重学化工原理：多效精馏

       精馏在化工生产中有着广泛的应用，为了降低能耗，通常可以采用多种节能措施，多效精馏就是一种广泛使用的节能措施。
　　 01 多效精馏原理

　　多效精馏的工作原理是通过重复使用供给精馏塔的能量，提高能量利用效率。以多塔代替单塔，将一个分务分解为由若干个操作压力不同的塔来完成，每一个精馏塔成为一效，将前一塔的塔顶蒸汽作为后一塔再沸器的加热蒸汽，以此类推，直至个塔。即利用高压塔顶蒸汽的潜热向低压塔的再沸器提供热量。
　　在多效精馏过程中，混合物首入级精馏塔，经过加热蒸发产生蒸汽和液体。蒸汽中含有较轻的组分，而液体中则富集了较重的组分。蒸汽通过塔顶排出，进入下一级精馏塔的再沸器中，同时也作为热源提供给再沸器中的液体。再沸器中的液体在接触到蒸汽的热源下重新蒸发，产生新的蒸汽和液体。这个过程持续进行，直到级精馏塔，最终获得所需的纯净组分。
　　02 多效精馏流程
　　多效精馏的工艺流程通常包括预热、蒸发、回流和冷凝等步骤。
　　1）预热。原料进入级精馏塔前，需要进行预热处理。预热的目的是提高原料的温度，减少能量消耗。预热通常通过加热器完成，将原料加热至适宜的温度。
　　2）蒸发。预热后的原料进入级精馏塔，在加热的作用下，原料发生蒸发，产生的蒸汽进入下一级精馏塔。蒸汽在塔内上升时与塔内的液体进行传质传热，将目标物质逐渐提纯。
　　3）回流。每个精馏塔都设有回流器，用于将部分顶部产物液体回流到塔顶。回流器的作用是提高传热效率，增加目标物质的回收率。
　　4）冷凝。在每个精馏塔的顶部设置了凝结器，用于冷凝蒸汽，将蒸汽转化为液体。冷凝后的液体即为目标物质的纯品，可以进行收集和回收利用。通过以上工艺流程的逐级操作，多效精馏实现对目标物质的高效分离和提纯。

　　图为甲醇多效精馏流程，用两塔式热集成多效精馏，其中 T–201 为高压塔，塔顶饱和甲醇气直接作为低压塔 T–202 的重沸器热源，充分利用甲醇气的潜热，换热后的甲醇液与进料充分换热后部分回流，剩余部分通过循环水冷凝后直接外送，低压塔 T–202 按单塔的操作模式对原料中的剩余甲醇进行回收。
　　03 多效精馏回收效率
　　多效精馏效数N与理论节能效率η的关系如下：

　　根据上式可以计算，双效精馏的理论节能效率为50%，三效精馏的理论节能效率为66.7%，四效的为75%。因此多效精馏加热蒸汽的用量与效数成反比，效数越多，用量越少。
　　尽管多效精馏有明显的好处，但其应用仍然受到一定的限制，首先，效数要受到投资的限制，效数增加，塔数增加，设备投资费用增大。同时，效数增加，效塔的压力增加，塔底再沸器所用的加热蒸汽的品质提高，将削弱因能耗降低而减少的操作成本；同时又使换热器传热温差减小，使换热面积增大，故换热器的投资费用增大。其次，效数受到操作条件的限制。效塔中的压力和温度，受系统临界压力和温度、热源的温度以及热敏性物料的许可温度的限制；而压力的塔通常受塔顶冷凝器冷却水温度的限制。最后就是多效精馏系统操作相对困难，对设计和控制的要求较高。
　　因此，在实际应用中，可考虑采用双效精馏。
　　根据进料与压力梯度方向的一致性，多效精馏可分为：
　　1、并流结构，即原料分配到各热集成塔进料。
　　2、顺流结构，进料方向与压力梯度方向一致，即从高压塔进料。
　　3、逆流结构，进料方向与压力梯度方向相反，即从低压塔进料。
　　4、混流结构，从高压塔进料，塔顶冷凝液进入低压塔。
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