化工節(jié)能中的熱泵精餾工藝流程分析

李建鐸 宋鵬 安國樑 張瑜文 郭世民

新疆美克化工股份有限公司 新疆庫爾勒 841000

隨著現(xiàn)階段我國不可再生資源的短缺以及可再生資源價格的逐漸上升，必須要保證能夠盡量降低精餾塔的能耗，進(jìn)而使我國化工企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)收益。

1 熱泵精餾的應(yīng)用場所分析

目前為了保證化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能源的目的，主要使用了熱泵精餾的相關(guān)工藝流程，在熱泵精餾工藝流程的應(yīng)用過程中，只有應(yīng)用在以下場合時，才可以取得相對較為良好的使用效果。其應(yīng)用的場合主要有以下幾種，第1 種是，當(dāng)塔頂和塔底的溫度相差相對較小時，這時壓縮機(jī)的主要功率消耗情況取決于溫度的差值，如果溫度的差值越大，將會導(dǎo)致壓縮機(jī)的功率消耗量越大，而如果溫度的差值越小，將會使壓縮機(jī)的功率消耗相對較小，通過相關(guān)文獻(xiàn)分析可以明確，當(dāng)塔頂和塔底的溫度差值小于36 攝氏度時，可以通過熱泵精餾取得較好的經(jīng)濟(jì)收益和經(jīng)濟(jì)效果[1]。

第2種是在沸點相對較為接近的物質(zhì)組分進(jìn)行分離的過程中，利用常規(guī)的分離方法，蒸餾塔可能需要相對較多的塔盤以及更大的回流比才能夠保證滿足分離的相關(guān)需求，但是這種傳統(tǒng)的方式在進(jìn)行分離的過程中需要使用加熱后的蒸汽或者冷卻后的循環(huán)水，因而也增加了能源的消耗量，但是如果使用熱泵技術(shù)，不僅可以提高合格產(chǎn)品的數(shù)量，還能夠降低能源的消耗量，進(jìn)而創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)收益。

第3 種是在工廠蒸汽出現(xiàn)供應(yīng)不足或者蒸汽的價格相對較高時，為了避免使用數(shù)量過多的蒸汽或者為了取消再沸器，可以使用熱泵精餾的方式。

第4 種是當(dāng)在生產(chǎn)過程中冷卻水的數(shù)量不足，或者冷卻水的水溫相對較高，或者價格相對較貴時，如果仍然使用制冷的方式將會導(dǎo)致冷卻的過程中所產(chǎn)生的能源消耗量過大，因此這是使用熱泵精餾的方式能夠取得更好的生產(chǎn)效果。

通過對熱泵精餾應(yīng)用場所的分析，可以明確對于一般情況來說，使用熱泵精餾的方式能夠有效提升生產(chǎn)流程所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價值，并且降低生產(chǎn)流程的能源消耗量，但是對于一些相對較為特殊的情況而言，則應(yīng)該對其進(jìn)行綜合性的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)評定，才可以確定最終的處理工藝流程。目前根據(jù)熱泵在世界應(yīng)用過程中所消耗的外界能量的種類，可以將熱泵蒸餾分為蒸汽加壓方式以及吸收方式兩種不同的蒸餾方式。

2 熱泵精餾工藝流程介紹

間接式工藝流程是指當(dāng)塔頂氣體中出現(xiàn)了腐蝕性氣體或者熱敏性相對較高的氣體時，這時不應(yīng)該使用直接壓縮的方式，而應(yīng)該使用間接式的熱泵精餾方式，主要包含了精餾塔壓縮機(jī)，冷凝器，節(jié)流閥以及蒸發(fā)器的重要的組份，在這個流程的生產(chǎn)過程中，使用單獨的封閉循環(huán)冷氣進(jìn)行相應(yīng)的工作，其中冷氣會和其他物料進(jìn)行熱量的交換，并且吸收掉熱量蒸發(fā)的氣體，然后氣體經(jīng)過壓縮完成以后，會提升相應(yīng)的溫度及壓力，將物質(zhì)送到塔釜，進(jìn)行液體的加熱，而其自身則會凝結(jié)為液體，然后液體會通過節(jié)流減壓的方式到塔頂進(jìn)行換熱操作，進(jìn)而完成一個整體的循環(huán)。間接式熱泵精餾方式的主要優(yōu)點是在塔中的物品進(jìn)行分離的過程中，能夠保證生產(chǎn)的產(chǎn)品和制冷劑之間實現(xiàn)完全的隔離，同時還可以使用相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精餾操作，能夠保證在后期生產(chǎn)過程中更加易于設(shè)計及控制。其缺點是在實際應(yīng)用過程中，因為使用直接壓縮的方式需要增加一個蒸發(fā)器，而壓縮機(jī)則需要克服更高的壓力差及溫差，所以生產(chǎn)效率相對較低。

