王聖潔、李翌玄、林國興 / 工研院材化所
蒸餾作為重要且成熟的核心分離技術，在化學製程工業中占據主導地位，但其高能耗與低熱力學效率的特性對工廠的經濟效益與環境永續產生重大影響，因此蒸餾程序的改造變成重要議題，程序強化技術的發展成為提升蒸餾效率與降低成本的關鍵。本文介紹多種應用在傳統蒸餾與特殊蒸餾可獲得明顯經濟效益的程序強化技術，包括：熱泵蒸餾、熱耦合蒸餾(或隔板式蒸餾)與反應蒸餾等，以及這些蒸餾強化技術的整合應用。此外，亦介紹液體側流此程序強化的替代策略在多塔蒸餾的應用，透過減少重新混合效應提升經濟效益以及操作與控制性能。最後，介紹工研院蒸餾技術的發展現況，並簡述蒸餾強化程序之人工智慧智能化控制以及蒸餾程序之電氣化的未來展望。
【內文精選】
蒸餾強化節能技術
3. 反應蒸餾
傳統化工製程主要是由反應與分離單元所組成。反應蒸餾是一種將反應和分離結合為一、充分利用協同(Synergistic)效應的程序強化技術，除了傳統蒸餾的精餾段與汽提段外，另在蒸餾塔內增加反應段使反應物在此段進行反應，再經精餾段與汽提段將產物與反應物分離。如圖七所示，高沸點與低沸點的反應物A與B分別從反應段的上端與下端進入塔內進行反應，低沸點與高沸點的產物C與D分別從塔頂與塔底取得。
圖七、反應蒸餾架構
工研院蒸餾技術的發展
工研院材料與化工研究所長期投入蒸餾強化節能技術的研發，具備包括反應蒸餾(合成醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯等酯化產品)與DWC(電子級溶劑純化/回收與多成分化學品分離)等製程的模擬、設計與控制能力，並利用製程模擬技術建造相關試驗工廠與設施，實證模擬結果。
近期本所亦投入熱泵蒸餾節能技術的研發，根據熱泵蒸餾模擬、設計、操作與控制技術，已於試驗工廠建立兩套熱泵蒸餾節能驗證平台，設計日處理進料量分別是50公斤與1,500公斤的蒸餾塔，規劃將透過此熱泵蒸餾節能平台進行如苯/甲苯之分離程序的節能驗證，依據Aspen Plus模擬的結果，如圖八(a)所示，導入熱泵後的節能效益預估可達40%以上。此外，在其他雙成分混合物(如乙苯/苯乙烯、醇/水)分離的模擬結果亦顯示熱泵蒸餾具有相當的節能效益，這些混合物的分離亦將進行熱泵蒸餾節能的驗證測試。圖八(b)為日進料量50公斤的熱泵蒸餾節能平台，其塔高2.5公尺、塔外徑51 mm、塔耐受溫度180˚C，目前已完成建置，可供國內業者進行先期驗證評估；圖八(c)為日進料量1,500公斤的熱泵蒸餾節能平台，其塔高8公尺、塔外徑219 mm、塔耐受溫度220˚C ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八 工研院熱泵蒸餾節能平台 (a)以熱泵蒸餾分離苯/甲苯的模擬結果；(b)日處理量50公斤的設備；(c)日處理量1,500公斤的設備
★本文節錄自《工業材料雜誌》462期，更多資料請見下方附檔。