化工生产中精馏操作影响因素分析及节能技术.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 26 日 作者简介：段艳芳（1994），女，汉族，河南三门峡人，硕士研究生，盘锦职业技术学院，助教职称，研究方向为化工生产过程的单元操作技术与工艺。-69-化工生产中精馏操作影响因素分析及节能技术 段艳芳 盘锦职业技术学院，辽宁 盘锦 124000 摘要：摘要：化工产业是我国国民经济的重要组成部分，在当前科技技术不断创新与发展的背景下，我国的化工产业建设得到了极大程度的提升。而精馏操作作为化工生产中的关键步骤，却由于诸多影响因素的限制而难以保障操作效果，也存在着较为严重的能耗问题。因此，本文将着重对化工生产中精馏操作的影响因素进行分析，同时对其节能技术思路进行探究，旨在能够为相关工作带来一定的参考。关键词：关键词：化工生产；精馏操作；影响因素；节能 中图分类号：中图分类号：TS761 0 引言 精馏指的是将混合物进行分离的过程，由于其中各个组分的挥发度存在的差异性，通过精馏塔来开展精馏操作，让气体与液体能够逆流相接，利用其产生的热量来实现各个组分的有效分离。而在实际情况下，在精馏分离的过程中会因为温度、压力等各方面原因，造成严重的能源消耗问题。为保障工业生产效益，需要对精馏操作的影响因素进行分析，并采取合理的节能技术，进而提升整体生产效益水平。1 化工生产中精馏技术的应用 在化工生产中，精馏技术的应用非常广泛。需要先准备好需要分离的原料，以及进行初步处理的辅助原料，并将其加入到精馏塔中利用塔内不同位置的温度和压力变化，使原料中的不同组分分离出来。之后再将冷凝后的液体一部分回流到塔中，以帮助分离出更多的组分，并将不同位置得到的液体进行收集，得到需要的组分，对其进行脱水处理，并对所得产品进行检验，在达到检测标准之后才可进行接下来的操作。而在具体的应用过程中，精馏操作的分离作业并非一次就能够得到所需物质，该过程需要与其他单元操作相配合，如萃取、吸收、吸附、膜分离等，并与多种混合物进行数次混合，通过物理反应来进行逐步分离，在混合的过程中各类物质的化学特性也会逐一体现出来，进而达到更好的分离效果。同时，精馏技术的节能减排和高效利用能源也是未来发展的重要方向。精馏技术操作也可基于工艺差别而进行进一步的细分，不同精馏操作的优缺点也不尽相同，适用领域以及生产环节也具有一定的差别，因此需要根据化工生产的实际情况来合理选择操作工艺，在确保混合物分离效果以及整体生产质量水平的基础上，积极迎合化工生产发展趋势，进而保障整体生产效益水平。目前来看，直接塔顶式热泵精馏与间接式热泵塔顶精馏是当前化工生产中最为常用的化工生产精馏方式。直接塔顶式热泵精馏指的是利用塔顶气体的热泵精馏工艺方式。经过压缩机设备压缩之后，塔顶气体温度升高，并进入到精馏塔塔底的再沸器之中。而冷凝液通过节流阀减压降温之后，部分会作为精馏塔顶的回流，而还有一部分则直接作为产品出料。该方式需要保证塔顶与塔底温度维持在合理区间，尽量保持接近，如果分离物质因为沸点过于接近而难以实现有效分离，则需要采用较大的回流比，而这则会增加加热蒸汽的消耗量，同时还需要确保低压运行的情况下，使用冷冻剂来进行有效冷凝；间接式热泵精馏主要指的是有较高热敏性气体或是腐蚀性气体到塔顶其体内的情况下所采用的热泵精馏方式，其主要是由蒸发器、节流阀、冷凝器以及精馏塔压缩机等构成。在实际生产环节采取独立的封闭循环冷气来实时作业，冷气能够与气体物料交换热量，同时将热量蒸发的气体吸收，压缩气体后使得其压力升高。通常来中国科技期刊数据库 工业 A-70-说，在间接式热泵精馏操作的过程中，其内部的精馏工质为水，并且塔内热交换的交换面相对较小，不需要使用到制冷剂，利用水本身的导热性能即可满足工艺操作要求，因此能够有效降低化工生产成本，只要适用于塔底温度较高的精馏系统中。