總溶劑生產中醪塔差壓蒸餾能耗的分析與探討

徐煥文

摘 要：上世紀九十年代后上馬的大多數總溶劑蒸餾裝置為降低蒸汽消耗都采用差壓蒸餾，即利用高壓塔塔頂氣相做負壓塔塔低熱源，負壓塔塔底再沸器同時也是高塔塔頂氣相冷凝器。認為這樣既降低熱量消耗又降低高溫換熱壓力，實際上這并不是最好的節(jié)能方式。本文通過實際運行中的差壓蒸餾參數分析，和雙負壓塔蒸餾做比較，推斷出采用雙負壓塔蒸餾比差壓蒸餾能節(jié)省1/4以上的蒸汽消耗。

關鍵詞：差壓蒸餾；能耗；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.047

生物法生產總溶劑的發(fā)酵成熟醪中總溶劑（丙酮、正丁醇、乙醇的統稱）含量只有2%左右，所以蒸餾提純總溶劑的過程需要消耗大量的蒸汽。總溶劑蒸餾裝置用醪塔脫除50%左右的水，醪塔的蒸汽消耗占總溶劑蒸餾消耗的58%左右[1]。

為降低蒸汽消耗，上世紀九十年代之后上馬的總溶劑裝置或酒精裝置中的醪塔大多數都采用雙塔差壓塔蒸餾，即利用高壓塔塔頂氣相做負壓塔塔低熱源，負壓塔底再沸器同時也是高塔塔頂氣相冷凝器，認為這樣既可以降低熱量消耗又可以降低降溫換熱壓力，在運行中發(fā)現雖然這樣能節(jié)省35%以上的蒸汽消耗[2]，但并不是最好的節(jié)能方式。下面根據某公司差壓蒸餾實際運行情況再和雙負壓塔蒸餾做比較進行推斷，得到一個更好的節(jié)能運行方式。

總溶劑和酒精的蒸餾裝置都存在類似情況。

1 原工藝流程說明

1.1 原工藝流程敘述

發(fā)酵成熟醪液首先和一醪塔頂第一冷凝器換熱，然后分兩路別用板式換熱器和一醪塔、二醪塔底的廢醪液換熱，為一醪塔、二醪塔進料。

二醪塔再沸器用蒸汽加熱，控制二醪塔底壓力150kPa，溫度130℃。成熟醪進料進入二醪塔內進行傳質傳熱，輕組分汽化到塔頂，經氣相管線在一醪塔底再沸器換熱冷凝進入二醪塔回流罐，回流罐內液相由回流泵一路進入總溶劑罐為一丁塔進料另一路回二醪塔頂回流控制塔頂溫度為120℃，塔頂壓力為135kPa。二醪塔回流罐氣相未凝氣進入二醪塔第二冷凝器冷凝。塔底廢醪液經廢醪泵和經過一醪塔第一冷凝器換熱后的成熟醪再用板式換熱器換熱后外排。

一醪塔底再沸器被二醪塔頂氣相加熱。一醪塔塔頂末級冷凝器出口接吸收塔。吸收塔出口用真空泵抽取不凝氣控制一醪塔頂部壓力-35kPa，塔底壓力為-20kPa；一醪塔底溫度90℃，塔頂溫度為80℃。成熟醪經一醪塔頂第一冷凝器換熱后和一醪塔底廢醪換熱進入一醪塔中部進料，在塔內進行傳質傳熱，輕組分汽化到塔頂，在第一冷凝器與成熟醪換熱，換熱冷凝后的液體進入回流罐，一部分作為頂回流控制塔頂溫度，另一路去總溶劑罐為一丁塔提供進料。塔底廢醪液經廢醪泵和經過一醪塔第一冷凝器換熱后的成熟醪再用板式換熱器換熱后外排。

