精馏工段文献综述

吉林化工学院化工与生物技术学院

课程设计文献综述

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吉 林 化 工 学 院

Jilin Institute of Chemical Technology

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1前言

填料塔技术用于各类工业物系的分离,虽然设计的重点在塔体及塔内件等核心部分,但与之相配套的外部工艺和换热系统应视具体的工程特殊性作相应的改进。例如在DMF回收装置的扩产改造项目中,要求利用原常压塔塔顶蒸汽,工艺上可以在常压塔及新增减压塔之间采用双效蒸馏技术,达到降低能耗、提高产量的双重效果，在硝基氯苯分离项目中;改原多塔精馏、两端结晶工艺为单塔精馏、端结晶流程,并对富间硝基氯苯母液进行精馏分离,获得99%以上的间硝基氯苯,既提高产品质量,又取得了降低能耗的技术效果。

综合考察各分离过程的优缺点：分离技术就是指在没有化学反应的情况下分离出混合物中特定组分的操作。这种操作包括蒸馏，吸收，解吸，萃取，结晶，吸附，过滤，蒸发，干燥，离子交换和膜分离等。利用分离技术可为社会提供大量的能源，化工产品和环保设备，对国民经济起着重要的作用。

为了使填料塔的设计获得满足分离要求的最佳设计参数(如理论板数、热负荷等)和最优操作工况(如进料位置!回流比等),准确地计算出全塔各处的组分浓度分布(尤其是腐蚀性组分)、温度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分离技术。而且,20世纪80年代以来,以高效填料及塔内件为主要技术代表的新型填料塔成套分离工程技术在国内受到普遍重视。由于其具有高效、低阻、大通量等优点,广泛应用于化工、石化、炼油及其它工业部门的各类物系分离。

2 国内外研究现状

2.1我国酒精精馏技术发展背景

食用酒精新标准的颁布实施 国家有关部门根据我国酒精生产企业生产状况，并参照目前国际上发达国家的酒精质量标准，决定修订我国现有的酒精产品质量的国家标准，新的食用酒精标准于2012年9月1日实施。新标准中的各项杂质指标与原标准相比都有一定的改善，新增的特优级酒精产品的指标与目前发达国家食用酒精标准接轨，可直接用于各种高级饮料酒的勾兑。从长远看，修订后的国家酒精产品的质量标准，将促进我国各酒精企业的结构调整，提高酒精产品的总体生产技术水平，增强中国酒精企业参与国际市场的竞争能力。

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2.1.1车用燃料乙醇汽油的推广使用

随着人们对全球性能源危机认识的不断加深及环境保护意识 的不断加强，从20世纪70年代中期开始，利用生物技术和可再生资源（生物源）进行乙醇的工业化生产，并以此作为石油能源的替代物成为各国的研究热点。

作为国家的一项战略性举措，我国推广使用车用乙醇汽油的工作已全面启动。2001年4月颁布了《 变性燃料乙醇》及《车用乙醇汽油》两项国家标准，并准备在哈尔滨、肇东和郑州等地进行试点。

2.2我国酒精精馏生产技术现状

从总体技术水平来看，我国酒精企业在酒精分离提纯生产技术及生产规模上存在着较大的技术差距。酒精年生产能力在3万吨以下的有几百家，其特点为：

（1） 整体技术水平不高。多数酒精生产企业仍采用的是小型间歇发酵、多塔常压精馏等落后技术，能耗和物耗较高，酒精产品质量只能勉强达到新国标的普级水平，与酒精清洁生产工艺有较大差距。

（2） 生产规模小。单套酒精分离装置的年生产能力通常小于3万吨，由于受生产规模不合理的限制，无法实现合理的综合利用，影响了生产企业的综合效益，市场份额在逐步缩小。

（3） 酒精产品单一，无法满足日益发展的市场需求。

（4） 无水酒精生产技术主要采用传统的共沸精馏技术，生产过程中使用最多的溶剂主要是苯、环己烷、乙二醇、汽油等，特殊精馏过程能耗较高，此类技术用于燃料乙醇的生产是不经济的。 近年来随着采用先进的酒精精馏技术的（华润酒精、山东九九及吉林天合农产品等）企业的建成投产，促使我国酒精精馏技术发生了革命性的变化，其特点：

（5）生产技术工艺先进。采用多效热耦合技术及精密精馏技术，能耗和物耗较低，酒精产品质量达到了优级甚至特优级的水平，较好地实现了酒精副产品的综合利用及酒精生产的清洁工艺，生产企业的总体效益提高，为企业的持续发展创造了条件。

（6） 生产规模大。华润酒精和山东九九公司的酒精装置的生产能力分别达到了年产24万吨和50万吨，酒精生产能力已占据我国酒精生产能力的半壁江山，市场份额在逐步扩大。

（7） 产品品种多。通过调整工艺参数，可生产普级、优级、特优级酒精产品，有的企业还可以生产无水乙醇和燃料乙醇，因此有较强的市场竞争能力。

（8）无水酒精生产技术主要采用吸附脱水技术。该技术投资 少，操作成本低，适合于大规模燃料酒精的生产，已建成了年产50万吨燃料酒精生产装置。

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2.3酒精精馏生产技术的新进展

在酒精生产工艺流程中，精馏过程具有举足轻重的地位，它不 但决定了最终酒精产品的质量，而且控制着产品收率及公用工程消耗，堪称酒精生产过程的关键技术。近20年来，随着化学工程技术的发展，高效精馏技术取得了长足进步。国外的酒精生产企业已经开始采用热耦合及精密精馏技术，实现了产品质量的提高及能耗的降低，大幅度地提高了酒精生产的技术水平。随着我国超大规模酒精生产装置的建设投产，当代化工技术进步成果在酒精分离提纯技术设计中被广泛采用，酒精分离提纯工艺及装备取得了空前进步。

