过程系统 是由多个物料和能量转换、传递的单元过程和设备，借物料、能量、动量三种方式组合而成的，其相互关系通过一定的物料流和能量流进行反映。

过程能量综合 是在一定的物料流程的基础上，系统中能量流烟花过程。在单元设备、局部子系统和系统全局三个层次上，应用经济学原理，通过能耗费与设备费的权衡，得到 全局费用最优 的流程结构和运行参数。

系统节能涉及到规划、设计、运行全过程。

精馏过程涉及如流程设计与优化、塔内件选型与设计、换热器及其他设备、控制系统设计、开停车、现场操作等诸多方面。

按照系统工程的观点，共同完成多组分进料的多产品分离要求的多个精馏塔之间，构成一个整体，称之为 精馏系统。

系统节能：

• 系统节能可以包含全厂、联合装置、单套装置
• 系统节能可以包含反应、精馏、换热、机泵、压缩机、公用工程等
• 系统节能是以全局观解决具体节能问题的一种理念

精馏节能：

• 精馏节能可以是单塔节能，也可以是全厂节能的一部分
• 精馏系统节能大多数情况要和换热系统结合考量
• 精馏系统节能要从分离本身触发，优化后在进行换热网络优化

涉及到精馏能量优化的特殊精馏方式：

• 耦合精馏：
   多塔设计时，可以用一个塔的物流作为另一个塔的热源或冷源，直接实现热量的耦合，降低公用工程用量
• 多效精馏：
   用不同的操作压力产生足够的温差，实现塔之间的热量耦合
• 热耦合：
   同一装置或不同装置精馏系统以夹点技术进行热量的重新耦合，以达到节能的目的
• 隔板塔：
   将两个（或多个）精馏塔集成到一个塔壳，实现三元（及以上）物系分离的精馏塔

多效精馏

热量和物流的方向都可以分为并流、逆流、平流。

影响多效精馏的因素：

• 效数受投资的限制，不仅塔设备增加，换热器温差减小，也会使得换热面积增加
• 效数受操作条件的限制，如允许的最高温度、压力以及热敏温度限制等

由于以上种种限制，一般双效精馏居多，也有少数使用三效或四效。

热耦合精馏

不同于多效精馏以及隔板塔的多塔精馏耦合模式，是将多塔作为一个系统考量相互之间的热耦合设计。

• 热耦合精馏并不局限于装置内部
• 热耦合精馏并不都是塔顶气相与再沸器的耦合
• 热耦合精馏并不只是简单的进行余热利用

混合分离技术

多种分离技术的混合使用，比如精馏+萃取、精馏+吸附、精馏+膜分离等

不同的分离方法能耗不同，可以根据实际分离体系的物性进行选择，以降低整体的能耗

能源优化：

根据热力学第二定律和㶲经济学原理，热量有质量高低之分

公用工程的选择也是节能降耗的一部分，如能用循环水就不用冷冻水

• 原料经过不同功能单元变为产品
• 能量则按照品质不同，通过推动不同功能的单元运行，逐渐被降质，或转化到产品中，或被循环水和空气带入环境

复杂精馏流程可以显著降低生产成本，但同时也使流程设计、控制和操作变得更加复杂。

分离系统设计的好坏，不能只从分离系统本身来考虑，而应该从过程系统角度考察合理性。

隔板塔

隔板塔是将两个（或多个）精馏塔集成到一个塔壳，实现三元（及以上）物系分离的精馏塔。

隔板塔比传统精馏塔系统节能约30%，节省设备投资30%，还能节省设备布置空间。

隔板塔相当于完全热耦合，但是在降低设备投资方面优于完全热耦合塔。

进料状态优化

实例：

可以进行对比查看不同进料状态对塔的成本影响。

结论：通过上图对比发现，塔顶产品时：露点进料，公用工程费用最低；塔底产品时：泡点进料，公用工程费用最低。

进料位置优化

优化原则：

• 相同分离要求和理论板数，回流比最小或冷凝器、再沸器热负荷最小。
• 相同理论板数和回流比，塔顶和塔釜产品分离纯度最高。
• 相同分离要求和回流比下，所需要的理论板数最小。

热集成优化

例如：

热泵的原理：

• 加压升温塔顶气相，使其返回作为本塔的塔釜再沸器热源，以回收冷凝潜热。
• 由于加压升温所需能量很大，因此热泵精馏仅适用于塔顶和塔釜温差不大的情况。

能量优化

• 在能量费用和设备费用之间进行经济性比较，以确定最佳回流比。
• 过于接近最小回流比，容易引起精馏系统的不稳定现象
• 塔设计阶段，一般会给回流比留出足够的裕量
• 当装置实际运行时，可以根据实际情况对回流比进行优化

回流比降低 →气液负荷降低 →再沸器和冷凝器负荷降低。

• 降低操作压力有利于分离
• 可以用低质热源代替原有高质热源
• 在塔压控制可以满足的条件下，使用较容易实现的节能措施

精馏系统开车步骤

1. 气密试验 - 水运试车 - 氮气置换
2. 进料 - 建立塔釜液位 - 再沸器投用
3. 冷凝器投用 - 回流罐液位建立
4. 启动回流 - 全回流运行 - 采样分析
5. 采样合格 - 采出合格产品 - 正常运行

文章内容来源化工工程师，流程工业整理编辑，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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