分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合培訓(xùn)教材

第六章分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合６.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率6.2分離過程的最小分離功6.3分離過程的節(jié)能6.4分離過程系統(tǒng)合成（1）掌握等溫分離的最小功的計(jì)算方法，了解非等溫分離和有效能、凈功消耗和熱力學(xué)效率的計(jì)算。（2）了解精餾過程的熱力學(xué)不可逆分析方法，掌握精餾過程的節(jié)能技術(shù)。（3）掌握簡單分離和復(fù)雜塔的分離順序的合成的原則。本章要求：6.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率6.1.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備有板式塔和填料塔兩類。影響氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力的因素有：6.1.1.1液泛板式塔：，處理能力增加；填料塔：，處理能力增加。規(guī)整填料處理能力大于亂堆填料。6.1.1.2霧沫夾帶6.1.1.3.壓力降

板式塔中，霧沫夾帶程度用霧沫夾帶量（<0.1kg液體／kg氣體）或泛點(diǎn)百分率表示。隨。真空操作設(shè)備的往往成為限制生產(chǎn)能力的主要原因，還影響降液管內(nèi)液位高度，↑，液位高度↑，以造成液泛。6.1.1.4.停留時(shí)間精餾中液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間一般≮3～5秒。6.1.2氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及影響因素6.1.2.1實(shí)際板和理論板的差異⑴理論板假定離開該板的汽、液兩相達(dá)到平衡

⑵理論板上相互接觸的汽液兩相完全混合，板上液相濃度均一⑶實(shí)際板上汽液兩相存在不均勻流動(dòng)，停留時(shí)間有明顯差異

⑷實(shí)際板存在霧沫夾帶、漏液和液相夾帶泡沫現(xiàn)象。6.1.2.2級效率的定義（1）全塔效率ET（總板效率，塔效率）－－為完成給定分離任務(wù)所需要的理論塔板數(shù)（N）與實(shí)際塔板數(shù)（Nact）之比。ET的特點(diǎn)是容易測定和使用。⑵板式塔①默弗里（Murphree）板效率默弗里板效率――實(shí)際板上濃度變化與平衡時(shí)應(yīng)達(dá)到的濃度變化之比。――與成平衡的氣相摩爾分率。默弗里氣相板效率yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1一般默弗里液相板效率yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1②默弗里（Murphree）點(diǎn)效率

板上氣液兩相錯(cuò)流，假定液體在垂直方向上完全混合。若氣液兩相完全混合，則＝。――與成平衡的氣相摩爾分率。xi,j-1xi,jjj-1⑶填料塔①傳質(zhì)單元高度②等板高高度（HETP）對于填料料塔:為相當(dāng)于于一塊理理論板所所需的填填料高度度。對于板式式塔:6.1.2.3影響級級效率的的因素⑴點(diǎn)效率率與傳質(zhì)質(zhì)間的關(guān)關(guān)系由雙膜理理論得：：G一定，。塔板上液層愈厚，氣泡愈分散，表面湍動(dòng)程度愈高，點(diǎn)效率愈高。NG、NL可由經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)式求得得。⑵液體混混合情況況對板效效率的影影響液體流經(jīng)經(jīng)塔板時(shí)時(shí)，板上上任一點(diǎn)點(diǎn)的液體體會(huì)在三三個(gè)垂直直方向上上發(fā)生混混合：縱向混合、橫向混合和垂直于塔板液液面，沿沿氣流的的混合。。這些混混合將影響板效效率。描述流型型對效率率影響的的數(shù)學(xué)模模型：yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1①板上液液體完全全混合板上各點(diǎn)均相同，并等于該板出口溢流液的xi,j組成，即，若進(jìn)入板各點(diǎn)的是均一的，則有：②液體完完全不混混合（活活塞流））且停留留時(shí)間相相同默弗里板板效率和和點(diǎn)效率率間關(guān)系系式：由上式得得右圖知知：液體體混合作作用的減減弱使默默弗里板板效率增增大。1.05.000.53.0EOG／λEMV／EOG完全不混合完全混合③液體部部分混合合縱向混合將使下降；橫向混合將使上升。不完全混合使得。不均勻流流動(dòng)，尤尤其是環(huán)流會(huì)對效率率產(chǎn)生不利影響；橫向混合合能削弱液液相不均均流動(dòng)的的不利影影響；塔徑加大大，縱向不不完全混混合有利利影響減減弱，不不均勻流流動(dòng)則趨于加強(qiáng)強(qiáng)。液體流程的的平均寬度度完全混合完全不混合合30（3）霧沫沫夾帶霧沫夾帶為為級間混合，降低分離離設(shè)備的分分離效果，，板效率下降降。