膜蒸馏过程强化及优化技术研究进展【蒸馏技术的强化与节能】
摘要蒸馏技术是当代工业应用最广的分离技术。因此,介绍蒸流过程的基本原理、蒸馏技术的强化与节能,简述我国蒸馏技术强化与节能的发展方向。 关键词蒸馏技术;蒸馏原理;蒸馏强化;蒸馏节能
中图分类号O4-0文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)032-0106-01
蒸馏技术是化学工业的首选分离技术,200多年前就已经被广泛应用。1813年由法国的Cellier-Blumental建立了第一个连续蒸馏竖塔,1820年技术师Clement最早将填料应用在酒精厂中,Perrier于1822年在英格兰引进了早期的泡罩塔板,Coffey于1830年发明了筛板塔……随着经济全球化和工业的迅猛发展,各相关学科的相互渗透以及蒸馏学科本身的发展,蒸馏技术正逐步向蒸馏装置大型化、过程强化、节能和环保方向迈进。
1蒸流过程的基本原理
蒸流过程是利用混合物中各组分的挥发度不同而进行分离的。一般在蒸馏塔内进行气液相的接触分离过程,蒸馏塔内装有提供气液两相逐级接触的塔板,或连续接触的填料。挥发度较高的物质在气相中的浓度高于液相中的浓度,借助于多次的部分汽化及部分冷凝,达到轻重组分的分离。
待分离的原料经过预热达到一定温度后进入塔的中部。由于重力,液体在塔内自上而下流动,由于压力差,气相则自下而上流动,气液两相在塔板或填料上接触。液体到达塔釜后,一部分被引出成为塔釜产品,另一部分经再沸器加热汽化后返回塔中作为气相回流。蒸汽到达塔顶后被冷凝,一部分冷凝液作为塔顶产品引出,另一部分作为液相回流返回塔中。由于挥发度不同,液相中的轻组分转入气相,而气相中的重组分则进入液相,在两相中发生物质的传递。结果是塔顶得到轻组分,塔釜得到重组分,使轻、重组分得以分离。
2蒸馏技术的强化与节能
随着石油化工、化学工业、环境化工等领域的不断发展与兴起,使得蒸流分离过程的大处理量、连续化操作优势得以充分发挥。但蒸馏是高能耗的分离过程,在大型工业化生产过程中无法避免的遇到产品高纯度与高能耗的矛盾,蒸馏技术的强化与节能显得尤其重要。
2.1蒸馏技术的强化
化工强化强调在生产能力不变的情况下,在生产和加工过程中运用新技术和设备,极大地减小设备体积或者极大地提高设备的生产能力,显著提高能量效应,大大减少废物排放。强化蒸馏和传质过程的主要途径有如下几方面:
1)通过改进设备结构,利用高效塔板、规整填料、和散装填料(如为改善两相流动和接触发展出的新型规整填料和喷射式并流填料塔板)等新型塔内件。
2)引入质量分离剂(包括催化剂、反应组分、吸附剂、有机活性组分、无机电解质等)的各种耦合蒸馏技术。
3)通过活化剂强化精馏技术,活化剂的种类大致有以下几种:芳烃浓缩物、表面活性物质、复合活化剂、低分子醇等小分子化合物、合成高分子聚合物。
4)引入第二能量分离剂(如磁场、电场和激光)。
2.2蒸馏技术的节能
蒸馏过程的能耗巨大,因此,蒸流过程的节能尤为重要。一般来讲,考虑节能时,考虑的范围越广、越全面,总的节能效果越好。蒸馏技术节能的途径主要如下:
2.2.1采用新技术,改进工艺过程
改进工艺过程是蒸馏装置节能的要手段,包括改进工艺生产流程,采用节能新工艺、新技术等内容。如热耦蒸馏、压差蒸馏等。
2.2.2采用新型、高效、低耗设备降低能耗
包括对塔内件进行改造,改善分流效率。如应用新型塔板、新型流线型填料或其符合形式提高分离效率,降低能耗;实用新型换热器提高热回收率。如优化设计的折流杆换热器、不易结垢的流化床换热器以及焊接式等紧凑型高效节能换热器等;应用新型节能燃烧器、磁化器等提高加热炉效率。
2.2.3流程节能
多组分分离顺序的选择是分离过程中常遇到的问题。在分离多组分混合物时,要对分离塔进行排序。采用多段进料、侧线采出、侧线汽提和热耦合等方式所构成的复杂塔及其塔系能很好的实现节能。
2.2.4系统节能(“夹点技术”)
系统节能的理论和方法是在过程系统和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透的基础上产生的。系统节能是相对局部节能而言的,是指从整个系统全局考虑能量的转换、回收、利用等。
2.2.5加强监控,优化操作
如计算机监控与管理,改善操作条件等。一方面是通过控制,减少因工况波动等因素造成的分离不足,从而减少能量损失。另一方面,为了节能,回收利用各种余热,物流之间和设备之间的相互联系牵制加强了,使得生产操作弹性缩小,并通过控制系统进行协调操作。
3结束语
进一步发展,我国应致力于设备体积、产业化周期、能耗、物耗和环保等方面强化蒸馏,应用现代蒸馏理论和技术,使用计算流体力学、三维设计等科技手段来解决蒸馏装置大型化中的气液分布问题、液面梯度问题、大型设备的研制问题、大型支撑结构的强度和刚度问题、长周期、可靠性等问题,以实现节能、降低成本,提高国际竞争力。
参考文献
[1]潘家祯.过程原理与装备[M].北京:化学工业出版社,2008.4,P154-159.
[2]柴诚敬.化工原理下册[M].北京:高等教育出版社,2006.1,P87-142.
[3]李鑫钢.现代蒸馏技术[M].北京:化学工业出版社,2009.1,P1-14.
作者简介
李沛虹(1988-),女,汉族,山西晋中人,中国矿业大学化工学院过程装备与控制工程专业。
赵彩俊(1988-),女,汉族,山西晋中人,中国矿业大学矿业工程学院工业工程专业。