隔壁精馏塔技术进展[1]

４Ｄ ＷＣ的 模拟与结构设计
４ ・ ＩＤ ＷＣ的模拟 目前，广泛应用的商业模拟软件如 Ａ Ｓ Ｐ Ｅ Ｎ Ｐ Ｌ Ｕ Ｓ 和Ｈ Ｙ Ｓ Ｙ Ｓ 等都可以 用来精确计算Ｄ Ｗ Ｃ ， 前 者有现成的隔壁精馏塔模块，后者则需要用两个塔
并 联 来实 现１ ９ 一 ’ １ ０ 。 无论 采用何 种手段， 其白 由 度有 ５ 个： 冷凝 器、 再沸器、 ３ 个 产品 浓 度 （ 或 产量 ） 。 典 型的 设 计 指定为３ 个产品 的 浓 度 （ 或产量 ） 、 Ｄ ｗ ｃ 上
９ ７ 一１ ０ ３ ．
图３ 填料隔壁塔结构图
Ｄ Ｗ Ｃ 的 主要设计及优化参数包括预分离及主塔 理论板数，隔壁设计、进料位置，侧线出料位置及 流量，隔壁上部液体进入隔壁两侧的比例，隔壁下
参 考 文 献
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算、控制、设备加工方面与工业应用等方面取得了 很大的进展。但是，目 前大部分关于 Ｄ Ｗ Ｃ模拟和
控制的 研究都是基于一些流程模拟软件， 如Ａ Ｓ Ｐ Ｅ Ｎ Ｐ Ｌ Ｕ Ｓ ， 而不是基于严格的机理模型； 而且研究对象
主要集中在 ３ 组分体系，从节约投资和降低能耗的
角 度出 发， 需 要开发多组分 （ ＞ ） 分离的Ｄ ３ ｗ Ｃ 。
步 分 离 ， 组 分Ｂ同 时出 现 在 塔 顶 和 塔 底。 进 料 侧 上
部分离Ａ Ｂ 和Ｃ ， 下部则分离Ｂ Ｃ和Ａ ，上下两段只 分离各ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的 产品 组分， 在主塔中也是如此， 有效避免 了两塔流程中的再混合现象，大大提高了热力学效 率。 研究表明， 与传统的两塔流程相比， 隔壁精馏塔
２ ０ ０ ７ 年第 ２ ６ 卷
Ａ．Ｂ，Ｃ ｌ
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图 １ 传统的简单塔分离序列
第一作者简介 李军 （ ９ １ ８ ０ 一） ，男，硕于研究生。电话 ０ ５ ６ ４
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增刊
李军等：隔壁精馏塔技术进展
另外， 需要将Ｄ ＷＣ 应用于催化精馏、 萃取精馏、
共沸精馏等新领域。如可将反应精馏过程与Ｄ Ｗ Ｃ 祸合在一起， 发挥Ｄ ＷＣ 与反应蒸馏的优势， 最大限 度地提高平衡反应的转化率，获得高纯度的 产品， 并有效抑止副反应，大幅度减少设备体积， 简化流
程，降低能耗，提高效益。 目 前，针对我国在石油化工及天然气化工领域 的能耗较大的实际情况，若能加快此项技术的开发 和工业化应用步伐，并且拥有独立的知识产权， 对 降低工业生产的能源消耗，推动我国石油、 化工行 业的发展，改变经济增长的粗放状态、提高单位能 源消耗的产出率，建设资源节约型社会具有积极的 政治意义和经济效益。
过程更接 近于 可 逆 状态， 大大降 低了 能 量消 耗卜５ １ 。 同时， Ｏ Ｗ Ｃ是热力学上最理想的系统结构，
在分离３ 组分混合物时，用相同的理论板数，完成 同样的分离任务，采用 Ｄ ＷＣ比 传统的两塔流程需 更少的再沸热量和冷凝量，对于某些给定的物料， Ｄ ＷＣ和常规精馏塔相比需更小的回流比，故操作 容量增大，从理论上讲，一个被 Ｎ 个隔壁分隔成 ＋１ Ｎ 个塔的单塔， 可以实现刃 十 １ 组分的分离， 而总 共只需要一对冷凝器与再沸器。 另外，由 于 Ｂ组分同时出 现在塔顶和塔底， 进 入主塔的物料， 其组成能够较好地和主塔进料板上的 组成相匹 配， 降低了 进料板处的混和效应， 即减少了 进料与进料板组成不同引起的混合影响， 符合最佳进 料板的要求， 提高了 热力学效率。 同时， 如图 １ 所示 的两塔流程中，第一塔提馏段组分 Ｂ 的组成，随组 分 Ａ的降低而增加，再向下又随组分 Ｃ组成增加而 降低，即组分 Ｂ的组成在塔内 分布有峰值，导致塔 中 存在再混现象， 而再混现象是分离效率低下的原因 之一。与之相反，图２ 中， Ｄ ＷＣ中预分离器进行初
