化工分離過程（ 陳洪鈁劉家祺編 ）第六章 分離過程的節(jié)能.ppt

第六章分離過程的節(jié)能 混合過程為不可逆過程 其逆過程 分離過程 耗能 學習本章意義 1 確定完成一個分離過程所需理論最小能量 2 確定接近此能量極限的實際過程 或減小使用昂貴能量的實際過程 第六章分離過程的節(jié)能 第一節(jié)分離的最小功和熱力學效率第二節(jié)精餾的節(jié)能技術第三節(jié)分離順序的選擇 返回 第一節(jié)分離的最小功和熱力學效率 6 1 1等溫分離最小功6 1 2非等溫分離和有效能6 1 3凈功消耗和熱力學效率 返回 熱力學第二定律 完成同一變化的任何可逆過程所需功相等 6 1 1等溫分離最小功 連續(xù)穩(wěn)定分離系統(tǒng) 進出系統(tǒng)物流變量 n zi H S 熵 Q 系統(tǒng)對環(huán)境作功 W 例6 1 二 分離低壓下液體混合物 例6 2 傳熱速率 返回 6 1 2非等溫分離和有效能 熵平衡 式 6 20 6 22 中 返回 6 1 3凈功消耗和熱力學效率 通常 分離過程所需的能量多半是以熱能形式而不是以功的形式提供的 一般以W凈計算能量 凈功消耗 W凈 W入 W出一般分離過程 非等溫可逆過程為1 例6 3設環(huán)境溫度T0 294K 計算 1 再沸器負荷 冷凝器負荷給定 2 有效能變化3 凈功消耗4 熱力學效率解 計算基準 1小時1 由圖解得 D 159 21kmol hW 112 95kmol hF 272 16kmol h全塔熱量衡算 QR 34311918 14kJ h T0 294K 返回 第二節(jié)精餾的節(jié)能技術 6 2 1精餾過程的熱力學不可逆性分析6 2 2多效精餾6 2 3低溫精餾的熱泵6 2 4設置中間冷凝器和中間再沸器的精餾 返回 6 2 1精餾過程的熱力學不可逆性分析 熱力學不可逆性 1 通過一定壓力梯度動量傳遞2 通過一定溫度梯度熱量傳遞3 通過一定濃度梯度質量傳遞 或不同化學位物流直接混合 使凈功降低的方法 降低壓差減少溫差減少濃度與平衡濃度差1 塔設備若N越多 使 P 不可逆性越大可使 氣速 液層高度 使 P 但是 氣速 生產(chǎn)能力不變時D 投資費 液層高度 板效率 改進方式 1 選擇合適的塔徑 液層高度2 改板式塔為高效填料塔 2 再沸器 冷凝器若傳熱溫差小 不可逆性減小但是 傳熱面積 設備費用 液層高度 板效率 改進方式 1 采用高效換熱器2 改進操作方式3 傳熱推動力 傳質推動力精餾操作 Ln 1 Vn 1進入n板 對Vn Ln在n板溫度和濃度相互不平衡 改進方式 1 傳熱推動力 T Tn 1 Tn 2 傳質推動力 y KnXn i yn 1 i 即 y x圖中 操作線向平衡線靠近 T y N 換熱器 臺塔徑 中間大 兩頭小 返回 a 分別進料 b 低壓塔產(chǎn)物進高壓塔 C 產(chǎn)物前饋進料 返回 6 2 2多效精餾多效精餾 能量減少30 40 圖6 7 多效精餾塔的基本方式特點 高壓塔氣相采出是低壓塔塔釜的熱源 用一倍的熱處理兩倍之多進料 例6 4 返回 返回 6 2 3低溫精餾的熱泵用于 組分沸點差較小的低溫精餾采用 膨漲閥 壓縮機三種 1 外部制冷劑圖6 92 壓縮塔頂蒸汽圖6 103 用再沸器氣體閃蒸圖6 11表6 1低溫下丙烯 丙烷分離的熱力學效率和日公用費用 返回 返回 返回 返回 返回 6 2 4設置中間冷凝器和中間再沸器的精餾1 使操作向可逆精餾方向趨近2 采用中等溫度的再沸器和冷凝器圖6 13SRV蒸餾特點 沿全塔布置的換熱元件能大大降低塔頂 塔釜負荷提餾段 蒸汽流率自下而上穩(wěn)定增加精餾段 液體回流量自上而下穩(wěn)定增加 返回 返回 返回 第三節(jié)分離順序的選擇 6 3 1簡單分離順序的合成6 3 2復雜塔的分離順序 返回 一 分離順序數(shù)將混合物ABCDE 按揮發(fā)度降低排列 分離為純組分 6 3 1簡單分離順序的合成 二元 一個塔 一種方案 三元 二個塔 二種方案 四元 順序流程 三個塔 五種方案 按相對揮發(fā)度交錯采出的逆序流程 C個組分 采用C 1個塔 分離序數(shù)為 用 6 28 或 6 29 計算結果列入表6 2 對于特殊精餾 例萃取精餾 加質量分離劑 且數(shù)目多 總序數(shù) T 不同質量分離劑對相同組分分離方法數(shù) C 系統(tǒng)組分數(shù) SC 簡單塔計算順序數(shù) 例6 5用普通精餾將混合物分離成三個產(chǎn)品 確定分離順序數(shù) 相對揮發(fā)度遞減 解 產(chǎn)品揮發(fā)性不相鄰方法 1 先分出純品 查表6 2 C 5時 SC 142 再將烷烴 烯烴混合結論 采用普通精餾不合理 二 確定分離順序的經(jīng)驗法 經(jīng)驗法 啟發(fā)法 優(yōu)點 不用對所有可能的分離順序進行考察 在不作設計和設備費用估計情況下 很快選出好順序 普通塔經(jīng)驗法 1 按相對揮發(fā)度遞減順序分離依據(jù) Underwood式 餾出物中 1 組分數(shù)少 Vm少 熱負荷低 2 若混合物中含低沸物 使之不進入后面塔 4 分離要求高的組分最后分分離要求 純度 回收率純度高 N多 此時無關鍵組分 使塔徑減小 5 含量多的組分先分使后面能量降低 塔徑減小 6 特殊組分先分特殊組分 熱敏性 強腐蝕性 易爆 易燃等 注意 1 以上經(jīng)驗互相沖突 要綜和考慮