Colburn（可可爾本）1936年年推導(dǎo)出下下關(guān)系：――有霧沫夾帶下的板效率。此外，漏液和氣體被液體夾帶也會(huì)使板效率降低低。求得由泛點(diǎn)百分率率Ea求取步驟①由公式求求出出ＥOG②求出彼克克來準(zhǔn)數(shù)由圖或公式式求出EMV/EOG，進(jìn)而求出出EMV。③查圖得到到液泛極限限KV，進(jìn)而求出出液泛速度度uf④查圖得夾夾帶分率e，由公式式求出有霧霧沫夾帶下下的板效率率。（4）物性性的影響①液體粘度②密度梯度當(dāng)易揮發(fā)組分的大于難揮發(fā)組分的時(shí)，能形成混合旋流，可提高液相傳質(zhì)系數(shù)。大，產(chǎn)生氣泡大，相界面小，兩相接觸差，且液相擴(kuò)散系數(shù)小，效率低。因精餾T一般較吸收T高，小，故精餾塔效率高于吸收塔。③相對揮發(fā)度度大則相當(dāng)于于汽相溶解解度低，Ki小，液相阻阻力大，效效率低④表面張力梯梯度a.正系統(tǒng)統(tǒng)泡沫狀態(tài)下下操作b.負(fù)系統(tǒng)統(tǒng)噴射狀態(tài)下下操作c.中性系系統(tǒng)6.1.3.級效率率的計(jì)算方方法由理論板數(shù)數(shù)求實(shí)際板板數(shù)需要板板效率數(shù)據(jù)據(jù)。獲取方方法有三種種：A、由工業(yè)業(yè)塔數(shù)據(jù)歸歸納出的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式式求算；B、依賴傳傳質(zhì)速率的的半理論模模型求得；；C、從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)裝置或中中間工廠直直接得到數(shù)數(shù)據(jù)。⑴奧康奈爾爾（O’Connell）關(guān)關(guān)系曲線(圖6-8）6.1.3.1經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式朱汝瑾公式式：⑵VanWinkle關(guān)系系式⑶HETP亂堆填料HETP一般為為0.45~0.6米；鮑爾環(huán)25mm的的HETP為0.3m，38mm的HETP為0.45m，，50mm的HETP為0.6m；規(guī)整填料如金屬絲網(wǎng)波波紋填料CY型的HETP為0.125~0.166m、BX型的HETP為0.2~0.25m，麥勒派克填料的HETP為為0.25-0.33m。6.1.3.2機(jī)理理模型（略略）6.1.3.3.由由實(shí)驗(yàn)裝置置數(shù)據(jù)確定定板效率當(dāng)無欲分離離物系的氣氣液平衡數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，達(dá)達(dá)到分離程程度所需的的塔板數(shù)最最好通過實(shí)實(shí)驗(yàn)室測定定。使用稱稱為Oldershaw塔的玻璃或或金屬篩板板塔，塔徑徑25～50毫米，，篩孔1毫毫米，開孔孔率10％％左右。塔塔板數(shù)任意意。在20～1140千帕操操作壓力范范圍內(nèi)，Oldershaw塔的效率與與塔徑在0.46～～1.2米米范圍的中中間試驗(yàn)塔塔和工業(yè)塔塔的數(shù)據(jù)一一致。AIChE（美國化化學(xué)工程師師學(xué)會(huì)）法法,基于雙雙膜理論提提出的計(jì)算算方法。Oldershaw塔的偏于于保守的試試驗(yàn)步驟：：1）測定泛泛點(diǎn)；2）在約60％泛點(diǎn)點(diǎn)下操作（（在40～～60％范范圍內(nèi)均可可）；3）試驗(yàn)中中通過調(diào)整整塔板數(shù)和和流率，達(dá)達(dá)到預(yù)期分分離程度；；4）假設(shè)工工業(yè)塔與Oldershaw塔在相同液氣氣比下操作作需要相同同的塔板數(shù)數(shù)。6.1.4.氣液傳傳質(zhì)設(shè)備的的選擇6.1.4.1、板板式塔和填填料塔的選選擇項(xiàng)目板式塔填料塔壓降較大小尺寸填料較大，大尺寸填料及規(guī)整填料較小空塔氣速較大小尺寸填料較小，大尺寸填料及規(guī)整填料較大持液量較大較小液氣比適應(yīng)范圍較大適應(yīng)范圍較小安裝檢修較易較難材質(zhì)常用金屬材料金屬及非金屬材料

造價(jià)大直徑時(shí)較低新型填料投資較大塔效率較穩(wěn)定，效率較高傳統(tǒng)填料較低，新型填料較高

板式塔和填填料塔的選選擇要考慮慮以下因素素：（1）物系系的性質(zhì)①物料具有有腐蝕性時(shí)，通常選選用填料塔；②易發(fā)泡物系，宜選選填料塔，因其具具有限制和和破碎泡沫沫的作用；；③對熱敏物質(zhì)或需真空下操作的物物系宜選用用填料塔；⑤分離有明顯熱效應(yīng)應(yīng)的物系宜選選用板式塔（持液量量大，便于于安裝換熱熱裝置）；；⑥易聚合和含有固體懸浮物的物物系，不宜宜選用填料料塔。④對高粘度的物系的分分離，宜選選用填料塔（粘度高高，板式塔塔效率低））；（2）塔的的操作條件件①板式塔的的直徑一般般≮0.6米，填料塔塔設(shè)備費(fèi)隨隨塔徑增加加而迅速增增加，大塔塔慎用填料塔；②填料塔操作彈性小小，對液體負(fù)負(fù)荷變化尤尤為敏感，，板式塔往往往具有較較大彈性；；③采用新型填料的填料塔具具有較大的的生產(chǎn)能力力和較小的的HETP。