精馏是当代化工生产中最为成熟、应用最为广 泛的分离技术之一。但精馏过程的能耗巨大，据估 计，化工过程中４ ０％￣７ ０％的能耗用于分离，而精 馏能耗又占 其中的９ ５％。 近年来，能源价格的持续 上涨使得精馏过程节能技术的研究具有极其重要的 将Ｂ Ｃ分离， 在塔顶得到产物 Ａ ， 塔底得到产物 Ｃ ， 中间组分Ｂ在塔中部浓度达到最大、同时，由于主 塔中又引出液体物流和气相物流分别返回进料侧顶 部和底部， 为进料侧提供回流液和加热气流。 这样， 可省去塔底再沸器和塔顶冷凝器。即在只需 １ 个蒸 个纯组分基础上，同时节省了 １ 个 意 义。 隔 壁 精 馏塔（ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｌ ｌ ｃ ｏ ｌ ｕ ｍ ｎ ， 简 称ｏ ｗ Ｃ ） 馏塔就可得到３ 作为节能技术研究的一个热点，目 前，正在工业装 蒸馏塔及其附属设备，如再沸器、冷凝器、 塔顶回 置上得到迅速应用。它可以较大幅度提高热力学效 流泵及管道。
化 ＿ １ ： 进 展
．２ ０．
Ｃ ＨＥ ＭＩ Ｃ ＡＬＩ ＮＤＵ Ｓ Ｔ Ｒ ＹＡ ＮＤＥ ＮＧ ＮＥ Ｉ Ｅ Ｒ 俐 ＧＰ Ｒ Ｏ ＧＲ ＥＳ Ｓ
２ ０ ７ 年第 ２ ０ ６ 卷增刊
隔壁精馏塔技术进展
李 军，孙兰义， 崔铭伟 （ 中国 石 油 大学 化学 化 工学院， 山 东东 营２ ５７ ０ １） ６
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｉ ｎ ｇ ｗ ｌ ａ ｌ ｃ ｏ ｌ ｕ ｍ ｎ （ Ｄ ＷＣ ） ｉ ｓ ａ ｃ ｍＰ ｏ ｌ ｔｔ ｅ ｈ ｍａ ｒ ｅ ｌｃ ｕＰ ｏ １ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｔ ｓ ｉ ｌ ｌ ｔ ａ ｉ ｏ ｎ ｅ ｔ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙｗ ｇ ｉ ｈｔ ｔ ｅ ｈ ｄｖ ａ ａ ｔ ｎ ｇｅ ａ ｓｏ ｆ ｅ ｅｒ ｎ 留 ｓ ｖｉ ａ ｎ ｇａ ｎ ｄｌ ｏ ｗｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｍ ｔ ．Ｔ ｎ ｅ ｈ ｅｃ ｈ ａ ｃｔ ａ ｒ ｅ ｒ ｉ ｔ ｓ ｉ ｃ ｓａ ｎｄＰ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ Ｐ １ ｅｏ ｆ Ｄ ＷＣａ ｅ ｒ ｉ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ， ｎｄ ａ ｉ ｓ ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ Ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｎｄ ａ ＰＰ ａ ｌ ｉ ｃ ｔ ａ ｉ ｏ ｎ ｅａ ｒ ａ ｎａ ｌ ｙ ｅ ｚ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｔ ａ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎｍ ｇ ｅ ｈ ｔ ｏ ｄ
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部液体进入隔壁两侧的比例以及隔壁下部气体进入 隔壁两侧的比例。
． ４ ２Ｄ ＷＣ的 结构设计
