[发明专利]一种提高隔壁塔热力学效率的方法和隔壁塔

说明书

技术领域

本发明涉及化工精馏技术，具体为一种提高隔壁塔热力学效率的方法和依据该方法设计的隔壁塔。

背景技术

精馏是化工生产领域中应用最为广泛，同时也是能耗较大的单元操作之一，精馏操作的能耗占整个化工工业用能的40%左右。因此，提高精馏过程的能源利用效率对于化工工业节能具有重要意义。

隔壁塔精馏技术是解决化工领域中精馏过程能耗高，热力学效率低等问题的有效技术之一。但现有隔壁塔的研究是建立在完全热耦合塔模型基础之上的，忽略了跨壁传热过程（即忽略预分馏段11与主塔15之间的传热过程，参见图4），现有隔壁塔的应用是以隔壁5（参见图1）完全传热的前提下进行的，现有隔壁塔的研究和应用都没有充分利用隔壁5的传热过程、传热方向与传热位置对提高隔壁塔热力学效率的可提升空间，也就是说，现有隔壁塔没有重视跨壁传热的热耦合作用对于提高隔壁塔热力学效率的重要影响，以及以跨壁传热过程作为优化方向来进一步提高隔壁塔热力学效率的潜力性。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种提高隔壁塔热力学效率的方法和隔壁塔。本发明方法是通过设计优化隔壁的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值，来提高隔壁塔的热力学效率，节能降耗效果明显；本发明隔壁塔依据本发明方法而设计，结构简单，仅通过改进隔壁的传热位置与传热面积，即可使隔壁塔热力学效率明显提高，且节能降耗效果明显。

本发明解决所述方法技术问题的技术方案为：设计一种提高隔壁塔热力学效率的方法，该方法包括以下步骤；

1）以完全热耦合塔模型作为隔壁塔的基准严格稳态模型；

2）对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每一块塔板，分别由泡点法计算平衡温度和汽液相组成；

3）对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每一块塔板，分别计算汽液相焓值；

4）对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每一块塔板，分别计算汽液相熵增；

5）对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每一块塔板，分别计算有效能损失；

6）计算全塔的有效能损失和热力学效率；

7）依据步骤2）-6）的计算结果，分别以完全热耦合塔的预分馏段和主塔的最小有效能损失出现的位置为分界点，将分界点以上的部分作为放热段，分界点以下的部分作为吸热段，设计隔壁塔的预分馏段的塔板数与完全热耦合塔的预分馏段的塔板数相等；隔壁塔的主塔的塔板数与完全热耦合塔的主塔的塔板数相等；完全热耦合塔的预分馏段的吸热段或放热段与主塔的放热段或吸热段对应的部分即为隔壁塔的预分馏段的吸热段或放热段与主塔的放热段或吸热段对应的部分，将其对应的部分作为隔壁塔中隔壁的跨壁传热部分，隔壁塔中隔壁的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值为20~80%；所述隔壁总面积是指跨壁传热部分面积与跨壁绝热部分面积之和。

本发明解决所述隔壁塔技术问题的技术方案为：设计一种隔壁塔，该隔壁塔以现有隔壁塔为基础，其特征在于该隔壁塔依据权利要求1所述提高隔壁塔热力学效率的方法而设计；该隔壁塔的隔壁由跨壁绝热部分和跨壁传热部分两部分组成，跨壁绝热部分与跨壁传热部分为宽度和厚度一致的长方体，跨壁绝热部分在上，跨壁传热部分在下拼接为所述隔壁的整体，所述跨壁传热部分的高度与隔壁高度的比值为20~80%；所述的拼接方式采用凹凸槽拼接、螺栓拼接、销拼接、键拼接、铆焊拼接、粘胶拼接或卡箍拼接；所述跨壁绝热部分采用绝热材料、结构绝热材料或涂层绝热材料；所述绝热材料包括下述材料中的一种：纤维状绝热材料、散粒状绝热材料、无机微孔状绝热材料、有机微孔状绝热材料、新型绝热材料和复合型绝热材料，根据产品设计要求由导热系数具体选用；所述结构绝热材料包括下述材料中的一种：层状中空结构材料、层状夹心结构材料和热反射薄膜；所述涂层绝热材料是指在跨壁绝热处涂有绝热防火涂料的材料，绝热防火涂料具体为无机绝热防火涂料、有机绝热防火涂料、防水隔热粉、纳米亚纳米涂层、薄层隔热反射涂料、无机隔热反射墙体涂料、快速固化憎水型硅酸盐复合绝热涂料和恩威尔特CC-100复合型绝热涂层；所述跨壁传热部分采用高导热系数的金属材料或合金材料。

与现有技术相比，本发明提高隔壁塔热力学效率的方法和隔壁塔弥补了隔壁塔现有模型研究和实际工艺中忽略跨壁传热过程的缺陷，通过设计并优化隔壁的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值，即可使隔壁塔的热力学效率显著提高，同时降低了精馏过程的能耗和排放，节能环保效果明显，并具有工艺和结构简单，适于工业化应用等特点。

附图说明