（3）塔的的操作方式式①間歇操作，填料料塔持液量量較小，較較合適；②由多個(gè)進(jìn)料口和側(cè)側(cè)線采出的的精餾塔，，用板式塔塔更合適。。6.1.4.2、填填料的選擇擇（1）填填料材質(zhì)的的選擇瓷質(zhì)填料耐耐腐蝕性好好，使用溫溫度范圍較較寬，價(jià)廉廉。但質(zhì)脆脆、易碎。。金屬填料壁壁薄，ε大大，通量大大、壓降小小。適用于于真空精餾餾。但價(jià)高高，且應(yīng)注注意耐腐問問題。塑料填料耐耐腐蝕性性好、質(zhì)輕輕、耐沖擊擊、不易破破碎，通量量大、壓降降小，但耐耐高溫性能能差。（3）填填料尺寸的的選擇填料尺寸小小，壓降大大，費(fèi)用高高；填料尺尺寸大易出出現(xiàn)液體分分布不均及及嚴(yán)重壁流流，分離效效率低。為為此要求：：（2）填填料種類的的選擇（4）填料的單位分離離能力分離過程為為什么要節(jié)節(jié)能？分離過程的的特征？多組分分離離的多塔排排列順序?qū)δ芎氖欠穹裼绊懀?.2.分分離過程的的最小分離離功6.2.1.1等溫溫分離最小小功當(dāng)分離過程程完全可逆逆時(shí)，分離離消耗的功功完全可逆①體系內(nèi)所所有的變化化過程必須須是可逆的的②體系只與溫度為T0的環(huán)境進(jìn)行行可逆的熱熱交換6.2.1分離過程程的最小功功熱力學(xué)第一一定律等溫可逆過過程，進(jìn)出出系統(tǒng)的物物流與環(huán)境境的溫度均均為T,熱力學(xué)第二二定律物質(zhì)分離的的難易程度度，取決于于待分離混混合物和分離所得產(chǎn)產(chǎn)物的組成成（xi，yi）、溫度度和壓力（1）分離離理想氣體體的混合物物理想氣體混混合物由混合物分分離成純組組分等溫等壓分分離理想氣氣體耗功有有以下規(guī)律律：1）將等分子氣體混合物物分離成兩兩個(gè)純組分時(shí)所需最小小功要比分分離其它混混合物所需需最小功要要大。此時(shí)得無無因次最小小功為0.6931。2）同一進(jìn)進(jìn)料組成yA，F(xiàn)，分離成兩兩個(gè)純組分比分離成兩兩個(gè)非純組分所需最小功功要大，產(chǎn)品純度度越高，最最小功越大大。3)理想氣氣體的分離離最小功與與P和被分分離組分間間的相對揮發(fā)度度無關(guān)。4)環(huán)境溫溫度較高，所需最小功較大例6-1設(shè)設(shè)空氣中中含氧21％（體積積），若在在25℃常常壓下將空空氣可逆分分離成95％O2的氣氧和99％N2的氣氮，計(jì)計(jì)算分離1kmol空氣的最最小功。解：設(shè)產(chǎn)品品氣氧為1，氣氮為為2，氧為為A，氮為為B，（（1）計(jì)算算分離產(chǎn)物物1，2為為非純產(chǎn)品品需最小功功

設(shè)產(chǎn)品品氣氧的量量為xkmol，，對分離前前后的氧氣氣作物料衡衡算：1×0.21=0.95x+0.01(1—x)得：x=0.213kmol所以產(chǎn)品氣氣氮的量為為0.787kmol，產(chǎn)品品1，2的的氧、氮摩摩爾出料如如圖。⑵計(jì)算分離離空氣為純純N2，純O2所需最小功功可見，分離離成非純產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)所需需最小功小小于分離成成純組分產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)所需需的最小功功。（2）分離離低壓的液體混合物物分離成純組組分時(shí)所需需最小功討論：1）若溶液為正偏差（即），等溫分離最小功將比分離理想溶液時(shí)??；2)若溶液為負(fù)偏差（即），等溫分離最小功將比分離理想溶液時(shí)大，原因是負(fù)偏差系統(tǒng)，不同組分間的分子力大于同一組分分子間的力，所以更難分離；3)對于完全不互溶體系（即）最小功等于零。例6-2證證明等溫分分離二元理理想氣體混混合物為純純組分，其其最小功函函數(shù)的極大大值出現(xiàn)在在等摩爾組組成進(jìn)料的的情況。證明：由計(jì)計(jì)算此情況況下最小功功公式6－－10對二元物系系有：yBF=1-yAF,將之代入入上式得上式兩邊對對yAF求導(dǎo)得：則1－yAF=yAF,解得yAF=0.5.令由此證得，，最小功函函數(shù)的極大大值出現(xiàn)在在等摩爾組組成進(jìn)料的的情況。當(dāng)yAF<0.5，當(dāng)yAF>0.5，所以yAF=0.5時(shí)，有極大值。6.2.2非等等溫分離和和有效能分離過程所所需的最小小功，按物物系在分離離過程中的有效能的增增量變化來表示示分離成純組組分時(shí)凈功由可逆熱機(jī)將熱轉(zhuǎn)變?yōu)闉楣Γ源_確定實(shí)際過過程的凈功功消耗。精餾分離6.2.3凈功消消耗6.2.4熱力學(xué)效效率熱力學(xué)效率率若分離過程程是完全可逆的，熱力學(xué)學(xué)效率為1實(shí)際過程為為不可逆過過程，故必必定小于1.0通常:1)只依靠靠外加能量(ESA)的分離過程程（如精餾餾、結(jié)晶）），熱力學(xué)學(xué)效率較高；2)除加入入ESA，還需加入入MSA的分離過程程（如萃取取精餾、共共沸精餾、、萃取、吸吸收和吸附附等）熱力力學(xué)效率較低；3)速率控制的分離離過程熱力力學(xué)效率更低。如圖精餾過過程的凈耗耗功為：QCTCQRTRDWF精餾塔若進(jìn)出體系系的物料的的焓相近時(shí)時(shí)，近似有有QR＝QC＝Q，則

