精馏技术研究进展与工业应用分析 颜志明

精馏技术研究进展与工业应用分析颜志明

发表时间：2019-05-08T16:35:06.583Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：颜志明

[导读] 化学工业是国民经济的支柱产业，分离技术则为化工生产过程中的原料净化、产品提纯和废物处理等提供了技术保证。

浙江新化化工股份有限公司浙江杭州 311607

摘要：化学工业是当今国民经济发展的支柱型产业，分离技术是化工生产过程中保证对原料进行净化、对相关产品进行提纯、对产生的废物进行处理的支撑。伴随着科学技术的发展，化学工程中的分离技术呈现出多元化的发展趋势，精馏就是其中应用最广泛、技术最成熟的分离方式之一，在化工工业生产中扮演着重要角色。国家的精馏技术在研究和应用的过程中取得了极大进步，精馏塔在此技术发展的进程中，也体现出举足轻重的作用。

关键词：精馏技术；研究进展；工业应用

1、概述

化学工业是国民经济的支柱产业，分离技术则为化工生产过程中的原料净化、产品提纯和废物处理等提供了技术保证。随着化学工程技术的发展，分离技术逐渐向着多元化发展。常规的化工分离技术包括精馏、吸收、萃取、结晶、吸附、膜分离等。精馏仍是应用最广泛、技术最成熟的分离方法之一，在工业生产中占有相当的比重。

精馏塔伴随着板式塔和填料塔交替式发展，两者各有其优缺点，现呈现出并行发展的趋势。板式塔具有结构简单、适应性强、造价较低、易于放大等特点；填料塔具有高效率、高通量、低压降、低持液等优势。尽管随着精馏塔的广泛应用，人们对精馏塔的认识越来越深刻，但由于塔内部流体流动及传质过程的复杂性，致使精馏塔的设计仍依靠大量的经验和半经验的数据。塔内流体力学、传质动力学、过程动态学的计算等基础传递问题的研究仍需重视，尽可能地摆脱经验的束缚。同时，随着化学工业的发展，生产大型化、优化节能、高效填料与新型塔板的开发与应用等问题仍需探索。因此，对精馏塔的研究非但不能削弱，而是需要进一步加强，以迎接新的挑战。

近年来，我国精馏塔技术在基础研究与应用方面取得了巨大进步，对精馏塔的结构、性能等进行了较为系统的实验研究，并且获得了丰富的实验数据和研究成果，为推动我国化学工业的发展与进步，做出了显著贡献。本文对精馏塔类型、流体力学性能、传质性能、塔器大型化、过程节能与强化等方面的研究进展进行综述。

2、精馏塔的种类

精馏分离技术是通过精馏塔来完成的，精馏塔有板式塔和填料塔两种，在精馏技术的发展过程中，精馏塔和板式塔也都在不断发展之中，两种精馏塔都是十分重要的应用，各自也具有比较明显的优缺点。其中，板式塔的优点在于其结构简单、适应性强，而且造价比较便宜等；填料塔则具有较高的分离效率，并且还具有高通量、低压降和低持液等方面的优点。下面对这两种精馏塔进行介绍：

2.1板式塔

板式塔最早出现于1813年，当时泡罩塔板是最主要的板式塔的塔板形式，这种板式塔的优点包括具有较大的适用范围、不易堵塞以及操作简单等方面。而后随着板式塔的不断发展，筛孔塔板、浮阀塔板固阀塔板、雾化概念塔板等诸多不同类型的塔板相继出现，这些类型的塔板各具优势，有效的促进了板式塔分离效果的提升。

2.2填料塔

按照填料形式的不同，可以将填料塔分为规整调料以及散堆填料等两种类型。其中，散堆填料是一种具有一定外形结构的颗粒体，包括环形填料、球形填料、鞍形填料等不同的形式。不同的填料形式在特点上有所区别，如鞍形填料明显的特点是压降小，而球形调料由于堆积比较均匀，利于流体的分布，因此在气体吸收以及除尘等方面具有优势。规整调料是指具有规则的几何图形，并且堆砌整齐的填料。应用规整填料的填料塔具有分离效率高、处理量低、压降低以及适应性强等优点，在化学分离装置中有着非常重要的应用，在规整填料中，以Sulzer公司开发的金属丝网波纹规整填料和金属板波纹规整填料最具代表性。

3、精馏技术的发展

3.1塔器大型化

随着化工行业的发展，千万吨炼油、甲醇制烯烃等大型工程开始建设并且投入应用，这些工程的开展促进了精馏塔大型化的发展，这是现代工业体系下精馏塔发展的必然方向。精馏塔的大型化有助于提高设备的分离效率，同时对于减少废物排放也有重要的作用。但是一当前情况来看，精馏过程的大型化还面临着很多科学上以及工程上的问题。首先，分离方面，由于塔器的大型化，导致塔内气液两相的接触状态发生了一定的变化，从而对塔的热量、质量传递造成影响，并且导致了精馏塔分离效率的降低。而且，随着塔板的大型化，其对精馏塔的内件结构造成了一定的影响，要求其在水平度、强度以及流体分布等方面的性能都有所提升。当前针对塔器大型化带来的分离以及内件结构方面的问题，研究人员正进行深入的研究。

3.2数据化设计技术的发展

随着计算机技术和计算机流体力学理论不断的发展完善，数字化设计技术在精馏塔的设计之中起到越来越重要的作用，其已经逐渐的成为了大型塔内件设计、问题诊断和优化的重要手段，在不久的将来计算机集成化系统将会在精馏中有非常重要的应用。当前数字化设计技术在精馏工程中已经有了广泛的应用，包括化工过程模拟技术、三维可视化技术等。其中，化工过程模拟技术是基于气液分离过程的MESH方程组，通过结合相关基础科学，包括综合化工热力学、化学反应以及化学操作单元等，通过这些技术建立化工过程仿真数学模型，并且利用其进行计算，从而得到工艺设计过程中所需要的基础数据。这一技术在精馏过程设计中具有重要的作用，包括塔器设备尺寸估算、工艺操作参数优化等方面，而且还能够为塔器设备的定型、选材以及载荷估算等提供有效的技术支持，从而保证各项参数的正确性。可视化技术在精馏设计中的应用包括液体可视化技术、力学性能可视化技术以及结构可视化技术等方面。

4、精馏技术的工业应用

4.1精馏过程节能技术

精馏过程中的节能技术是在精馏技术不断引用在各个领域中被提出的，精馏技术在各领域有着举足轻重的重要地位，同时精馏技术的应用也为企业的发展和技术的进步提供了巨大的支持，增加了企业的经济效益，经过不断的努力研究分析，人们对精馏技术的认识越来越