用分隔壁精餾塔分離三組分混合物的節(jié)能研究_圖文_百度文庫

1、第35卷第11期2007年11月化學(xué)工程CHE M I C AL E NGI N EER I N G (CH I N A Vol . 35No . 11Nov . 2007基金項目:江蘇省自然科學(xué)基金資助項目(BK2004035 ; 中國石油化工股份有限公司科技開發(fā)部基金資助項目(X505021 作者簡介:葉青(1968 , 女, 副教授, 博士生, 電話 E 2mail:yeqingem. j pu . edu . cn 。用分隔壁精餾塔分離三組分混合物的節(jié)能研究葉青, 裘兆蓉, 施鳳芹, 段紅(江蘇工業(yè)學(xué)院化工系, 江蘇常州213164摘要:為了比較分隔壁精餾塔與

2、常規(guī)精餾流程能耗, , A s pen , 對2種常規(guī)精餾流程和3種分隔壁精餾塔進行模擬計算, 。結(jié)果表明, 中間組分的摩爾分數(shù)越高, , , 且適于分離指數(shù)在0. 61至2. 1。1、輕組分摩爾分數(shù)較高的混合物。關(guān)鍵詞:; 分隔壁側(cè)線提餾塔; 節(jié)能中圖分類號:. 31文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:100529954(2007 1120054204Study of energy 2s avi n g of separati on ternary m i xture withdi vi ded wall distill ati on colu mnY E Q i n g, Q I U Zhao 2r

3、ong, SH I Feng 2q i n , D UAN Hong(Che m ical Depart m ent, J iangsu Polytechnic University, Changzhou 213164, J iangsu Pr ovince, China Abstract:To compare the energy consump ti on of divided wall distillati on column with conventi onal distillati on sequences and t o ascertain the li m itati ons o

4、f the divided wall distillati on column, t w o kinds of conventi onal distillati on sequences and three types of divided wall distillati on columns were si m ulated with the s oft w are of A s penp lus . The energy 2saving effects of a series of divided wall distillati on columns were compared . The

5、 results show that the divided wall distillati on column is mainly app licable for the compounds of m iddle components and the components with ESI of 0. 6122. 1. The divided wall distillati on colu mn with side 2rectifier is mainly app licable for the compounds of the components with separating inde

6、x 1and light components . The divided wall distillati on colu mn with side 2stri pper is mainly app licable f or heavy components .Key words:divided wall distillati on column; divided wall distillati on column with side 2rectifier; divided wall distil 2lati on colu mn with side 2stri pper; energy 2s

7、aving精餾是一種應(yīng)用廣泛的化工單元操作, 但能耗巨大, 提高精餾過程的能量利用率始終是研究的熱點。最早的熱偶精餾是50年前由Petlyuk 1提出的, 研究發(fā)現(xiàn)在分離三組分混合物時, 由于無返混現(xiàn)象產(chǎn)生, 熱偶精餾比常規(guī)精餾流程節(jié)能達30%以上1, Kaibe 2提出在精餾塔中放置1塊垂直隔板, 可用1個精餾塔完成3個組分的分離, 此塔即為分隔壁精餾塔, 在熱力學(xué)上與熱偶精餾等價, 但可節(jié)省設(shè)備費用。目前, 國外已有BASF 等公司的40多座分隔壁精餾塔成功應(yīng)用于商業(yè)化生產(chǎn)34。Abdul 等5提出了分隔壁精餾塔設(shè)計過程的設(shè)計變量的確定。有許多學(xué)者提出了不同的簡捷計算的方法可為分隔壁精餾塔

8、的設(shè)計提供初值。本文采用A s pen p lus 軟件模擬研究三組分混合物分離時, 各種分隔壁精餾塔和常規(guī)精餾塔序的能耗。1采用分隔壁精餾塔分離三組分混合物通常分離三組分混合物的常規(guī)精餾流程有直接序列(DS 和間接序列(I S 2種2, 采用分隔壁精餾塔分離三組分的流程有以下3種2, 如圖13所示。 本文比較了圖13響, 引入分離指數(shù)ES I (ES I =AB /BC 6。所研究物系如表1所示。進料組成如表2所示。采用A s pen p lus 軟件中的Multifrac 模塊進行模擬, 汽相采用理想氣體方程, 液相的活度系數(shù)采用W ils on 方程進行計算。表1研究所選物系Table

9、1The ternary m ixtures studied混合物序號組分名稱AB CES IM1戊烷己烷壬烷0. 18M2乙醇丙醇戊醇0. 45M3乙醇丙醇22甲基2丁醇0. 61M4乙醇正丁醇22甲基2丁醇0. 74M5乙醇丙醇正丁醇1. 00M6乙醇正丁醇戊醇1. 90M7異戊烷庚烷癸烷5. 10M8乙醇己醇庚醇6. 70表2進料組成進料序號組成(摩爾分數(shù) /%F116/67/16F220/60/20F325/50/25F433/33/33F550/25/25F660/20/20F767/16/16F825/25/50F920/20/60F1016/16/672結(jié)果與討論2. 1進料中中

10、間摩爾分數(shù)對各塔序能耗的影響以乙醇2丙醇2正丁醇(M5 體系為例, 考察了進料中中間組分摩爾分數(shù)增多對各種分隔壁塔序能耗的情況, 結(jié)果如圖4、圖5所示 。圖4中間組分的摩爾分數(shù)對塔序能耗的影響Fig . 4Effect of mole fracti on of middle co mponent on energy consu mpti on圖5中間組分的摩爾分數(shù)對分隔壁精餾塔節(jié)能效果的影響Fig . 5Effect of mole fracti on of m iddle component onenergy savings of kinds of DWC從圖4及圖5中可看出, 當(dāng)中間組分的