例6-2某某丙烯(A)-丙烷烷(B)精精餾塔。若若進(jìn)料為泡泡點(diǎn)進(jìn)料，，進(jìn)料量F=272.16kmol/h,HF=1740.38kJ/kmol，SF=65.79kJ/(kmol·K)，塔頂餾餾出液D=159.21kmol/h，HD=12793.9kJ/kmol，SD=74.69kJ/(kmol·K)，塔底底釜液W=112.95kmol/h，HW=3073.37kJ/kmol，SW=66.10kJ/(kmol·K)，假設(shè)設(shè)環(huán)境溫度度T0＝294K。

計(jì)算算⑴再沸器器負(fù)荷(冷冷凝器負(fù)荷荷QC=32401526kJ/h給定)；；⑵有效能能變化；⑶⑶當(dāng)再沸器器加熱劑溫溫度TR=377.6K，冷冷凝器冷卻卻劑溫度TC=305.4K時(shí)的的凈功消耗耗；⑷熱力力學(xué)效率。。解：⑴作全全塔熱量衡衡算：⑵己知T0＝294K⑶凈功消耗耗⑷熱力學(xué)效率率例苯－甲甲苯常壓精精餾塔，進(jìn)進(jìn)料、餾出出液及釜液液的溫度分分別為92℃、、82℃℃和108℃，設(shè)設(shè)環(huán)境溫度度為20℃℃，塔頂冷冷凝器的熱熱負(fù)荷為997kW（用水冷冷卻），塔塔釜再沸器器熱負(fù)荷為為1025kw（用用130℃℃蒸汽加熱熱）。試求求過程凈功功消耗。解：塔頂用用水冷卻，，設(shè)循環(huán)水水溫為35℃（308K）則由式6－256.3.分分離過程的的節(jié)能6.3.1.分離過過程的熱力力學(xué)分析精餾過程熱熱力學(xué)不可可逆的原因因精餾過程不可逆的根根本原因是是三傳的不可可逆性。其主要表表現(xiàn)于以下下幾方面：：（1）流體體流動(dòng)時(shí)有有（（通過一定定壓力梯度度的動(dòng)量傳傳遞）；（2）傳傳熱時(shí)有一一定溫差（通過一定定溫度梯度度的熱量傳傳遞或不同同溫度的物物流直接混混合）；（3）傳傳質(zhì)過程有有濃度差（通過一定定濃度梯度度的質(zhì)量傳傳遞或不同同化學(xué)位的的物流直接混合）；（4）還可可能存在不不可逆化學(xué)學(xué)反應(yīng)。提高精餾過過程熱力學(xué)學(xué)效率的途途徑（1）降低流動(dòng)過程的，變板式塔為填料塔是降低提高生產(chǎn)能力的主要途徑；（2）減小塔頂冷凝器和塔底再沸器的,常采用高效換熱器或改進(jìn)操作方式；（3）在較較小R或不不同R（設(shè)設(shè)中間再沸器器或中間冷凝器器）下操作，，以便降低低傳熱傳質(zhì)質(zhì)的不可逆逆性（降低低了所耗能能量的品位位，降低了了有效能消消耗，從而而提高了熱熱力學(xué)效率率）；（4）采采用雙效或多效精餾（各塔采用用不同壓力力，使供入入塔內(nèi)的熱熱量重復(fù)使使用，重復(fù)復(fù)使用的次次數(shù)稱為效效數(shù)）（5）對原料中各各組分沸點(diǎn)點(diǎn)差不大的的系統(tǒng)采用用熱泵流程。有效能的充充分回收及及利用采用加強(qiáng)設(shè)設(shè)備的保溫及利用物流流的部分顯熱或潛熱等措施減少過程的的凈耗功改變分離過過程操作條件減少過程的的凈耗功，，如嚴(yán)控設(shè)設(shè)計(jì)富裕度，選定最佳R6.3.2.設(shè)置中中間冷凝器器和中間再再沸器設(shè)置設(shè)置中間冷凝器和中間再再沸器，使使操作更趨趨于可逆精精餾，凈功功消耗降低低，同時(shí)可可回收或節(jié)省高位的能量量。當(dāng)頂?shù)蜏夭钶^較大時(shí)，效果尤尤佳。若在中間冷冷凝器和中中間再沸器器之間加一一熱泵，效效率更高。。6.3.3.多效精精餾利用若干壓力不同的精餾塔，，按壓力高高低順序進(jìn)進(jìn)行組合，，使相鄰兩塔之間將高壓塔頂?shù)牡恼羝鳛榈蛪核椎牡脑俜衅鞯募訜峤橘|(zhì)多效精餾比比單效精餾餾可節(jié)省加熱蒸蒸汽的30%-50%但需增加設(shè)備投資，需要更更高的控制系統(tǒng)。并流型混流型串聯(lián)型低壓塔高壓塔F1F2D2W1W2D1低沸成分>高沸成分1、并流型型2、逆流型型低壓塔高壓塔FD2WD1SW低沸成分>高沸成分3、混流型型低壓塔高壓塔FD2WD1SW低沸成分>高沸成分W低壓塔高壓塔FW1W2DS低沸成分<高沸成分6.3.4.低溫精精餾的熱泵泵熱泵——將精餾和制制冷循環(huán)結(jié)結(jié)合起來，，把塔頂?shù)偷蜏靥幍臒釤崃總鬟f給給塔釜高溫溫處的系統(tǒng)統(tǒng)。解決辦法將制冷與精餾餾結(jié)合起來，把熱熱量由低溫溫處傳向高高溫處。存在問題T頂<T釜，熱量不能能自動(dòng)由低低溫傳向高高溫提出設(shè)想將塔頂移出出熱量拿到到塔釜供熱熱精餾操作共共同特點(diǎn)塔頂溫度低于塔底溫度塔頂需供冷移熱，塔釜須供熱(1)采用用外部致冷冷劑的熱泵泵（閉式熱泵泵）DW

