化工节能中的热泵精馏工艺流程分析许维秀1,朱圣东2,李其京1(1�荆门职业技术学院化工系,湖北荆门448000;2�武汉化工学院,湖北荆门430073)摘要:介绍了几种典型的精馏热泵流程,分析了它们的特点、应用条件及节能效果,供进行热泵精馏可行性设计时参考。关键词:热泵;精馏;节能中图分类号:TQ051�5;TQ028�1+3�文献标识码:A�文章编号:1004-7948(2004)10-0019-04��化工行业是能耗大户,其中精馏又是能耗极高的单元操作,而传统的精馏方式热力学效率很低,能量浪费很大。在今天能源价格不断上涨的情况下,如何降低精馏塔的能耗,充分利用低温热源,已成为人们普遍关注的问题。对此人们提出了许多节能措施,通过大量的理论分析、实验研究以及工业应用表明其中节能效果十分显著的便是热泵精馏技术。热泵精馏是把精馏塔塔顶蒸汽加压升温,使其用作塔底再沸器的热源,回收塔顶蒸汽的冷凝潜热。热泵精馏在下述场合应用,有望取得良好效果:(1)塔顶和塔底温差较小,因为压缩机的功耗主要取决于温差,温差越大,压缩机的功耗越大。据国外文献报导,只要塔顶和塔底温差小于36�,就可以获得较好的经济效果。(2)沸点相近组分的分离,按常规方法,蒸馏塔需要较多的塔盘及较大的回流比,才能得到合格的产品。而且加热用的蒸汽或冷却用的循环水都比较多。若采用热泵技术,一般可取得较明显的经济效益。(3)工厂蒸汽供应不足或价格偏高,有必要减少蒸汽用量或取消再沸器时。(4)冷却水不足或者冷却水温偏高、价格偏贵,需要采用制冷技术或其他方法解决冷却问题时。(5)一般蒸馏塔塔顶温度在38~138�之间,如果用热泵流程对缩短投资回收期有利就可以采用,但是如果有较便宜的低压蒸汽和冷却介质来源,用热泵流程就不一定有利。(6)蒸馏塔底再沸器温度在300�以上,采用热泵流程往往是不合适的。以上只是对一般情况而言,对于某个具体工艺过程,还要进行全面的经济技术评定之后才能确定。根据热泵所消耗的外界能量不同,热泵精馏可分为蒸汽加压方式和吸收式两种类型。1蒸汽加压方式[1~6]蒸汽加压方式热泵精馏有两种:蒸汽压缩机方式和蒸汽喷射式。1�1蒸汽压缩机方式蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接压缩式、分割式和塔釜液体闪蒸再沸式流程。1�1�1间接式当塔顶气体具有腐蚀性或塔顶气体为热敏性产品或塔顶产品不宜压缩时,可以采用间接式热泵精馏,见图1,它主要由精馏塔、压缩机、蒸发器、冷凝器及节流阀等组成。这种流程利用单独封闭循环的工质(冷剂)工作:冷剂与塔顶物料换热后吸收热量蒸发为气体,气体经压缩提高压力和温度后,送至塔釜加热釜液,而本身凝结成液体。液体经节流减压后再去塔顶换热,完成一个循环。于是塔顶低温处的热量,通过冷剂的媒介传递到塔釜高温处。在此流程中,制冷循环中的冷剂冷凝器与塔釜再沸器合为一个设备。在此设备中冷剂冷凝放热而釜液吸热蒸发。间接式热泵精馏的特点是:(1)塔中要分离的产品与冷剂完全隔离;(2)可使用标准精馏系统,易于设计和控制;(3)与塔顶气体直接压缩式相比较,多一个热交换器(即蒸发器),压缩机需要克服较高的温差和压力差,因此,其效率较低。考虑到工质的化学稳定性,间接式热泵精馏应用的温度范围限制在130�左右,而许多有机产品的精馏塔却在较高的温度下操作。与普通制冷剂相比,水的化学和热稳定性好,泄漏时对人和臭氧层无负效应,价格便宜,而且具有极好的传热特性,在热�19�2004年第10期(总第267期)�����������节���能ENERGYCONSERVATION����������������������交换中所需的换热面积较小,特别适合精馏塔底温度较高的精馏系统。表1是以水为工质,用间接式热泵精馏分离乙苯-对二甲苯的节能结果。虽然单独工质循环式热泵精馏比常规精馏的总投资费用大,但回收期短,一般在一年之内。图1�间接式热泵精馏流程图���图2�塔顶气体直接压缩式热泵精馏流程图���图3�分割式热泵精馏流程图表1�不同热泵精馏流程处理乙苯-对二甲苯溶液的节能及经济效果耗能及费用常规精馏塔顶直接热泵精馏间接式热泵精馏蒸汽/t�h-12600电/kW013501550冷却水/m3�h-11400120140蒸汽/元�h-1507020电/元�h-1087�75100�75冷却水/元�h-145�54�94�55总操作费...
