1.1 精馏技术的发展

精馏是利用混合物各组分之间的相对挥发性能差异来分离均相液体混合物或液化的气体混合物的一种单元操作过程。精馏技术非常传统，但在当代可广泛应用于化学工业、石油炼制、食品工业、医药工业等各个方面。同时精馏过程又是一个高能耗、高操作费用的过程，其能耗约占化工厂里总能耗的三分之一，有时甚至会更多[1]。美国统计数据显示，在石油、化工等领域的总能耗中，大约有40%~50%能量消耗用于精馏过程。据Mix[2]等人的研究，美国1976年的精馏耗能约是全国总能耗的3%，如果精馏过程节能10%，则相当于每天节省100000桶石油，如果以当时的每桶石油40美元来计算，则相当于美国1976年精馏过程的操作费用每天可节省400万美元，全年仅精馏过程便可以节约大约15亿美元。显然，提高精馏过程效率将会对化工过程产生极大影响，具有非常重要的意义。

精馏技术最早可追溯到公元1世纪的亚历山大时期，其发展来源于古代酿酒和炼油，19世纪中叶由于石油化工的发展而成为化工生产操作中最重要的单元操作，且已经使用了很长时间。20世纪精馏技术的发展主要分三个阶段：第一阶段在50年代，其主要发展方向是精馏过程生产规模的扩大，发展以浮阀塔为代表；第二阶段在60年代，其主要发展方向为精馏过程的严格计算，其中计算机模拟的发展是主要代表；第三阶段在70 年代，能源危机的出现使精馏向更高效、更节能的方向发展。

精馏技术，作为当代工业中应用最广的分离技术，经过100多年的研究发展后，目前已取得相当成熟的工程设计经验和一定的基础理论研究。近年来，人们对产品纯度要求越来越高，从而对精馏技术也提出了新的要求，如低能耗、无污染等。精馏技术的发展方向已经从常规精馏转向普通精馏过程无法分离的问题，通过物理或化学的手段改变物系的性质，使组分得以分离，或通过耦合技术促进分离过程。在精馏基础研究方面，深度由宏观平均向微观、由整体平均向局部瞬态发展；研究目标由现象描述向过程机理转移；研究手段向高技术化迈进；研究方法由传统理论向多学科交叉方向拓展。在各种新分离方法得到不断开发和取得工业应用之际，在石油、天然气、石油化工、医药和农产品化学等工业中所起的作用不会改变，作为主要分离方法的地位不会动摇。随着科学技术和工业生产水平的提高，精馏的应用天地将更加广阔。

1.2 精馏过程的节能思路

精馏过程耗能最大的原因是：一方面是因为精馏是化工以及燃油工业中的主要分离技术，技术已经成熟可靠，投资相对较低；另一方面，现有精馏技术的热力学效率较低，精馏分离产品所需要的能量非常高。

精馏过程的有效能损失是由过程的不可逆性引起的，压差、浓度差和温差是相应过程的推动力，推动力越大，过程的不可逆性越大，有效能损失也就越大。因此，为了减少过程的不可逆性，需综合考虑各个因素的相互影响。根据精馏过程的节能原理，可以把目前的节能方法总结为以下几种。

以精馏原理为基础，减少精馏过程本身的能量需求。例如，在保证产品质量的前提下，调节操作压力、回流比、进料位置、操作温度及热状态等操作参数，通过敏感性分析和过程优化等来选择最佳操作值。

以热力学第一定律为基础，充分回收利用系统本身的能量。例如夹点技术、换热网络技术等[3]。

以热力学第二定律为基础，提高精馏系统的热力学效率。例如增设中间冷凝器和中间再沸器，采用侧线出料，或采用热耦合技术如多效精馏(精馏装置由压力依次降低的若干个精馏塔组成，前一精馏塔塔顶蒸汽用作后一精馏塔再沸器的加热蒸汽)、热泵精馏(将塔顶蒸汽绝热压缩升温后，重新作为再沸器的热源)以及热耦合精馏等，其中以热耦合精馏最受关注。