F精餾塔(2)采用用壓縮塔頂頂蒸汽的熱熱泵（開式A型型熱泵）FDW精餾塔(3)采塔塔底液體閃閃蒸的熱泵泵（開式B型型熱泵）低溫精餾采采用熱泵可可提高熱力力學(xué)效率。。當(dāng)原料中中各組分沸沸點(diǎn)接近，，且沸點(diǎn)均均小于環(huán)境境溫度時(shí)，，效果更佳佳。DWF精餾塔雙塔式熱泵泵精餾流程程(4)熱泵泵精餾節(jié)能能例子將溫度較低低的塔頂蒸蒸汽經(jīng)壓縮縮后作為塔塔底再沸器器的熱源消耗一定量量的機(jī)械功功來提高低低溫蒸汽的的能位而加加以利用12346.3.5有關(guān)分分離操作的的節(jié)能經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)規(guī)則P202表表6-1１、如果進(jìn)進(jìn)料混合物物中不止存存在一相，，則首選采采用機(jī)械分分離２、避免熱熱量、冷量量或機(jī)械功功的損失；；采用合適適的絕熱措措施；避免免排出大量量熱的或冷冷的產(chǎn)品，，質(zhì)量分離離劑等等３、避免作作過于安全全的設(shè)計(jì)和和（或）沒沒有必要使使分離過度度的實(shí)際操操作；對于于生產(chǎn)能力力變動(dòng)的裝裝置，則尋尋求有效調(diào)調(diào)節(jié)范圍的的設(shè)計(jì)４、尋求有有效的控制制方案，以以降低不穩(wěn)穩(wěn)定操作時(shí)時(shí)的過量能能耗和減少少由于能量量積累所引引起的相互互影響對過過程的干擾擾５、在過程程構(gòu)成中尋尋求有效能能最大者（（或成本費(fèi)費(fèi)用最大者者）作為首首要對象，，通過過程程的改進(jìn)以以降低能耗耗６、在相際際轉(zhuǎn)移時(shí)，，優(yōu)先分離離掉轉(zhuǎn)移量量少的而不不是轉(zhuǎn)移量量多的組分分７、使用的的換熱器要要適當(dāng)，換換熱器如果果較貴，就就要尋找傳傳熱系數(shù)較較高的８、盡力減減少質(zhì)量分分離劑的流流量，只要要選擇性可可以達(dá)到要要求，優(yōu)先先選擇Ｋ１大的分離劑劑９、只要好好用，優(yōu)先先選擇分離離因子高的的方案10、避免免將不相同同組成溫度度的物流混混合的設(shè)計(jì)計(jì)11、分清清不同形式式的能量以以及不同溫溫度水平的的冷量和熱熱量的價(jià)值值差別；加加進(jìn)和引出出熱量要使使其溫度水水平接近于于所需要的的或是所具具有的值；；盡量有效效地利用熱熱源和熱阱阱之間的整整個(gè)溫差，，例如多效效蒸發(fā)12、對于于在較小溫溫差下輸入入熱量來進(jìn)進(jìn)行分離的的過程，可可以考慮使使用熱泵的的可能性13、適當(dāng)當(dāng)采用分級級或逆流操操作，以降降低分離劑劑用量14、當(dāng)分分離因子差差不多時(shí)，，優(yōu)先選用用能量分離離劑過程，，而其次選選質(zhì)量分離離劑過程，，同時(shí)，如如有必要分分級，則優(yōu)優(yōu)先考慮平平衡過程，，其次才考考慮速率控控制過程15、在能能量分離劑劑過程中，，優(yōu)先選擇擇那些相變變化潛熱較較低的分離離劑16、、如如果果壓壓力力降降在在能能耗耗方方面面占占重重要要地地位位，，應(yīng)應(yīng)設(shè)設(shè)法法尋尋找找能能夠夠降降低低壓壓力力降降的的有有效效的的設(shè)設(shè)備備內(nèi)內(nèi)件件6.4分分離離過過程程系系統(tǒng)統(tǒng)合合成成6.4.1.分分離離順順序序數(shù)數(shù)若分分離離為為清清晰晰分分離離塔塔（（銳分分離離器器），，分分離離順順序序數(shù)數(shù)SC：當(dāng)采采用用多多種種分分離離方方法法時(shí)時(shí)6.4.2分分離離順順序序的的合合成成方方法法調(diào)優(yōu)優(yōu)法法――――以以某個(gè)個(gè)初始始精精餾餾塔序序?yàn)槌霭l(fā)發(fā)點(diǎn)點(diǎn)，按按照一一定定的的調(diào)調(diào)優(yōu)優(yōu)法法則則和和策策略略對對它它進(jìn)進(jìn)行行逐逐步改改進(jìn)進(jìn)，，最最終終合合成成出出最最優(yōu)優(yōu)分分離離順順序序。。確定定分分離離順順序序的的方方法法：：調(diào)優(yōu)法算法合成法（最優(yōu)合成法）經(jīng)驗(yàn)法（試探法）經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)法法：：依據(jù)據(jù)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)規(guī)規(guī)則則對對具具體體問問題題進(jìn)進(jìn)行行定定性性分分析析而而確確定定分分離離序序列列的的方方法法。其優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是是使使用用簡簡便便，，不不需需進(jìn)進(jìn)行行十十分分繁繁雜雜的的計(jì)計(jì)算算即即可可從從大大量量可可能能的的序序列列中中篩篩選選出出接接近近最最優(yōu)優(yōu)的的序序列列。。不不足足是是缺缺乏乏嚴(yán)嚴(yán)格格的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，不不能能合合成成出出最最優(yōu)優(yōu)的的序序列列。。算法法合合成成技技術(shù)術(shù)：有有數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)規(guī)規(guī)劃劃法法、、分分支支界界限限法法、、有有序序搜搜索索法法和和有有序序分分支支搜搜索索法法等等。。