏分离的流程，我敢说十之七八能想出的都只是尤总的这种流程，而不是更复杂更高效的双塔流程。能想出尤总这种流程的是平常人，能想出双塔流程的才是天才。或许外行看不出两种流程孰优孰劣，但内行都知道尤氏单塔比双塔流程差太远了！