当然，精馏技术也会因为操作工艺的不同而进行进一步划分，例如特殊精馏、平衡精馏、简单精馏等也是化工生产中较为常见的工艺，不同的精馏技术也具有相应的优缺点，并适用于不同的生产环节或者领域之中，以简单精馏为例，其主要适用于易于分离的生产工艺操作之中，但是针对于需要耗费长时间才能实现分离的工艺操作，简单精馏很难发挥出实际作用，通常需要使用特殊精馏的方式，通过控制压强来确保精馏操作的整体效率水平，实现针对性的操作效果。而特殊精馏还可以细分为加压、减压、常压等方面，其中，常压蒸馏能够适用于一般的化工生产流程。如果常压蒸馏不能有效地分离混合物，并且很难满足工艺操作的要求，则有必要根据实际情况进行针对性的压力操作处置。此外，在化学生产过程中可能存在高沸点的情况。应根据实际情况进行充分的减压，以有效降低沸点，确保蒸馏操作的有效性。总而言之，精馏技术需要根据化工生产的实际情况来进行针对性的选用，应当在保障混合物分离效果的同时，控制好操作工艺的性价比，并尽可能降低精馏操作的能耗问题，进而提升整体生产效益水平。同时还需要积极使用先进技术手段，不断改善精馏操作系统，提升操作效率水平的同时，解决能耗问题的弊病，以落实节能生产的目的。2 化工生产中精馏操作的影响因素 2.1 进料量以及塔顶回流 塔顶进料速率和回流对蒸馏效果的影响较为明显。一般情况下，在化工生产过程中，应当严格按照操作规程进行操作，确保进料速率能够满足生产工艺规范，确保混合物分离的整体效果。进入蒸馏塔的原料组分应根据具体生产要求和控制压力、温度等相关生产参数进行添加。如果混合原料的成分发生变化，则不可避免地会对整个蒸馏过程的稳定性产生负面影响，难以保障物质分离效果。而塔顶回流也是确保精馏工艺生产稳定与效率水平的关键因素，需要在操作过程中精准控制塔顶回流比例，根据化工生产需求来进行合理设定，可以对冷凝器中的冷凝剂用量进行调整，以达到塔顶回流比例的有效控制。2.2 压力控制 压力控制是化工生产精馏技术操作中的重要参数之一，需要严格控制，以保障生产的稳定和产品的质量。上文说道，化工生产中的精馏操作需要借助精馏塔来进行混合物的有效分离，在保障工艺流程完善程度的基础上，尽可能降低技术能耗。而合理的压力控制就能够有效降低精馏操作过程中的能耗情况，并确保精馏的质量效率水平。而如果在精馏过程中出现压力不稳的情况，混合物质的分离势必会受到一定程度的影响，进而对化工生产的稳定性与精准性造成负面影响，因为压力的改变会影响每块塔盘上的气液平衡的组分，影响产品的质量和物料平衡，还会影响组分间的相对挥发度，从而影响分离效率。并且，压力的变化也会影响精馏塔的生产能力，增加压力会使组分的重度增大，从而增加了精馏塔处理的精密性以及有效性，严重情况下还可能会导致化工生产流程中止。2.3 温度变化 温度同样也是影响精馏技术操作的重要因素，需要在生产作业的过程中严格进行温度控制，尽量避免温度变化，以确保化工生产作业的整体效果，加强对工艺流程的管控，并需要根据实际情况进行细致的调整。在精馏过程中，如果物料的温度降低，精馏塔底部的热负荷则会因此而增加，并使精馏塔顶部的冷负荷降低，而一旦精馏塔内部的温度变化，那么物料的状态也会随之而发生改变，反应的条件同样也会发生变化，进而对反应结果产生很大的影响。此外，进料温度的变化也会影响蒸馏过程。当进料温度降低时，增加了蒸馏塔底部的热负荷，降低了塔顶冷凝器的冷负荷；当进料温度升高时，则会增加顶部冷凝器的冷负载，并降低了蒸馏塔底部的热负载。如果进料温度变化过大，会影响整个塔体的温度，从而改变气液平衡组成。3 化工生产中精馏操作的节能技术要点 中国科技期刊数据库 工业 A-71-3.1 精馏塔节能优化 精馏塔的节能优化能够有效提升对进料量以及塔顶回流的管控，提升精馏操作稳定性与有效性的同时，为化工生产水平带来全面保障。具体来说主要可以从以下几个方面着手：首先需要对进料量进行精准把控，结合生产工艺要求来合理选择进料方式，尽可能提升混合物料的使用效率，可结合先进技术改进填料塔，其中填料是核心内部传质部件。其性能受到气液分布的均匀性和填料表面润湿程度的影响。为了不断创新填料塔，还应当根据其传质特点来进行填料分类，合理选择金属丝网与波纹，并按照特定的顺序进行排列，同时采用塔式热集成节能技术，可以有效降低制造过程的能耗，并将物料均匀分布到精馏塔的各个部分。