6.4.2.1試試探探法法(1)關(guān)關(guān)于于分分離離方方法法選選擇擇的的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)規(guī)規(guī)則則首選選分離離方方法法為為ESA的方方法法（（如如普普通通精精餾餾）），，其次次選用用是是使使用用MSA的方方法法（（如如吸吸收收，，液液液液萃萃取取和和特特殊殊精精餾餾））。。關(guān)鍵鍵組組分分的的相相對對揮揮發(fā)發(fā)度度<1.05時(shí)，，普普通通精精餾餾在在經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)上上不不合合算算盡量量不不用用真空空蒸餾餾和和冷凍凍操作作(2)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方方面面的的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)規(guī)規(guī)則則傾向向于于采采用用產(chǎn)產(chǎn)品品數(shù)數(shù)目目最最少少的的分分離離序序列列由分分離離塔塔直直接接得得產(chǎn)產(chǎn)品品是是最最好好的的，，要要避避免免分分離離得得到到的的產(chǎn)產(chǎn)物物混混合合調(diào)調(diào)配配而而得得產(chǎn)產(chǎn)品品。。(3)與與組組分分性性質(zhì)質(zhì)有有關(guān)關(guān)的的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)規(guī)規(guī)則則優(yōu)先先分分離離熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性差、具具有有腐蝕蝕性和和毒性的的組組分分；；優(yōu)先先分分離離出出能能發(fā)生生反反應(yīng)應(yīng)的組組分分；；產(chǎn)品品純度度要要求求高高的分分離離放放在在分分離離序序列列的的最最后后；；最難分分離離的組組分分最最后后分分離離；；優(yōu)先先分分離離易于分分離離的的組組分分。。(4)與與組組成成和和經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)性性有有關(guān)關(guān)的的規(guī)規(guī)則則傾向向于于一一分分為為二二的的分分離離；；較輕輕的的組組分分優(yōu)優(yōu)先先分分離離；；將含含量量最最高高的的組組分分優(yōu)優(yōu)先先分分離離；；盡量量使使分分離離單單元元內(nèi)內(nèi)上上升升的的氣氣相相流流率率最最小小。。應(yīng)用用這這些些規(guī)規(guī)則則的的最最好好方方法法是是①同同時(shí)時(shí)滿滿足足（（或或近近似似滿滿足足））幾幾條條規(guī)規(guī)則則的的序序列列應(yīng)應(yīng)予予優(yōu)優(yōu)先先考考慮慮；；②同時(shí)時(shí)考慮慮用不不同試試探規(guī)規(guī)則確確定的的幾種種序列列；③確定定起主主要作作用的的規(guī)則則；④保留留2～～3個(gè)個(gè)最好好的序序列。。6.4.2.2有序序試探探法四大類類：分離方方法（（M）試探規(guī)規(guī)則，，主要要是對對某一一特定定的分分離任任務(wù)，，確定定最好好采用用哪一一類分分離方方法；；設(shè)計(jì)（（D））試探規(guī)規(guī)則，，主要要決定定最好好采用用的某某個(gè)特特定性性質(zhì)的的分離離順序序；組分（（Ｓ））試探規(guī)規(guī)則，，根據(jù)據(jù)被分分離組組分性性質(zhì)上上的差差異而而提出出的規(guī)規(guī)則；；組成（（C））規(guī)則，，表示示進(jìn)料料組成成及產(chǎn)產(chǎn)品組組成對對分離離費(fèi)用用的影影響。。(1)M規(guī)則M1規(guī)則：優(yōu)先采用ESA的方法法，其其次才才考慮慮采用用MSA的方法法，若若采用用MSA，應(yīng)在在下一一級分分離中中將其其除去去，并并且不不能用用MSA來分離離另MSA。M2規(guī)則：盡量量避免免采用用真空精餾、、冷凍操作。。(2)D規(guī)則產(chǎn)品集集合中中元素素最少少的分分離序序列最最有利利(3)S規(guī)規(guī)則S1規(guī)則：首先先除掉掉具有有腐蝕蝕性、、毒性性組分分，以以減少少污染染，對對后續(xù)續(xù)設(shè)備備及操操作條條件就就不必必提出出過高高的要要求。。S2規(guī)則：最后后處理理難分分離和和分離離要求求高的的組分分。(4)C規(guī)則C1規(guī)則：規(guī)定定應(yīng)將將進(jìn)料料中含量最最多的組分分首先分離出出去。。C2規(guī)則：指出出等摩爾爾分割割最有利利。、、難以判判斷哪哪一種種分離離最接接近一一分為為二，，選擇擇最大大CES處為分分離點(diǎn)點(diǎn)（CES）=f×ΔΔ欲分分離兩兩個(gè)組組分的的沸點(diǎn)點(diǎn)差，，或ΔΔ＝（（α-1)×100；f=D/W，D≤W；；f=W/D，D＞W(wǎng)。