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使用热虹吸再沸器，精馏塔塔釜容积该怎样设计？
项目里有一精馏塔，使用外置的热虹吸再沸器，按再沸器循环流量塔釜的存液量只够3.5min。向请教虫友们塔釜容积是否设置的太小？应该怎样设计合适？
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随时随地聊科研【讨论】我们对精馏塔模拟的优化的目的是什么呢？_百度知道更多公众号：peiyinghuagong技术交流最新文章相关推荐对这篇文章不满意？您可以继续搜索：百度：搜狗：感谢您阅读【专业】精馏塔的操作你必须熟悉，本文可能来自网络，如果侵犯了您的相关权益，请联系管理员。QQ:金 山 油 化 纤
采用中间再沸器的精馏塔热力学分析
曹正芳 浦伟光
(华东理工大学石油化工学院,上海,201512)
合理地设置和使用中间再沸器可以有效地降低精馏的操作费用。通过对精馏塔进行热力学分析发现,设置中间再沸器后,精馏塔热效率较常规精馏塔均有不同程度的提高。
关键词: 精馏塔 中间再沸器 热效率
精馏是石油、化学工业中应用最为广泛的分离技术,但其能耗很大,在美国,精馏耗能约占化学工业耗能总量的三分之一或更多,相当于全美工业耗能的3%[1]。因此,减少精馏操作的能耗,一直是实践和科学研究的热门课题。采用中间再沸器是精馏过程节能的一种有效方法。
精馏塔从塔底至塔顶温度下降。对于高温塔,如设置中间再沸器,则可以应用温位较低的加热剂;而对于低温塔,塔底再沸器本身就是一种回收冷冻量的手段,如设置中间再沸器,则可以回收温度更低的冷量,有利于提高精馏塔的热效率。
但在实际的生产应用中,中间再沸器的设置往往是通过实际经验确定。本文将从热力学角度出发,分析不同的条件下采用中间再沸器对热力学效率的影响,这将对再沸器的合理运用具有一定的指导意义。
程有相当的热力学不可逆性。如果在精馏塔的提馏段设置中间再沸器,操作时,将下降的液相引
出,经中间再沸器加热,部分汽化后回到塔内,其流程见图1。最小回流比时的相图如图2。从图2中可以清楚地看到,将精馏段B点的液相引出塔外,经再沸器加热,部分气化后回到塔内,如图2中C点,C点对应的汽液两相互成平衡。因此,中间再沸器的设置使提馏段操作线由直线AE调整为ABCE,操作线向平衡线靠拢,提高了塔内分离过程的可逆性,精馏热效率增大。
2 中间再沸器
在精馏塔中,传质的推动力可以用操作线与平衡线之间的距离表示。两线的距离越近,推动力越小,热力学不可逆性程度越小,热效率越高。当操作线和平衡线完全重合时,所需塔板数为无限多,即为可逆精馏,有效
损等于零。在实际操
,图1 设置中间再沸器的提馏段流程
收稿日期:。
作者简介:曹正芳,女,1965年7月出生,讲师,毕业于华东理工大学化学工程专业,硕士,主要从事化工分离与节能的教
金 山 油 化 纤
根据质量、能量守恒及汽液平衡原理,简化得到精馏塔的热效率:
-[xFlnxF+(1-xF)ln(1-xF)]
[qFV??-L?B+(1-qF)LB]lnA
(4)从上式可知,采用再沸器后的热效率与原料液的进料浓度xF、进料热状况qF、及物系相对挥发度A等有关。为简化计算,对两种特殊进料热状况:饱和液体进料(qF=1)及饱和蒸汽进料(qF=0)进行讨论,并与常规精馏塔的热效率[5]进行
图2 精馏操作的x-y图
图3为饱和液体进料时,热效率与A的关系曲线。由图3可知,若原料液为饱和液体,低浓度进料时,设置中间再沸器后,在A值较大时热效率较常规塔有所增加;高浓度进料时,设置中间再沸器后,热效率随A值增加而缓慢上升;而且随A值增大,热效率增大的趋势加剧,所以在A较大时,设置中间再沸器节能效果更加明显。
3 热力学分析
为使设置再沸器的精馏过程获得最大的热效率,对精馏塔进行热力学分析。为简化计算,作以下假定:
1)每层塔板上汽液两相充分混合,离开塔板的汽液两相保持平衡,温度和浓度分布均一;
2)忽略热损失和热容变化,各组分的潜热均一并保持恒定;
3)中间再沸器完全可逆,入和流出精馏塔的物料
损为零,只考虑流
4)离开中间再沸器的汽液两相互成平衡;5)物系为理想的二元物系,精馏后塔顶、塔底得到纯组分。
对理想物系,根据热力学原理,精馏塔的热效率
图3 饱和液体进料时热效率与A的关系
)采用中间再沸器,,无中间再沸器$)xF=011;o)xF=015;t)xF=019
式中:G为热效率,Wmin为精馏过程的最小功,Q为精馏过程所需的总能量。
Wmin=-RT0[xFlnxF+(1-xF)ln(1-xF)]
Q=$HT0[-]dq-0TTA
LRT0ln[?]dq