同时，以物料的不同挥发性为依据，对物料进行更细致的分析，方便物料的集中回收；其次，针对于精馏塔中的冷凝器、再沸器等部分，也可以对其属性性能进行进一步的优化与改善，结合具体生产工艺需要来适当增减设备使用数量，进而有效提升溶液冷凝以及升华的效率水平。同时，还可以对热交换器进行优化，提高其自身的传热系数，从而加强对多孔管和波纹型高效换热器及元件优化，以促进换热系数的有效提高；最后，还需要合理调节精馏工艺操作流程，并结合具体生产需求来设定塔顶回流比例，可以适当减少塔顶采出量以增加回流比，同时可以增加塔顶冷剂的用量，以增加凝液量以及回流比，必要情况下可以采用强制回流措施，能够短暂地增加回流量，以增加回流比，但注意不得将回流贮槽抽空。3.2 协调压力控制 压力对于精馏操作的影响效果较大，需要在化工生产精馏操作的过程中协调好压力控制与相关因素之间的影响，确保压力控制效果的同时，提升各因素之间的配合效果，进而保障化工生产的整体效率。通常来说，压力的调节需要根据塔顶冷凝器的实际状态来进行针对性的操作，当塔顶冷凝器为部分冷凝器时，需要根据产气量调节塔压。其他条件不变时，气相产出量与塔压之间成反比例的关系，也就是说，气相产出量增加塔压则会下降，而气相产出量减少塔压则会升高；当塔顶冷凝器为全冷凝器时，则需要对塔压进行有效调节，从而实现回流液温度的调控。在其他条件不变的前提下，增加制冷剂用量，回流液温度降低，塔压降低，而制冷剂用量减少，回流液温度升高，塔压升高。此外，在压力协调控制的过程中还应当对温度因素予以重视，由于精馏工艺操作的过程中，精馏塔内部的液体混合物会维持流动状态，并与气体进行密切接触，以保障物质的分离效果。而合理的压力控制以及温度变化能够发挥出促进作用，而促进作用越强，能耗问题也就越为严重，因此为了能够达到节能效果，需要协调好压力控制与温度等各方面因素的关系，寻找出各个因素之间的平衡点，在确保生产质量效率水平的基础上，尽可能降低能耗，以提升化工生产综合效益。3.3 改善温度条件 温度变化也会对精馏操作的能耗情况带来影响，因此在操作过程中可以通过回流量来控制顶温，进而有效降低顶温。而在塔顶使用的冷剂在传热过程中有相变化时，可以采用冷剂的蒸发压力与顶温串级调节来控制顶温。蒸发压力降低，对应的蒸发温度也会降低，从而降低顶温。而如果塔顶的冷剂在传热过程中无相变化时，则可以冷剂流量与顶温串级调节来控制顶温，既可以改变回流量，也可以改变回流温度。而在干燥环节中，也需要落实节能技术要求，对温度变化进行严格管控，进而降低整体生产能耗，提升生产效益水平。干燥环节作为化工生产精馏操作中的重要环节，能够将混合物质进行有效的干燥处理，而根据物质特性的不同，干燥环节的操作也应当进行针对性的整改，在设备、工艺流程和外部条件方面也有不同的要求，可以有效地对化工生产中所需的混合原料进行干燥和预处理，并去除多余的水分，以确保混合物质的稳定性。因此，如果条件允许提高干燥介质的输入温度，加强干燥过程中的热量消耗的管控力度，并使干燥废气的热效率最小化，从而提升能源利用率。对于具有一定热敏性的混合材料原料，可以采用中间加热的方式，以确保干燥效果和整体工作效率。化学混合原料的干燥可以提高蒸馏技术的温度控制效果，以确保化学生产效果。中国科技期刊数据库 工业 A-72-4 结语 综上所述，精馏操作是化工生产过程中的重要环节，而在进料量、塔顶回流、温度、压力等不同因素的影响下，精馏技术操作效果以及能耗情况也会出现一定程度的变化，因此在使用精馏技术时，应当根据化工生产要求来进行合理调整，加强对各方面影响因素的协调，充分利用精馏塔内部的冷能与热能，进而降低精馏操作中的能耗问题，提升整体生产效益。同时还应当积极引用先进技术与设备，改善整体操作系统，科学调整精馏操作工艺流程，合理协调压力控制与各方面因素之间的平衡关系，同时改善温度条件，对干燥环节进行合理调节，进而提升化工生产效果，落实可持续发展目标。参考文献 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