分離工程課件第六章 分離過程的節(jié)能(5)(能源化工方向)

1、 混合過程為熵增、自發(fā)、不可逆過混合過程為熵增、自發(fā)、不可逆過程，其逆過程（分離過程）耗能。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。 iiiixKyy *)(1* jiyyV傳傳質(zhì)質(zhì)量量：成成平平衡衡與與，jijijijijijiMLiyxxxxxE,*,1,*,1, 實實理理全全塔塔效效率率NNTETEa : .成成平平衡衡與與，jijijijijijiMVixyyyyyE,*,1,*,1, 成的變化。該層塔板前后的理論組的實際組成變化與經(jīng)過塔板前后的氣相或液相經(jīng)過一層指組分：單

2、板效率默弗里板效率，iEbi)( .MMLiMViEE， 成成平平衡衡與與jijijijijijiOGixyyyyyE,*,1,*,1, OGiEc, . 板板式式塔塔默默弗弗里里點點效效率率 .HETPd 填填料料塔塔的的等等板板高高度度理理論論板板數(shù)數(shù)填填料料層層高高度度 / HETP OGjijijijiYNyyyyGaZK 1,*,*,ln的的關(guān)關(guān)系系：與與OGOGENOGNjijijijijijijijiOGeyyyyyyyyE 1,*,*,1,*,1,11有有積分積分對對, )( *dZdAyyaKdydAGiiYi GaZYKOGNOGeeE 11 21)(84.1042377.

3、 2567. 4776. 0CfvwGSLLFhN kVLAANNNLGOG 111塔塔和和篩篩板板塔塔研研究究結(jié)結(jié)果果：據(jù)據(jù)美美國國化化工工學學會會對對泡泡罩罩OGELGNN 、LLLtFDN)15. 0213. 0()10127. 4(218 )(/mmZc ; )/(23鼓鼓泡泡面面積積為為板板上上持持液液量量，為為板板上上液液體體流流程程， mllLZcltfVL FlLhZcfVW0135. 0)(454. 219. 00419. 0 1,*,1, jijijijiOGijijijijiyyyyEyyxxMVijijijijiEyyyy,1,*,1, OGNOGMVeEE 1板板上上

4、液液體體完完全全混混合合 )1(且且停停留留時時間間相相同同活活塞塞流流板板上上液液體體完完全全不不混混合合)( )2(研研究究：LewiskVLA 1)(AEMVOGeAEOGMVOGMVEEEE 完完全全不不混混合合完完全全混混合合說說明明：1 .1OGMVEE /OGE越越大大。越越小小，而而且且增增大大，液液體體混混合合作作用用減減弱弱，使使一一定定時時：當當MVMVOGEEN . 2的的關(guān)關(guān)系系與與 1 1- -圖圖6 6OGEMVE與與流流體體總總方方向向垂垂直直橫橫向向混混合合與與流流體體總總方方向向平平行行縱縱向向混混合合。響響板板上上液液體體以以不不同同方方式式影影板板上上液

5、液體體部部分分混混合合OGEMVE )3( OGEMVEb合合曲曲線線方方向向移移動動，使使全全不不混混合合向向完完全全混混，前前圖圖中中體體現(xiàn)現(xiàn)趨趨向向由由完完組組成成更更接接近近于于出出口口組組成成液液體體減減小小，使使得得所所有有位位置置上上促促使使液液體體沿沿流流程程濃濃度度差差縱縱向向混混合合：.。橫橫向向混混合合也也應(yīng)應(yīng)該該使使分分縱縱向向混混合合時時，若若存存在在部部。使使。若若無無縱縱向向混混合合時時，可可接接近近停停留留時時間間均均一一情情況況和和反反混混造造成成的的不不利利影影響響減減少少了了停停留留時時間間不不均均一一橫橫向向混混合合： OGEMVEOGEMVEc ,.兩