Ｏ Ｗ Ｃ 的传质单元可以采用塔板，也可以 采用 填料。由于隔壁部位的截面不再是对称的圆形，因 此必须采用专门设计的塔板，而使用填料时只要恰 当处理好壁流即可。如图３ 所示，为填料隔壁塔的 结构。 隔壁上部液体的分配通过液体再分布器实现， 并可设置液体分流器来调控隔壁两侧的气液比。
直到近年来由于能源危机才得到实际应用。 第一座 Ｄ Ｗ Ｃ是在 １ ９ ８ ５ 年投入工业运转， 应用于回收精细 化学品。 据统计， ２ ０ ０ 年时全世界Ｄ ＷＣ工业化塔 器不足 ２ ０ 座，大多由巴斯夫公司 （ Ｂ Ａ Ｓ ） 建设和 Ｆ 操作， 而至２ ０ ６年９ ０ 月， 已 有近 １ ０ 座Ｄ ＷＣ塔器 投入运行。 其中６ ０ 座为巴 斯夫公司 （ Ｂ Ａ Ｓ ） 拥有， Ｆ 其余为其他公司所建，但其中一些由巴 斯夫公司提 供技术支持， 例如德国林德公司采用巴 斯夫技术建 设世界上最高的一座隔壁精馏塔，高 １ ７ｍ ０ ，直径 ｓ ｍ ，用于合成汽油混合物中回收直链烯烃。目 前， 巴斯夫公司 （ Ｂ Ａ Ｓ Ｆ ） 将Ｄ ＷＣ塔器技术拓展用于 ４ 组分分离， 并己有多座这类的塔器投入运转。 另外， 像Ｕ Ｏ Ｐ 公司、 ｈｄ Ｕ ｅ 公司、 Ｓ ｕ ｍ ｉ ｏ ｔ ｍ ｏ 重＿ １ 二 及Ｋ ｅ ｌ ｌ ｇｇ ｏ 公司也将 Ｄ ＷＣ设计应用于其他儿个工艺过程中。 Ｄ ＷＣ 的应用，不仅降低能耗，使许多产品质 量得以提高，并且许多原先因为经济问 题不能实现 的工艺得以实现，生产经验也表明 Ｄ ＷＣ的应用可 以产生极大的经济效益。而目前，国内尚未发现 Ｄ ＷＣ的应用单位，相关的研究文章也甚少，己 有 的多项关于 Ｄ ＷＣ应用的专利技术， 但多数都是国 外公司在中国申请的。
摘 要：隔 壁精馏塔是完全热辐合精馏塔，具有能 耗低、投资省的优点．介绍了隔壁精馏塔的结构特点与节能原 理， 分析了隔壁精馏塔的发展与应用状况，阐述Ｔ 隔壁精馏塔的 模拟与结构设计方法，对其可能的应用领域及 发
展前景进行了 展望． 关键词：隔壁精馏塔；节能；进展
Ｐ ｏｇ ｒ ｅｓ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｌ ｌ ｃ ｏ ｌ ｕ ｍ ｎ
・２１．
能耗降低 ３ ０％左右，总设备投资降低３ ０ ％ 左右。
精馏段 预分馏段
Ａ ， Ｂ ！ 隔 雌
３Ｄ ＷＣ的 发展与应用
其实一 早 在１ ９ ３ ３ 年， 因裂解气分离Ｅ ｒ ｉ ｃ ．Ｌ Ｗ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ
就提出了 ｏ ｗ Ｃ的 概念， 并中 请了 美国 专利１ １ ０ ， 但
抽出段
图２ 隔壁精馏塔
ＺＤ ＷＣ的节能原理
与普通二组分精馏塔结构相比， Ｏ ＷＣ结构相当 于把普通二组分精馏塔中的初分馏塔集成到主塔壳 内， 如果忽略通过隔壁的传热，在热力学上认为它 们是等效的。这种分隔塔结构使得多股物流同时在 塔内 进行传质、换热，实现在一个塔壳里完成通常 需一个常规塔序列所能完成的分离任务， 整个精馏
率， 既 降 低能 耗， 又减 少设备 投资 １ ［ 一 ］ ３ 。 但国内 在 此方 面的 研究 较少 【 ４ 一 ］ ６ 。 本 文主要 介绍ｏ ｗ ｃ的 结 构
特点、 节能原理、发展与应用现状、 模拟与结构设
计以及发展前景。
Ａ 争
Ｂ争
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ＩＤ ＷＣ的结构特点
如图 １ 所示，对于三元混合物分离，采用简单 塔分离序列， 需要两个蒸馏塔才能得到所有组分（ 见 图１ ） 。 而图２ 所示的隔壁精馏塔， 利用隔壁将塔从 中间分割为两部分，隔壁巧妙的使用实现了两塔的 功能，实现了 三元混合物的分离。其进料侧相当于 预分离器， 另一端相当于主塔。在进料侧， 混合物 Ａ Ｂ Ｃ初步分离成Ａ Ｂ和Ｂ Ｃ两组混合物。 Ａ Ｂ和 Ｂ Ｃ 两股物流进入主塔后，塔上部将 Ａ Ｂ分离，塔一 「 部