ｎａｌｌｙ ｈｅａｔ—ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｃｏｌｕｍｎ，
ＥＨＩＤＤｉＣ），并对该类型塔进行了简化［１…，提出简 化的外部热集成塔的设计。Ｓｕｐｈａｎｉｔ［１１１对ＨＩＤｉＣ 的塔间换热量进行了逐板优化，提出在有限的几块 塔板问进行换热的优化结构，降低了ＨＩＤｉＣ的年 度总费用。Ｋｉｍ［１２１将ＨＩＤｉＣ的结构与热偶精馏相 结合，开展了分离三元物系的局部的内部热集成精 馏过程的研究。 本文针对多组元混合物分离的精馏序列的能量
元混合物分离共有两个流程，即直接序列和间接序
列。两种流程均需要两个冷凝器和两个再沸器。能 量集成精馏序列（ＨＩＳＤＣ）以直接序列为例，其 流程如图２所示，通过调节两个塔的操作压力，使 塔Ｃ２温度高于塔Ｃ１温度，以使塔Ｃ２的塔顶蒸汽 冷凝的热量加热塔Ｃ１再沸器。为使两塔换热量匹 配，增加操作弹性，高压塔塔顶安装辅助冷凝器或 低压塔塔底安装辅助再沸器（图中虚线部分所示）。 本文提出的中间热集成精馏塔序列（ＩＨＩＳＤＣ） 流程如图３所示，该图以三组元混合物分离的直接 序列为例，假设两个塔均有２６个平衡级，塔Ｃ１的 第１４和第２０块板设中间再沸器，塔Ｃ２的第７和第 １３块板设中问冷凝器，塔Ｃ１的两个中间再沸器以 及塔底再沸器所需热量分别由塔Ｃ２的塔顶冷凝器和 两个中间冷凝放出的热量提供。为此需要调节两塔 的操作压力，使塔Ｃ２处于较高压力，且塔间换热温 差均大于等于最小允许换热温差。与图２所示ＨＩｓ— ＤＣ类似，为使两塔换热匹配，并增加操作弹性，Ｃ１ 塔设辅助再沸器或Ｃ２塔设辅助冷凝器。
ｃ０１ｕｍｎ，ＨＩＤｉＣ）是一种在实现
能量集成的同时不过多增加过程的热力学不可逆性 的方式［５。６］。但由于需要比较复杂的设备结构以及 过程控制上的复杂性，内部能量集成精馏塔尚处在 研究阶段［７］。然而ＨＩＤｉＣ的透热换热方式，能有 效降低不可逆性，可被用来实现新的热集成方式。 Ｋａｔａｏｋａ等口１提出在两个处于不同压力的精馏 塔之间进行塔段间的热集成，具有很高的节能效 率。Ｈｕａｎｇ等口３研究了外部热集成精馏塔（ｅｘｔｅｒ—
ｉｎ
ａ
ｔｈｉｓ ｐａｐｅ ｒ．Ｔｈｅ
ＩＨＩＳＤＣ
ｄｉｒｅｃｔ
ｓｅｑｕｅｎｃｅ
ｏｆ ｔｈｅ
ｄｉｓｔｉＵａｔｉｏｎ ｃ０１ｕｍｎｓ ｆｏｒ ｔｅｒｎａｒｙ
ｍｉｘｔｕｒｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ．Ｉｎ
ｔｏ
ｔｈｉｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，
ｈｅａｔ ｉｓ
ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｆｒｏｍ
ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｌｕｍｎ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｈｅａｔ ｃ０１ｕｍｎｓ， ｔｈｅ ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ＩＨＩＳＤＣ ｓｙｓｔｅｍ
２０１２—１０一２６收到初稿，２０１３一０３—１２收到修改稿。
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２０１２—１０一２６． Ｃｏｒｒ姻ｐｏｎｄｉｎｇ ｅｄｕ．ｃｎ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｔｅｍ： ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｕｔｈｏｒ： Ｐｒｏｆ．ＹＵＡＮ Ｘｉｇａｎｇ，
ｄｊｓｔｉｌｌａｔｊ彻ｓｅｑｎ明删／℃
备的投资总费用，包括精馏塔塔壳、塔盘、冷凝
ＴＡｃ—ｏｃ＋詈
（２）
ＴａｂＩｅ
３
ＯＶｅｒｈｅａｄ ａｎｄ ｂｏｔｔｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ
ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ
其中，０Ｃ为年度操作费用，包括冷却水和供热蒸 汽费用以及增压泵消耗的电力费用，其中电费与其 他费用相比很低，计算中忽略不计。ＣＩ为主要设
ｃｏｌｕｍ砸ｉｎ
联系人：袁希钢。第一作者：许良华（１９８０一），男，博士研
究生。
ｙｕａｎｘｇ＠ｔｊｕ．
基金项目：国家重点基础研究发展计划项目（２０１２ＣＢ７２０５００）。
Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（２０１２ＣＢ７２０５００）．
万方数据
・２５０４・
化工学报
第６４卷
但该过程也为能量的集成应用提供了可能，通过能 量集成提高能量的利用效率被越来越多地研究和 应用‘１—３｜。 常规能量集成序列Ⅲ（ｈｅａｔ—ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
（ａ）ｄｉｒｅｃｔ ｓ印ａｒａｔｉｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ
（ｂ）ｉ１１ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ
图１常规精馏塔序列流程
Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＣＤｉＣＳ ｆｏｒ ｔｅｒｎａｒｙ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
万方数据
第７期
许良华等：带有中间热集成的精馏塔序列及其性能
ｃｏｌｕｍｎｓ，ＨＩＳＤＣ）通常需
要将一塔压力提高，以便压力高的精馏塔塔顶上升 蒸汽可以作为压力低的精馏塔再沸器的热源。 ＨＩＳＤＣ虽然可实现有效的节能，但是由于两塔之 间压差的提高，高压塔塔底与低压塔塔顶之间的温 差增大，会使操作费用（冷、热公用工程费用）增 加，从热力学角度看，增加了系统的不可逆性。
表１模拟计算参数
Ｔａｂｌｅ １
Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｂｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ｎｏｔｅ：Ｔｏｐ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ Ｃ２ ｉｓ Ｏ．１
ＭＰａ ｉｎ ＣＤｉＣＳ，Ｏ．２ ＭＰａ ｉｎ ＨＩＳＤＣ，ａｎｄ Ｏ．１４ ＭＰａ ｉｎ ＩＨｌＳＤＣ．
万方数据
・２５０６・
化工学报
第６４卷 表３三种精馏序列中的塔顶和塔底温度
第６４卷第７期 ２０１３年７月
化工学报
ＣＩＥＳＣ
Ｖ０１．６４
Ｎ ｏ．７ ２０１３
Ｊｏｕｍａｌ
Ｊｕｌｙ
带有中间热集成的精馏塔序列及其性能
许良华，陈大为，罗棉青，袁希钢
（天津大学化工学院，化学工程联合国家重点实验室，天津３０００７２）
Hale Waihona Puke 摘要：提出一种带有中间热集成的精馏塔序列（ＩＨＩＳＤＣ）的流程，针对三组元混合物分离的简单塔直接序列， 对该流程进行了分析。与传统热集成精馏序列（ＨＩＳＤＣ）相比，提出的ＩＨＩＳＤＣ通过中间换热器将高压塔的精 馏段与低压塔的提馏段进行局部热集成，使能量集成精馏塔之间的压力差更小，进而使能耗费用下降。同时发 现，ＩＨＩｓＤｃ中的高压塔再沸器热负荷和低压塔冷凝器热负荷增加，由于换热器数量的增加，ＩＨＩＳＤＣ的投资费 用较大。为了进一步降低ＩＨＩＳＤＣ的年度总费用，需要对其设计参数进行优化。 关键词：内部热集成精馏塔；中间热集成精馏塔序列；热集成；能耗；年度总费用
ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ
集成，提出了带有中间热集成的精馏序列（ｉｎｔｅｒ—
ｍｅｄｉａｔｅ ｃｏｌｕｍｎｓ ｈｅａｔ—ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