這七條條規(guī)則則的重重要性性按下下列次次序排排列：：M1＞M2＞D＞S1＞S2＞C1＞C2類別經(jīng)驗(yàn)規(guī)則ＭＭ１優(yōu)先使用能量分離劑的方法Ｍ２盡可能避免采用真空精餾及冷凍操作ＤＤ選擇能產(chǎn)生最少產(chǎn)品集合的分離順序ＳＳ１首先移除腐蝕性和危險(xiǎn)性的組分Ｓ２將最困難的分離放在分離順序的最后ＣＣ１先分離出含量最多的組分Ｃ２優(yōu)先采用等摩爾分割或ＣＥＳ數(shù)值最大的分割例6-3將將下列列混合合物分分離成成較純純的單單組分分物流流，進(jìn)進(jìn)料組組成如如下表表，其其中組組分E具有毒毒性，，試用用有序序試探探法選選出一一種最最佳簡簡單分分離順順序。。組分進(jìn)料摩爾分率(kmol/h)相對揮發(fā)度要求產(chǎn)品的濃度（mol）A103.58含A94%B102.17含B94%C101.86含C94%D151.00含D94%E300.412含E94%解：根根據(jù)S1規(guī)則和和C1規(guī)則，，E為有毒毒氣體體且含含量最最多，，應(yīng)首首先將將其分分離，，所以以第一一步應(yīng)應(yīng)分離離組分分E；B、C組分間間相對對揮發(fā)發(fā)度最最小，，相對對最難難分離離，根根據(jù)S2規(guī)則，，B、C組分最最后分分離；；A為最易易分離離的物物體，，所以以第二二步應(yīng)應(yīng)分離離組分分A。具體分分離順順序6.4.3復(fù)雜雜塔的的分離離順序序(略略）在簡單單分離離塔的的基礎(chǔ)礎(chǔ)上加加上多段進(jìn)進(jìn)料、側(cè)線出出料、預(yù)分餾餾、側(cè)線精精餾、側(cè)線提提餾和熱偶合合等組合合方式式構(gòu)成成復(fù)雜塔塔及包括括復(fù)雜雜塔在在內(nèi)的的塔序序，力力求降降低能能耗。。1、按按相對對揮發(fā)發(fā)度遞遞減的的順序序逐個(gè)個(gè)從塔塔頂分分離出出各組組分（直接接分離離序列列）恩德伍伍德公公式兩兩邊同同乘以以D：：對普通通精餾餾塔塔塔序可可從以以下規(guī)規(guī)則加加以考考慮（1）LNK存在，,塔頂組分越多，塔頂冷凝器和塔釜再沸器傳熱負(fù)荷越大，能耗大。所以，上順序優(yōu)。（2））當(dāng)混混合物物中某某些組組分沸點(diǎn)小小于常常溫時(shí)，該該規(guī)則則可使使難凝組組分首先分離出出，減少少高壓或低溫塔的數(shù)目。2、最最難分離離組分應(yīng)應(yīng)放在塔塔序的最最后（1）使使級間流率↓，再沸器器加入熱熱量↓,凈功消耗↓；（2）塔塔頂與塔塔底溫差↓，使凈功功消耗↓；（3）分分離難分分離組分分精餾塔塔（N多多塔高））的級間間流率↓，塔徑↓，設(shè)備費(fèi)費(fèi)用↓。3、各塔塔的餾出出液和釜釜液摩爾爾流率盡盡量接近近全塔內(nèi)回回流比較較平衡，，操作可可逆性好好，效率率高，凈凈功消耗耗低。4、分離離收率很很高的組組分應(yīng)最最后分出出此塔N多多塔高放放于最后后減小塔塔徑，減減小設(shè)備備費(fèi)用。5、進(jìn)料料含量高高的組分分盡量提提前分出出避免該組組分在后后繼塔中中多次蒸蒸發(fā)和冷冷凝，減減小后繼繼塔的流流率和冷冷凝器、、再沸器器的負(fù)荷荷，節(jié)省省能耗和和設(shè)備費(fèi)費(fèi)用6、特殊殊組分的的要先分分當(dāng)上面各各條規(guī)則則發(fā)生矛矛盾時(shí)，，抓主要要矛盾，，從中選選出最適適宜的塔塔序。有的提出出如下原原則，發(fā)發(fā)生矛盾盾和含義義交叉時(shí)時(shí)，在前的原原則優(yōu)先先遵循：（1）優(yōu)優(yōu)先應(yīng)用用普通精精餾如必須選選用MSA的分分離方法法（時(shí)）），MSA應(yīng)在在接下來來的塔中中立即分分出。（2）避避免減壓壓操作和和使用冷冷凍劑避免壓力力偏離常常壓和塔塔溫過高高或過低低，若必必須偏離離常壓，，寧用高高壓而不不用減壓壓操作，，塔溫寧寧高不用用冷凍劑劑。當(dāng)精精餾需要要減壓操操作時(shí)，，應(yīng)考慮慮采用萃萃取操作作；當(dāng)需需要冷凍凍劑時(shí)，，應(yīng)考慮慮吸收操操作。（3）產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量量應(yīng)最少少當(dāng)有些產(chǎn)產(chǎn)品是混混合物時(shí)時(shí)，所選選塔序最最好能直直接分出出這種產(chǎn)產(chǎn)品，當(dāng)當(dāng)需混合合辦法的的此產(chǎn)品品時(shí)，所所用混合合操作應(yīng)應(yīng)最少。。（4）具具有腐蝕蝕性和危危險(xiǎn)性的的組分應(yīng)應(yīng)首先分分離（5）難難以進(jìn)行行的分離離應(yīng)放于于最后（6）含含量最大大的應(yīng)先先分出（7）使使塔兩端端產(chǎn)品等等摩爾流流率的分分離有利利應(yīng)用（1）（2）兩條條可首先先解決所所用的分分離方法法；根根據(jù)產(chǎn)品品要求用用（3））（4））（5））條可確確定什么么分離是是不能進(jìn)進(jìn)行的，，什么分分離時(shí)應(yīng)應(yīng)最先進(jìn)進(jìn)行的，，什么分分離應(yīng)放放在最后后；應(yīng)用用（6））（7））兩條合合成出分分離序列列。