] (2)根据精馏塔单板耦合方式下的各级塔板温度数据，以精馏塔各级塔板级数为 横坐标，塔板温度为纵坐标，绘制精馏塔的塔板温度曲线。塔板温度曲线的绘制依据如下规 贝1J:横坐标1~m区间内共m级塔板对应的曲线为高压塔的塔板温度曲线，其中，横坐标为1表 示高压塔塔顶，横坐标为m表示高压塔塔底;横坐标(m+1)~(m+n)区间内共η级塔板对应的 曲线为低压塔的塔板温度曲线，其中，横坐标为m+1表示低压塔塔顶，横坐标为(m+n)表示低 压塔塔底。
[0046] 实施例绘制精馏塔的塔板温度曲线如图4所示。其中，横坐标1~35区间内共35级 塔板对应的曲线为高压塔的塔板温度曲线，横坐标为1表示高压塔塔顶，横坐标为35表示 高压塔塔底;横坐标36~105区间内共70级塔板对应的曲线为低压塔的塔板温度曲线，其 中，横坐标为36表不低压塔塔顶，横坐标为105表不低压塔塔底。
[0047] (3)低压塔塔顶的塔板温度为79.5K，计算得到能够与精馏塔低压塔塔顶进行热耦 合的最低塔板温度为81.3K，进而重新计算高压塔各级塔板能够达到的最低温度如表1所 不。
[0048]表1高压塔各级塔板能够达到的最低温度
[0049]
[0050] 依据计算得到的塔板温度数据重新绘制精馏塔塔板温度曲线如图5所示。在精馏 塔的塔板温度曲线上，降低高压塔每块塔板对应的塔板温度，使高压塔塔顶与低压塔塔顶 实现耦合换热，即实现精馏塔塔顶耦合的换热方式。
[0051 ]高压塔的塔板温度下降采用如下方式：
[0052] a)计算能够与精馏塔低压塔塔顶进行热耦合的最低塔板温度，相应的计算公式 为：
[0053]
[0054] 式中，I^in:是能够与精馏塔低压塔塔顶进行热耦合的高压塔最低塔板温度， 是精馏塔低压塔的塔顶温度，△ Tmin是精馏塔的最小热耦合温差。
[0055] h)i+笪高Ra客夂级搭板能舱伏SI的最低温度，相应的计算公式为：
[0056]
[0057] 式中，IV是下降后的高压塔第i级塔板的塔板温度，是原高压塔第i级塔板的塔 板温度，:是原高压塔的塔顶温度。
[0058] c)依据计算得到的塔板温度数据重新绘制精馏塔塔板温度曲线。
[0059] (4)从高压塔塔顶开始，逐级校核精馏塔在塔顶耦合方式下，高压塔和低压塔的各 对耦合塔板是否满足最小热耦合温差。经过计算，在高压塔第21级塔板处的热耦合温差为 1.2Κ，校核未通过。因此，选取高压塔的第21级塔板作为高压塔的分裂塔板。
[0060] (5)在高压塔的第21级塔板处，将高压塔分裂为高温塔和低温塔。步骤(3)中计算 得到能够与精馏塔低压塔塔顶进行热耦合的最低塔板温度为81.3K，由此重新计算分裂后 的高温塔各级塔板能够达到的最低温度如表2所示：
[0061 ]表2分裂后的高温塔各级塔板能够达到的最低温度
[0062]
[0064]依据计算得到的塔板温度数据重新绘制精馏塔塔板温度曲线如图6所示。采用与 步骤(3)相同的方式实现高温塔塔板温度的下降，使高温塔与低压塔塔顶进行耦合换热。
[0065] 原料空气从高压塔塔底进入精馏塔内参与精馏过程，高压塔塔底为含氧量为40% 左右的富氧空气，根据图7所示的40%富氧空气气液混合状态温度-压力关系图，可以由高 压塔的塔底温度得到对应的工作压力，进而得到原料空气进塔所需要达到的最低压力。从 图4中可以看出，原单板耦合方式下高压塔原料空气入口处的温度为101.8K，对应的塔内工 作压力为5.5atm，因此要求原料空气的压力达到5.5atm。从图6中可以看出，将精馏塔的高 压塔分裂为高温塔和低温塔分别与低压塔进行耦合换热后，原料空气入口处的温度为 84.5K，对应的塔内工作压力为1.8atm，因此原料空气的压力只需达到1.8atm即可。降低了 精馏塔对原料空气的压力要求，也就降低了机组对压缩机的功率要求，最终实现整个机组 能耗的降低。
[0066] (6)将精馏塔的高压塔分裂为高温塔和低温塔分别与低压塔进行耦合换热后，为 了保证精馏塔工艺流程的顺利进行，高温塔和低温塔之间必须通过温度-压力的匹配实现 所需的传质过程。如图3所示，在高温塔和低温塔之间的传质回路上添加节流阀和压缩机， 高温塔顶部的低温低压气体经压缩机加压升温后进入低温塔底部，提供上升气流，低温塔 底部的高温高压气体经节流阀降温液化后进入高温塔顶部，提供回流液，从而保证精馏工 艺的顺利进行。
[0067] 根据实施里的换热温差驱动的分裂热耦合设计结果可见，本发明具有突出显著的 技术效果，对现有大型空分流程中精馏塔的设计改进提供了参考依据。