11、摩爾分數(shù)越大時, 分隔壁精餾塔越節(jié)能。這是因為返混效應(yīng)是精餾過程熱力學(xué)效率低下的重要原因, 以常規(guī)精餾流程中的直接序列分離三組分混合物為例, 在第1個塔中塔頂分出輕組分, 而中間組分在第1個的中部摩爾分數(shù)達到最大, 隨后中間組分的摩爾分55葉青等用分隔壁精餾塔分離三組分混合物的節(jié)能研究 數(shù)逐漸降低, 與重組分重新混合, 進入第2個精餾塔進行分離。但分隔壁精餾塔分離三組分混合物時, 中間組分的摩爾分數(shù)達到最大時即從中間采出口出料, 減少了返混現(xiàn)象, 故中間組分的摩爾分數(shù)越高, 節(jié)能效果越好。對于分隔壁側(cè)線精餾塔和分隔壁側(cè)線提餾塔, 因為隔板的位置對返混效應(yīng)有所影響, 故其能耗雖比常規(guī)精餾流程低,

12、 但中間組分摩爾分數(shù)的影響不明顯。2. 2影響以乙醇2丙醇2正丁醇(, 影響。 圖7圖6輕組分的摩爾分數(shù)對塔序能耗的影響Fig . 6Effect of mole fracti on of light co mponent on energy consu mpti on圖7輕組分的摩爾分數(shù)對分隔壁精餾塔節(jié)能效果的影響Fig . 7Effect of mole fracti on of light component on energysavings of kinds of DWC從圖6及圖7可看出, 隨著進料中輕組分摩爾分數(shù)逐漸增大, 分隔壁精餾塔的節(jié)能效果逐漸變差, 因為隨著輕組分摩爾分數(shù)的

13、增大, 相應(yīng)的中間組分的摩爾分數(shù)降低, 返混效應(yīng)的影響變小。分隔壁側(cè)線提餾塔的情況與其類似, 而隨著輕組分摩爾分數(shù)的增加, 分隔壁側(cè)線精餾塔的節(jié)能效果稍好, 由于在此塔中分隔壁延伸到塔底, 其分離流程與常規(guī)精餾流程的直接序列類似, 且在此塔中減少了重組分與中間組分返混, 故分隔壁側(cè)線精餾塔在分離輕組分摩爾分數(shù)較高的體系時, 能耗將比直接序列有所降低。2. 3進料中重組分的摩爾分數(shù)對各塔序能耗的影響以乙醇2丙醇2正, 考察了進 9所示。圖8重組分的摩爾分數(shù)對塔序能耗的影響Fig . 8Effect of mole fracti on of heavy co mponent on energy c

14、onsu mpti on圖9重組分的摩爾分數(shù)對分隔壁精餾塔節(jié)能效果的影響Fig . 9Effect of mole fracti on of heavy component on energysavings of kinds of DWC從圖8及圖9可知, 重組分摩爾分數(shù)增大, 由于返混效應(yīng)的減弱, 分隔壁精餾塔和分隔壁側(cè)線精餾塔的能耗比常規(guī)精餾流程的能耗高。對于分隔壁側(cè)線提餾塔, 當(dāng)重組分摩爾分數(shù)較多時, 節(jié)能效果能達到15%左右, 這是由于在此塔中隔壁延伸至塔頂, 其分離流程與常規(guī)精餾流程的間接序列類似, 且在此塔中減少了輕組分與中間組分返混, 故分隔壁側(cè)線提餾塔在分離重組分摩爾分數(shù)較高的

15、體系時能耗比間接序列低。2. 4分離指數(shù)對各塔序能耗的影響分離指數(shù)ES I 表明輕組分和中間組分之間及中間組分和重組分的分離難易程度。以進料組成F3(25/50/25 為例, 研究了5種塔序在分離混合物65化學(xué)工程2007年第35卷第11期 M1M8時的能耗, 結(jié)果如圖10所示 。圖10分離指數(shù)對分隔壁精餾塔節(jié)能效果的影響Fig . 10Effect of ESI on energy savings of DWC由圖10可知, 31與常, ES I 在0. 612. 1, 15%以上, 對于分隔壁側(cè)線提餾塔, , 只有ES I 在12. 1范圍內(nèi), 可節(jié)能10%左右。對于分隔壁側(cè)線精餾塔, 當(dāng)

16、ES I 大于1時, 節(jié)能效果較好。這是由于輕組分與中間組分及中間組分與重組分分離的難易程度影響了組分間的返混程度, 從而影響了其節(jié)能效果。3結(jié)論通過對不同進料組成、不同分離指數(shù)的三元混合物的模擬, 結(jié)論如下:(1 隨著中間組分摩爾分數(shù)的增加, 分隔壁精餾塔的節(jié)能效果增大。對于分隔壁側(cè)線精餾塔和分隔壁側(cè)線提餾塔, 其能耗也比常規(guī)精餾流程低, 但當(dāng)中間組分的摩爾分數(shù)較高時, 其節(jié)能效果不明顯。(2 隨著進料中輕組分摩爾分數(shù)逐漸增多, 分隔壁精餾塔的節(jié)能效果逐漸變差。分隔壁側(cè)線精餾塔適用于輕組分摩爾分數(shù)較高物系的分離。(3 , (參考文獻:1Petlyuk F B, Plat onov V M ,

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