還有的提提出選擇擇塔序的的四條原原則：（1）關(guān)關(guān)鍵組分分的相對對揮發(fā)度度接近于于1時(shí)，，希望在在沒有非非關(guān)鍵組組分存在在下分離離這一對對關(guān)鍵組組分；（2）一一般說來來按相對對揮發(fā)度度由大到到小逐個(gè)個(gè)從塔頂頂分離各各組分的的塔序是是有利的的；（3）應(yīng)應(yīng)使各塔塔的D和和W的摩摩爾流率率盡量接接近；（4）分分離回收收率很高高的組分分的塔應(yīng)應(yīng)放在最最后。6.3.2復(fù)復(fù)雜塔塔的分離離順序（（略）2、過程程合成的的基本方方法：（1）探探試法應(yīng)用探試規(guī)則則作出判斷斷，從眾眾多的可可行結(jié)構(gòu)構(gòu)中選出出少量最有有希望的結(jié)構(gòu)方方案，然然后對這這幾個(gè)方方案進(jìn)行行深入分分析，從從中找出最優(yōu)優(yōu)的方案。。根據(jù)以往往的經(jīng)驗(yàn)和直直覺建立立的半定定量的判判斷規(guī)則則。根據(jù)歸歸納法的的邏輯，，即從個(gè)個(gè)別推論論到一般般，因此此其有可可能導(dǎo)致致錯(cuò)誤的的結(jié)論。。但探試試規(guī)則可可使搜索空間間大大縮縮小，能能較快地地找到接接近最優(yōu)優(yōu)解。用嚴(yán)格的數(shù)數(shù)值計(jì)算算法排除大大量可能能方案，，搜索空空間縮小小。對各各種方案案進(jìn)行分分枝，設(shè)設(shè)定目標(biāo)標(biāo)函數(shù)的的上下界界，通過過分枝上上結(jié)點(diǎn)的的計(jì)算和和目標(biāo)函函數(shù)值比比較，對對界限不不斷加以以改進(jìn)，，并決定定結(jié)點(diǎn)處處是否需需要進(jìn)一一步分枝枝，最終終找出最最優(yōu)解。。（2）分枝定定界法（（分枝定定界法））這種方法法不會(huì)將將最優(yōu)解解漏掉，，但計(jì)算算量大。。為探試規(guī)則和分枝定界界法的結(jié)合。。調(diào)優(yōu)法法每一次次僅在現(xiàn)有方案案周圍的的某個(gè)空空間范圍圍內(nèi)搜索，使系系統(tǒng)不斷斷得到改進(jìn)。綜合了了探試法法和分枝枝定界法法的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。（3）調(diào)調(diào)優(yōu)法金屬絲網(wǎng)波紋填填料AX型AX型金屬絲網(wǎng)波紋填填料BX型金屬絲網(wǎng)波紋填填料CY型麥勒派克克填料陶瓷鮑爾爾環(huán)填料料陶瓷階梯梯環(huán)填料料陶瓷拉西西環(huán)填料料陶瓷異鞍鞍環(huán)陶瓷共軛軛環(huán)陶瓷矩鞍鞍環(huán)陶瓷十字字環(huán)鮑爾環(huán)填填料陶瓷波紋紋填料ADV浮浮閥F1浮閥閥浮閥塔盤盤條形浮閥閥塔盤Teller花花環(huán)填料料八四內(nèi)弧弧環(huán)填料料蝴蝶環(huán)填填料英特洛克克斯填料料階梯環(huán)填填料泡罩塔盤盤F1型浮浮閥塔盤盤舌型塔盤盤駝峰型支支撐板十字型浮浮閥塔盤盤微分浮閥閥塔盤作業(yè)中問問題1、有效效數(shù)字位位數(shù)保留留:∑xi(yi)=12、注意意計(jì)算順順序，有有的從下下向上計(jì)計(jì)算由yi2→xi，2。3、注意意分析計(jì)計(jì)算中錯(cuò)錯(cuò)誤，有有的從塔塔釜向上上計(jì)算得得：xHK，1>xHK，W4、先列列出計(jì)算算過程順順序示意意圖，再再計(jì)算可可減少錯(cuò)錯(cuò)誤。第六章分分離離過程及及設(shè)備的的效率與與節(jié)能綜綜合６.1氣氣液傳質(zhì)質(zhì)設(shè)備的的效率6.2.分離過過程的最最小分離離功6.2.1分離離過程的的最小功功6.2.1.1等溫分分離最小小功（1）分分離理想想氣體的的混合物物（2）分分離低壓壓的液體混混合物9、靜靜夜夜四四無無鄰鄰，，荒荒居居舊舊業(yè)業(yè)貧貧。。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。。。。04:24:1204:24:1204:2412/29/20224:24:12AM11、以我我獨(dú)沈沈久，，愧君君相見見頻。。。12月月-2204:24:1204:24Dec-2229-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。04:24:1204:24:1204:24Thursday,December29,202213、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。12月-2212月-2204:24:1304:24:13December29,202214、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國國見青山。。。29十二二月20224:24:13上上午04:24:1312月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月224:24上上午午12月月-2204:24December29,202216、行動(dòng)動(dòng)出成成果，，工作作出財(cái)財(cái)富。。。2022/12/294:24:1304:24:1329December202217、做