2.3.1高效精密精馏技术的采用

在化工生产过程中，所处理的物料几乎都是由若干组分组成 的混合物，而且其中大部分为均相物系，蒸馏是分离混合物的典型操作单元。对一般较易分离的物系或分离要求不高时可以采用简单蒸馏或闪蒸，较难分离或组分纯度要求高时通常采用精密蒸馏技术或特殊精馏技术。

在酒精生产过程中，由发酵单元提供的成熟发酵醪液组分非常复杂，除目标组分乙醇外，尚含有几十种其他组分，构成了复杂的被分离体系。该体系的杂质主要由醇、酯、醛及酸组成，具有非常强的非理想性，可形成多种共沸物。另外酒精产品特别是食用酒精对除水以外的各种杂质的要求又比较苛刻，分离过程不同于石油炼制过程，产品通常按馏分分离，产品的初馏点与干点温差几十度或更高，分离精度高，不能用简单的采出温度控制。根据新颁布实施的酒精产品国家标准 GB10343-2000， 特优级产品中甲醇等杂质指标要控制在几个ppm以下。在实际生产过程中，要求有效地去除杂质的同时，又要获得最大的产品收率，这就要求各个精馏塔有较高的分离要求和较好的除杂功能。根据所处理物性特点和工艺要求，选择高效的板式塔和填料塔，合理地设置精馏单元的数量，保证各种不同杂质的有效移出，最大限度地提高分离效率和产品收率。下面介绍一下酒精高效分离塔设计选型特点。

（1）高效塔盘的设计。在超大型酒精精馏装置制造设计过程中，精馏塔的设计塔径通常较大，解决大塔径精馏塔的放大效应，降低工程造价，是超大型酒精精馏装置制造设计过程中亟待解决的问题。在大塔径设计方面，借鉴近年来塔盘设计制造技术的发展成果，开发设计出适合酒精分离提纯工艺的复合塔盘，结合严格的工艺设计，塔板效率可达到@AB，成功地解决了超大直径塔盘设计制造中存在的滞留区较大、界面落差大、板效率低等问题。

（2） 高效填料塔技术的采用。在传统的酒精精馏过程中，填料塔极少采用。具有新型塔内件的规整填料塔，由于高效、大通量、放大效应不明显等技术优势，越来越多

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地在工业生产的净化、分离等单元操作中应用，大有取代传统填料塔及部分板式塔之势。 2.3.2高效填料塔和板式塔的复合结构的采用

气液传质设备的种类较多，按气液接触基本构件特点分类，在 工业装置中普遍应用的主要是高效填料塔和板式塔。根据工艺要求，结合规整填料塔和板式塔优缺点，在设备设计过程中扬长避短，采用规整填料塔和板式塔复合结构，使精馏单元的分离能力、侧线采出设置的准确性及设备的可靠性均得到极大的提高，降低了制造费用和操作费用。 2.3.3热耦合精馏技术的采用

热耦合精馏技术及换热网络合成技术近年来得到较为迅速的 发展。该技术的主要目的就是最大程度地利用生产过程中可利用的能源，有效地降低生产过程中的能量消耗，从而实现降低产品成本的目的。

在传统的酒精生产工艺中，精馏过程所消耗的蒸汽及冷却水量在总消耗量中占有很大的比例，所消耗的蒸汽量达到7.0t/t产品。酒精产品是微利产品，降低公用工程消耗是降低成本、提高效益的重要措施。而通过采用热耦合精馏技术，通过调整各塔的操作条件，尽可能最大地利用各流股之潜在热能的多效利用，从而最大程度地降低了精馏过程中的蒸汽及冷却水耗量，蒸汽耗量可以降至2.8t/m(<特优级酒精。可见节能效果之显著。

2.3.4 全流程过程模拟及仿真技术的采用

在酒精精馏流程中的每个精馏单元都具有独特的功能及特 点，需要非常准确的数学模型及热力学数据来完成模拟计算及设计任务。在总体工艺流程设计方面，在要求有效地去除杂质的同时，又要获得最大的产品收率，从而造成流程中存在多个循环流股，同样对全流程的模拟计算及设计工作带来很大的难度，需要很高的过程模拟水平、热网络合成技术及丰富的工程经验。

天津大学石油化工技术开发中心利用其强大的化工流程模拟软件及丰富的模拟计算经验，采用严格的数学模型及专用热力学数据包，成功地实现了酒精精馏装置的全流程模拟计算及仿真。并在此基础上完成了多方案比较及流程优化工作，实现了全流程及每个单元设备的最优化设计，提出了近于完美的高纯酒精差压精馏技术软件包，成功拥有了具有独立知识产权的酒精分离技术。

2.4我国已具备自主建设大规模酒精精馏生产装置的能力

我国目前已具备采用自主知识产权技术，建设大规模酒精生 产装置的能力。采用国产化技术建成的大规模酒精生产装置，有：华润酒精实业有限公司年产10万吨燃料酒精

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