[0068] 由此可见，本发明具有突出显著的技术效果，改变了精馏塔传统的耦合换热方式， 通过将分裂后的高压塔与低压塔塔顶进行耦合换热，能够使高压塔的塔底温度降至最低， 从而使高压塔塔底的工作压力降至最低，降低了精馏塔对原料空气的压力要求，进而降低 了机组对压缩机的功率要求，最终实现整个机组能耗的降低。
【主权项】
1. 一种换热溫差驱动的精馈塔分裂热禪合方法，其特征在于包括W下步骤： 1) 采集精馈塔单板禪合方式下的塔板溫度数据，获得精馈塔的高压塔和低压塔各禪合 塔板之间的溫差A T，计算公式为： AT = TrTj，0<i<m，0<j<n 式中，Tl是高压塔第i级塔板的塔板溫度，m是高压塔的塔板数，Tj是低压塔第j级塔板的 塔板溫度，n是低压塔的塔板数，高压塔的第i级塔板和低压塔的第j级塔板进行禪合换热； 2) 根据高压塔和低压塔各禪合塔板之间的溫差A T，获得精馈塔的最小热禪合溫差A Tmin,计算公式为： A Tmin=HiinI A T} 式中，A Tmin是精馈塔的最小热禪合溫差，A T是高压塔和低压塔各禪合塔板之间的溫 差，min{ AT}表示求A T中的最小值； 3) 根据精馈塔单板禪合方式下的各级塔板溫度数据， 由单板禪合方式改为塔顶禪合方式，将高压塔置于低压塔侧方使得两者塔顶流通进行 热禪合， 从高压塔塔顶开始，根据高压塔分裂塔板选取方式逐级校核高压塔和低压塔中的各对 禪合塔板是否满足最小热禪合溫差A Tmin,获得高压塔的分裂塔板； 4) 在高压塔的分裂塔板处，将高压塔分裂为高溫塔和低溫塔，分裂塔板及其W上的塔 板归为低溫塔，其余归为高溫塔，高溫塔和低溫塔分别置于低压塔的两侧采用塔顶禪合方 式与低压塔进行禪合换热； 5) 在高溫塔和低溫塔之间的传质回路上添加节流阀和压缩机，实现其溫度-压力匹配， 保证精馈塔精馈工艺的顺利进行。2. 根据权利要求1所述的一种换热溫差驱动的精馈塔分裂热禪合方法，其特征在于:所 述的禪合塔板指的是高压塔和低压塔进行禪合换热的一对塔板。3. 根据权利要求1所述的一种换热溫差驱动的精馈塔分裂热禪合方法，其特征在于:所 述的高溫塔塔顶和低溫塔塔底之间设置两条回路，两条回路上分别安装有节流阀和压缩 机。4. 根据权利要求1所述的一种换热溫差驱动的精馈塔分裂热禪合方法，其特征在于:所 述步骤3)中的高压塔分裂塔板选取方式为： 逐级采用W下公式将高压塔和低压塔的各级禪合塔板的换热溫差与最小热禪合溫差 A Tmin进行比较： IV-T/ > ATmin 式中，T/是下降后的高压塔第i级塔板的塔板溫度，T/是与下降后的高压塔第i级塔板 进行禪合换热的低压塔第j级塔板的塔板溫度； 若满足上述公式，则继续校核下一级禪合塔板;若不满足上述公式，则选取当前高压塔 的塔板作为分裂塔板。5. 根据权利要求4所述的一种换热溫差驱动的精馈塔分裂热禪合方法，其特征在于:所 述的高压塔第i级塔板的塔板溫度Tl采用W下方式处理下降： 先计算能够与精馈塔低压塔塔顶进行热禪合的高压塔最低塔板溫度，计算公式为： 喘n =墙P '+ 打 式中，filJiii是能够与精馈塔低压塔塔顶进行热禪合的高压塔最低塔板溫度，？Iftcip是精 馈塔低压塔的塔顶溫度，A Tmin是精馈塔的最小热禪合溫差； 再计算高压塔各级塔板能够达到的最低溫度作为下降后的高压塔第i级塔板的塔板溫 度IV，计算公式为： '厂/ = n -(谓P - 7'品n) 式中，T/是下降后的高压塔第i级塔板的塔板溫度，Tl是原高压塔第i级塔板的塔板溫 度，是原高压塔的塔顶溫度。
【专利摘要】本发明公开了一种换热温差驱动的精馏塔分裂热耦合方法。采集精馏塔单板耦合方式下的塔板温度数据，获得高压塔和低压塔耦合塔板之间的温差，进而获得精馏塔的最小热耦合温差，改为塔顶耦合方式，将高压塔置于低压塔侧方热耦合，从高压塔塔顶开始由分裂塔板选取方式逐级校核获得高压塔的分裂塔板，在分裂塔板处将高压塔分裂为高温塔和低温塔，高温塔和低温塔分别置于低压塔的两侧采用塔顶耦合方式与低压塔进行耦合换热，并在传质回路上添加节流阀和压缩机。本发明改变了精馏塔传统的耦合换热方式，通过将分裂后的高压塔与低压塔塔顶进行耦合换热，能够使高压塔的塔底温度降至最低，从而使高压塔塔底的工作压力降至最低，降低了精馏塔对原料空气的压力要求，进而降低了机组对压缩机的功率要求，最终实现整个机组能耗的降低。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105512437
【申请号】CN201610029817
【发明人】刘振宇, 郭云东, 彭翔, 谭建荣
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月15日