ｓｅｑｕｅｎｃｅ
ｏｆ
ｄｉｓｔ订ｌａｔｉｏｎ
ＩＨＩＳＤＣ），对该序列分离三元物系的情况
进行了模拟计算。并与常规精馏塔序列和能量集成
塔序列在能耗和年度总费用方面进行比较，提出进 一步改进和优化的措施。 １
对图２所示普通能量集成精馏塔序列模拟，两 塔的压差也由两塔能量集成所需最小换热温差来 确定。
［１５］。
２．１
流程模拟 计算使用的汽液平衡方程为Ｐ—Ｒ方程，模拟
２．２年度总费用的计算 作为经济评价指标，系统的年度总费用 （ＴＡＣ）为操作费用与设备折旧费用之和，即
计算采用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓＴＭ软件中的ＲａｄＦｒａｃ模块。模
图３带有中间热集成的精馏塔序列
Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＩＨＩＳＤＣ ｆｏｒ
ｔｅｒｎａｒｙ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
拟中，塔Ｃ１的第１４、２０和２６块塔板输入高压塔 Ｃ２的第１、７和１３块塔板移出的热量，热量值按 式（１）计算，其中△￡。为两塔换热塔板最小换热温 度差，由两塔操作压力差决定，Ｕ为塔板间换热器 的传热系数，计算中取为１．ｏ ｋＷ・℃。・ｍ
中间热集成精馏塔流程
以三元混合物分离为例，常规精馏序列（ｃｏｎ— 流
ｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｃｏｌｕｍｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ，
ＣＤｉＣＳ）
程如图１所示，基于简单一清晰分离假设［１３｜，三组
精馏塔的内部能量集成（ｉｎｔｅｒｎａｌ
ｇｒａｔｅｄ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ
ｈｅａｔ ｉｎｔｅ—
ＸＵ Ｌｉａｎｇｈｕａ，ＣＨＥＮ Ｄａｗｅｉ，ＬＵＯ Ｙｉｑｉｎｇ，ＹＵＡＮ Ｘｉｇａｎｇ
（Ｓ￡口抛ＫＰｙ Ｌｎ６０，．ａｆｏ，ｙ Ｄ厂Ｃ＾ｅ，孢站口Ｚ Ｅ行ｇｉ咒ｅＰ一咒ｇ，
Ｓｃ＾ｏｏ￡ｏ，Ｃ．Ｉｌ已ｍｉｃ口ｚ Ｅ超ｇｉ艴ＰＰ一订ｇ ｎ超ｄ Ｔ已ｃ＾超ｏＺＤｇｙ
Ｔ如巧锄Ｕ对ｉ钟＂ｉｆ了，Ｔ如巧抽３０００７２，Ｃ＾ｉｎ口）
ＤｏＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０４３８—１１５７．２０１３．０７．０２７
中图分类号：ＴＱ
０２８
文献标志码：Ａ
文章编号：０４３８—１１５７（２０１３）０７—２５０３一０８
Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｈｅａｔ—ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ
ｃｏｌｕｍｎｓ
ａｎｄ ｉｔｓ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａＶｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｐｏｓｅｄ
ｉｎ
ａｎ
ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｈｅａｔ—ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｃｏｌｕｍｎｓ（ＩＨＩＳＤＣ）ｉｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｉｔ
，Ａ
为换热器的换热面积。首先给换热面积赋一个合理
ＩＨＩＳＤＣ的特性模拟分析
本文以苯一甲苯一二甲苯三元物系为分离对象，
的初值，以进行迭代计算，直至高压塔Ｃ２的塔顶
冷凝器或低压塔Ｃ１塔底再沸器的热负荷减小至 零，此时两塔达到最大程度的热集成。
ｑｌ—ＵＡ△岛 （１）