2 數據分析

2.1 按照目前設計情況運行時的熱量損失

正常運行時一醪塔每小時進料量160t/h，忽略采出的總溶劑量，廢醪外排為160t/h；二醪塔每小時進料220t/h，忽略采出的總溶劑量，廢醪外排為220t/h。

差壓塔運行時外排廢醪熱焓的計算。查表得到65℃水的熱焓值：272.59kJ/kg，95℃水的熱焓值：398.48kJ/kg。則總的外排廢醪熱焓值為：160t/h*1000*272.59kJ/kg+220t/h*1000*398.48kJ/kg=131280000kJ/h。

2.2 假設采用雙負壓塔外排廢醪熱焓值的推算

380t/h*1000*272.59kJ/kg=103584200kJ/h。

2.3 兩種運行方式外排廢醪熱損失的比較

（1）同樣是每小時380噸廢醪量外排，差壓塔運行比假設的雙負壓塔運行熱焓值損失多：131280000kJ-103584200kJ=27695800kJ。

0.7MPa飽和蒸汽熱焓值：2762.9kJ/kg；100℃水的熱焓值：419.54kJ/kg。按照蒸餾使用的蒸汽為用0.7MPa的飽和蒸汽，噸蒸汽完全換熱冷凝釋放熱量為：2343.36kJ/kg。這樣差壓塔蒸餾總溶劑外排廢醪熱量損耗和假設的兩個單獨負壓塔比較，廢醪外排多帶熱量相當于壓力為0.7MPa的飽和蒸汽：（27695800/2343.36）/1000=11.8t。

也就是說在同樣是380t/h進醪量的情況下，如果醪塔采用雙負壓塔蒸餾比雙塔差壓蒸餾每小時至少可以再少消耗11.8t以上的蒸汽。相當于每噸總溶劑又少消耗約1.6噸蒸汽，即醪塔的蒸汽消耗將再降低的1/4以上。

（2）若采用雙負壓塔蒸餾將在二醪塔頂增加一臺真空泵，配套11kW電機。電價按1元/千瓦時核算滿負荷運行每小時耗電費11元，消耗的電能相對于所降低的蒸汽消耗不足百分之一。并且在實際運行時負壓塔差壓為15kPa，運行平穩(wěn)，操作彈性大。

2.4 其他情況比較

雙塔差壓運行的缺陷還有：（1）差壓塔設計方案中二醪塔氣相為一醪塔提供熱量，換熱后高溫不凝氣在二醪塔第二冷凝器用循環(huán)水冷凝，造成較大的熱能損失。（2）二醪塔粗溶劑采出溫度是110℃，總溶劑罐內高溫未凝氣體也需要用循環(huán)水冷凝，同樣存在很多熱量損失和能源消耗。（3）為了維持一醪塔的正常運行，二醪塔比常壓塔運行時要提高釜溫30℃以上、提高釜壓約50kPa。

雙負壓塔運行不僅沒有以上的弊端，而且運行負荷調整范圍大。可根據成熟醪量的情況來調整是單塔運行還是雙塔運行，兩塔之間在運行中沒有工藝上的關聯。

3 結論

總溶劑的蒸餾裝置采用雙負壓塔，每個塔都可以單獨運行，并采用各自獨立的再沸器加熱。成熟醪和塔頂第一冷凝器換熱，換熱后的成熟醪再和塔底外排廢醪繼續(xù)進行醪醪換熱，塔底廢醪換熱后溫度可以從95℃降低到65℃。不僅醪塔總的使用蒸汽量能比雙塔差壓再減少四分之一以上，而且對廢醪后續(xù)冷卻所需要的循環(huán)水量也有大幅度的降低。

由此可見在發(fā)酵法生產總溶劑和乙醇的行業(yè)中，雙醪塔采用差壓蒸餾的設計理念存在誤區(qū)。采用獨立操作的雙負壓塔蒸餾能有更好的節(jié)能效果。

參考文獻：

[1]陳聲，陸祖祺.發(fā)酵法丙酮和丁醇生產技術[M].326.

[2]孫鵬鵬等.酒精蒸餾技術的進步與節(jié)能減排[J].