6、兩條條曲曲線線之之間間位位于于圖圖1 16 6的的關(guān)關(guān)系系與與 a a. .-OGEMVE1 11)(1)(eeeePOGMVPePPeEE 1412/ 2122 ）（板板）（適適用用于于泡泡罩罩板板和和篩篩孔孔渦渦流流擴擴散散系系數(shù)數(shù)，板板上上平平均均停停留留時時間間，）準準數(shù)數(shù)彼彼克克來來（式式中中：eOGeELLEeAPEPsmDStPeclettDlP OGMVeOGMVeeOGOGMVEEPEEPbaPPAEEE 完完全全混混合合完完全全不不混混合合圖圖為為參參數(shù)數(shù)作作圖圖，對對0, 56191 OGMVEE OGMVEEMVaMVMVaaEEeEeEEE ;11)(）（：濕濕板板效

7、效率率有有霧霧沫沫夾夾帶帶下下的的板板效效率率計計算算，圖圖霧霧沫沫夾夾帶帶量量；7666193192 Pe245.0)(49.0 LTE 1)(x 468. 0ln164. 0 xET1)(x 443. 0ln0687. 0 xETixx iL 為為相相對對揮揮發(fā)發(fā)度度。；的的黏黏度度，為為全全塔塔平平均均溫溫度度下下進進料料 smPaL 08. 025. 014. 0Re07. 0ScDgEMV 2L/)/( msNUDgDgLvL 為為液液體體黏黏度度，；為為表表面面張張力力系系數(shù)數(shù)，式式中中： mNsmUv/L為為液液體體表表面面張張力力，；為為空空塔塔氣氣速速， 32/)/(mkgs

8、mDDScSchmidiScLLKLKLL為為液液體體密密度度，；散散率率，為為液液體體中中輕輕關(guān)關(guān)鍵鍵組組分分擴擴；數(shù)數(shù)，為為液液體體 為為開開孔孔率率。；氣氣體體密密度度，；為為堰堰高高，數(shù)數(shù)，為為AVwALVVWFmkgmmhFUhynolds3/)/(ReReRe 陶瓷鮑爾環(huán)陶瓷鮑爾環(huán) 塑料鮑爾環(huán)塑料鮑爾環(huán)(填料填料) 陶瓷規(guī)整波紋填料陶瓷規(guī)整波紋填料 絲網(wǎng)波紋填料絲網(wǎng)波紋填料 21)(84.1042377.2567.4776.0CfvwGSLLFhN LLLtFDN)15.0213.0()10127.4(218 kVLAANNNLGOG 111OGNOGeE 11,1 , 1Hizn

9、mHmizmn,1,1, 1 mHmizmn2,2 , 2HiznWQ）（熱力學第一定律：出進226 WHnQHnkkjj）（自由焓定義：進出266min,jjkkTGnGnGWTSHG）（即即：STHWT min,226236min,jjkkjjkkTSnSnTHnHnW進出進出）：）代入（將（）（設(shè)等溫可逆過程：進出236jjkkSnSnTQ）（66lnln,min, FBFBFAFAFTyyyyRTnW5)-(6 )ln)ln46,min, jijijkikikTiiiiyynyynRTWPyfyz（）：代代入入（進進出出4)-(6 )ln)lnlnln,min,00 jijijkiki

10、kTiiiiiifznfznRTWffRTzG（）（混混合合物物的的自自由由焓焓：進進出出 氣氣體體：、成成純純構(gòu)構(gòu)成成二二元元混混合合物物，分分離離若若將將組組分分BAAB ）（）：代代入入（進進出出76)ln )ln56,min,0 jijijijkikikikTLiiiixxnxxnRTWfxf ）（）（）（86lnln,min, FBFBFBFAFAFAFTxxxxnRTW 分分：二二元元混混合合物物分分離離成成純純組組：過過程程對對環(huán)環(huán)境境所所作作的的功功的的熱熱源源向向過過程程傳傳遞遞熱熱量量：從從溫溫度度為為）（進進出出SSjjkkWTQWQHnHn 96 ）（）（）（）（產(chǎn)產(chǎn)生

11、生進進出出11610000 SjjjkkkWQTTSTSTHnSTHn變變：不不可可逆逆過過程程引引起起的的熵熵）（產(chǎn)產(chǎn)生生進進產(chǎn)產(chǎn)生生出出SSTQSnSnkkjj 1060）合合并并：）后后與與（乘乘（用用106960 T）（）（）代代入入（有有效效能能定定義義：產(chǎn)產(chǎn)生生進進出出1261116000 SjjkkWQTTSTBnBnSTHB分離分離凈凈BW ）（凈凈功功消消耗耗：產(chǎn)產(chǎn)生生分分離離產(chǎn)產(chǎn)生生進進出出凈凈13600 STBSTBnBnWWWjjkkSC環(huán)環(huán)境境、熱熱源源溫溫度度，熱熱量量；環(huán)環(huán)境境傳傳熱熱所所作作功功）的的熱熱源源向向）（溫溫度度為為（等等當當功功：由由卡卡諾諾循循環(huán)