qIR图4为饱和蒸汽进料时,热效率与A的关系曲线。由图4可知,若原料液为饱和蒸汽,低浓度进料时,设置中间再沸器后,热效率几乎没有改
变;高浓度进料时,设置中间再沸器后,在A较低
时,热效率较常规塔有明显增加,A达到一定值后热效率增加值随A增大而下降,所以在A较低时,设置中间再沸器节能效果更加明显。
在实际工业生产中,一般中间再沸器的热负荷占再沸器总负荷的30%~40%。表1为乙烯装置各塔中间再沸器负荷分布情况[6]。
,其中:R为通用气体常数,$H为摩尔汽化潜热,L?为提馏段液相流率,qF、qIR分别为原料液和离开再沸器物料的热状况参数;TA、T0分别为易挥发组分的冷凝温度、参考温度,xF为原料液摩
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器可节省电能为960kW1h;对于脱丙烷塔,每生产1kg乙烯能耗降低150kJ;脱丁烷塔能耗降低75kW。因此,合理地设置中间再沸器可以有效
地降低精馏的操作费用。
在分离任务一定的情况下,常规精馏塔塔釜再沸器的供热量等于设有中间再沸器的精馏塔塔釜再沸器与中间再沸器供热量之和。设置中间再沸器前后,所需要的总的热负荷不变。只是在设置中间再沸器后,部分热量可以采用低于塔底再沸器的廉价的废热蒸汽提供,塔的热能有效降级,这使得热效率提高。对于给定的精馏塔,通过合理设置和使用中间再沸器,可以提供最大的热效率、达到最大的节能效果。
1 AgrawalR,D1MichaelHerron1IntermediateReboilerandCondenser
ArrangementforBinaryDistillationColumns[J]1AIChEJounual):
2 TaprapR,MIshida1GraphicExergyAnalysisofProcessesinDistilla-tionColumnbyEnergy-utilizationDiagrams[J]1AIChEJ):1633
3 SKauchaliC,McGregorD1Hildebrandt1Binarydistillationre-visited
usingtheattainableregiontheory[J]1ComputersandChemicalEng-ineering,[J]-237
4 AgrawalR,D1MichaelHerron1EfficientUseofanIntermediateRe-boilerorCondenserinaBinaryDistillation[J]1AIChE):
5 RakrshAgrawal,D1MichaelHerronOptimalThermodynamicfeedcon-ditionsfordistillationofidealbinarymixtures1AIChE):
6 王汉松等1乙烯装置技术[M]北京:中国石化出版社,1994:
图4 饱和蒸汽进料时热效率与A的关系
)采用中间再沸器,,无中间再沸器$)xF=011;o)xF=015;t)xF=019
表1 乙烯装置各塔的中间再沸器负荷分布 (%)
塔名脱甲烷塔脱乙烷塔乙烯塔 丙烯塔 脱丙烷塔脱丁烷塔
中间再沸器负荷/提馏段加热总负荷
ThermodynamicAnalysisofDistillationColumnswithIntermediateReboilers
CaoZhengfang PuWeiguang
(EastChinaUniversityofScienceandTechnology,PetrochemicalInstitute,Shanghai,201512)Absteact
Theproperconfigurationanduseofintermediatereboilerscaneffectivelyreducetheoperationcostofadistilla-tionsystem1Thethermodynamicanalysisofdistillationcolumnsshowsthatthethermodynamicefficiencyofdistilla-tioncolumnswithintermediatereboilershasbeensomewhatimprovedcomparedwiththatofconventionalones1Keywords:distillationcolumn,intermediatereboiler,thermodynamicefficiency
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