塔頂氣體直接壓縮式的熱泵精餾流程為，首先將物料通入到精餾塔中，然后通過塔頂產(chǎn)物，產(chǎn)生的產(chǎn)品罐中的物體也通入到精餾塔中，然后再將凝汽器和蒸餾塔相連，最終產(chǎn)生出塔底的產(chǎn)物。在塔頂產(chǎn)物的生產(chǎn)流程中需要安裝節(jié)流閥，然后利用壓縮機(jī)對凝汽器和產(chǎn)品罐進(jìn)行相應(yīng)的壓縮。塔頂氣體直接壓縮式的熱泵精餾過程，所使用到的儀器設(shè)備相對較少，所以節(jié)省了工作時間，然后是因為只需要一個再沸器即可完成相應(yīng)的流程，因此在壓縮機(jī)壓縮的過程中，比單獨的工質(zhì)循環(huán)壓縮比更低，而且整個系統(tǒng)相對較為簡單，并且運行過程中更加安全可靠。

在分割式熱泵精餾的過程中，首先是將物料輸入到上塔中，然后上塔需要安裝壓縮機(jī)和驅(qū)動器，同時上塔中還需要安裝蒸發(fā)器，并且使上塔蒸發(fā)器、驅(qū)動器以及壓縮機(jī)之間形成一個閉合的回路，然后再下塔中主要安裝了下塔再沸器。與其他幾種熱泵精餾方式相比，因為分割式熱泵精餾的組成結(jié)構(gòu)相對較為簡單，而且在運行過程中，控制也更加便捷。使用蒸汽噴射泵進(jìn)行熱泵精餾操作的過程中，既可以實現(xiàn)減壓操作，又可以使沸點相對較低的液體，進(jìn)入到系統(tǒng)中進(jìn)行相應(yīng)的操作，在傳統(tǒng)的蒸汽噴射的過程中，需要使用蒸汽量的數(shù)量為40，而利用了蒸汽噴射式熱泵，在精餾的過程中只需要使用蒸汽的數(shù)量為25，所以在一定程度上既節(jié)省了蒸汽量，又能夠提高相應(yīng)的節(jié)能效果。其應(yīng)用的優(yōu)點是，蒸汽噴射泵的實際耗資相對較小，而且在噴射泵應(yīng)用過程中，沒有使用到相應(yīng)的轉(zhuǎn)動部件，進(jìn)而在后期維修的過程中，不僅維修費用相對較低，而且維修更加便捷。目前這種方式主要是在真空條件下進(jìn)行操作，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)利用，并且其節(jié)能效果顯著提升，但是在實際應(yīng)用過程中對于外界條件的要求相對較大，所以必須要保證能夠滿足其在使用過程中的環(huán)境需求。

最后是吸收式的熱泵在應(yīng)用的過程中主要包含了再沸器、冷卻器，吸收器以及再生器等，通常使用溴化鋰水溶液或者氯化鈣水溶液作為相應(yīng)的工質(zhì)，在實際反應(yīng)過程中可能會出現(xiàn)強烈的吸收作用，實現(xiàn)整個操作的循環(huán)利用[2]。

3 結(jié)語

綜上所述，目前在針對熱泵精餾工藝流程進(jìn)行分析的過程中，可以明確這種工藝流程，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的節(jié)能目的，但是在選擇精餾方案時，不僅要考慮到能源費用問題，還要考慮到設(shè)備的投資費用問題。