12、環(huán)，可可逆逆熱熱機機TTQTTTTQCW0001 （等溫可逆過程）分離凈分離的熱庫交換。過程的熱量與溫度為）（有效能定義：STHBWWTSTHBWSTHBTT00min,000min,0146）（非非等等溫溫可可逆逆過過程程：產(chǎn)產(chǎn)生生分分離離凈凈0 W- SB15)-(6 ,H,dTCxiTFTipiFi 16)-(6 )ln(,FFiiiTFTipiFiPxPRdTTCxS 原料原料產(chǎn)物產(chǎn)物）（）（可可逆逆熱熱機機功功：出出入入CCCRRRTTTQWTTTQW00 ）（）（）（過過程程消消耗耗的的凈凈功功：出出入入凈凈17600 CCCRRRTTTQTTTQWWW1 凈凈分分離離率率：定定義

13、義分分離離過過程程熱熱力力學學效效WB 分分離離凈凈產(chǎn)產(chǎn)生生分分離離凈凈有有：）：由由（BWSTBW 0136QCQRQ 料料的的焓焓差差別別極極小小，有有：分分離離過過程程產(chǎn)產(chǎn)生生的的焓焓與與原原18)-(6 0)11(W- )176(0 RCTTQT凈凈為為：)/(79.65/38.1740/16.2722027,2 .325KkmolkJFSkmolkJFHhkmolkPaK )/(10.66/37.3073/95.1124 .2068,8 .330KkmolkJWSkmolkJWHhkmolkPaK )/(69.74/9 .12793/21.1595 .1930,8 .319Kkmol

14、kJDSkmolkJDHhkmolkPaK QR=34311918.14kJ/h 進進出出分分離離已已知知hkJBnBnBkmolkJSTHBkmokJSTHBkmolkJSTHBKTjjkkFFFWWWDDD/1483509/88.17601/03.16360/96.9164294)20000hkJTTQTTQWWWCCRR/3 .638711311)300 ）（）（出出入入凈凈%23.23)4 凈凈分分離離WB FHF+QR=DHD+WHw+Qc1 凈凈分分離離WB ，使使若若凈凈W不不可可改改變變組組成成有有關(guān)關(guān)、與與分分離離PTSTHB 0yAXAXAyAR=RmXAXA yA 一個塔

15、，一種方案一個塔，一種方案ABCDABCDBCCDD)!1(1211 CCCSSSSCCijCjC！）（或：或：CCSTS1 iDiimmiDiiDxVRx,1高。，熱負荷小，凈功消耗低果無非關(guān)鍵組分存在，與級間流量成正比，如相差大；、多，物系難分，有：若）（）（非關(guān)鍵組分）的難分組分最后分（無關(guān)凈關(guān)QTTNQQQTTQTWRCCRRC11110大。大。提餾段熱力學不可逆性提餾段熱力學不可逆性反之，若反之，若大。大。精餾段熱力學不可逆性精餾段熱力學不可逆性，更接近與更接近與）比（比（）使（使（定；若定；若后，塔釜蒸汽蒸發(fā)量一后，塔釜蒸汽蒸發(fā)量一規(guī)定規(guī)定釜采出相差不大）釜采出相差不大）盡可能對分（塔頂與塔盡可能對分（塔頂與塔提提精精,1,),(WDVLVLWDRWLVDLV D. 分離要求高的組分最后分分離要求高的組分最后分 分離要求：純度、回收率分離要求：純度、回收率高純度或高回收率，回流比大，理論塔板數(shù)多，非關(guān)高純度或高回收率，回流比大，理論塔板數(shù)多，非關(guān)鍵組分的存在，增大級間流率，增大塔徑、投資。鍵組分的存在，增大級間流率，增大塔徑、投資。E. 含量