分離工程概述

分離工程

SeparationEngineering

喬遷分離工程第1章緒論第2章單級(jí)平衡過程第3章多組分多級(jí)分離過程分析與簡(jiǎn)捷計(jì)算第4章多組分多級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算第5章分離設(shè)備的處理能力和效率第6章分離過程的節(jié)能第7章其它分離技術(shù)和分離工程的選擇第6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(xué)習(xí)本章意義：

1確定完成一個(gè)分離過程所需理論最小能量；

2確定接近此能量極限的實(shí)際過程，或減小使用昂貴能量的實(shí)際過程。6.1分離的最小功和熱力學(xué)效率6.2精餾的節(jié)能技術(shù)6.3分離順序的選擇第6章分離過程的節(jié)能6.1分離的最小功和熱力學(xué)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(xué)效率熱力學(xué)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(jìn)出系統(tǒng)物流變量：

n，zi，H，S，Q系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功：

W）（96-

分離理想氣體混合物)86(-例6-1；分離低壓壓下液體體混合物物例6-2傳熱速率率：◆◆◆非等溫分分離和有有效能河水溫度）（規(guī)定：海洋、大氣、環(huán)境溫度—設(shè)0T熵平衡：非等溫不可逆過程）分離凈(BWD>-\分離過程有效能變化）產(chǎn)生（分離凈非等溫可逆過程：0=DD=-SBW式（6-20），（6-22）中：等溫分離離最小功功分離理想想氣體混混合物二元理想想氣體混混合物分分成純組組分總結(jié)：分離低壓壓下液體體混合物物二元液體體混合物物分離成成純組分分液體非等溫溫分離離：系統(tǒng)的的凈功功（總總功））：過程可可逆時(shí)時(shí)，可可得最最小分分離功功：凈功消消耗和和熱力力學(xué)效效率通常，，分離離過程程所需需的能能量多多半是是以熱熱能形形式而而不是是以功功的形形式提提供的的。一般以以W凈計(jì)算能能量：：凈功消消耗：：—W凈=W入—W出一般分分離過過程：：原料產(chǎn)物QCQRTCTR）為：（256-)266(0110->-=-）（凈RCTTQTW非等溫溫可逆逆過程程為1。T0=294KQC=32401526kJ/h例6-3某丙烯烯-丙烷精精餾塔塔按附附圖條條件操操作，，環(huán)境境溫度度為294K，計(jì)算算其熱熱力學(xué)學(xué)效率率。解：計(jì)算基基準(zhǔn)：：1小時(shí)熱力學(xué)學(xué)效率率η有效能能變化化和凈功消消耗再沸器器負(fù)荷荷（冷冷凝器器負(fù)荷荷給定定）由圖得得：D=159.21kmol/hW=112.95kmol/hF=272.16kmol/h全塔熱熱量衡衡算：：QR=34311918.14kJ/h6.2精餾的的節(jié)能能技術(shù)術(shù)精餾過過程的的熱力力學(xué)不不可逆逆性分分析多效精精餾低溫精精餾的的熱泵泵設(shè)置中中間冷冷凝器器和中中間再再沸器器的精精餾精餾過過程的的熱力力學(xué)不不可逆逆性分分析即：使過程盡量接近可逆過程）分離凈（非等溫可逆過程：BWD=-●●熱力學(xué)學(xué)不可可逆性性：1.通過一一定壓壓力梯梯度動(dòng)動(dòng)量傳傳遞2.通過一一定溫溫度梯梯度熱熱量傳傳遞3.通過一一定濃濃度梯梯度質(zhì)質(zhì)量傳傳遞（（或不不同化化學(xué)位位物流流直接接混合合）使凈功降低低的方法：：降低壓差減少溫差減少濃度與與平衡濃度度差1）塔設(shè)備若N越多，使△△P↑，不可逆性性越大可使：氣速↓，液液層高度↓↓；使△P↓但是：氣速↓，生生產(chǎn)能力不不變時(shí)D↑，投資費(fèi)↑↑液層高度↓↓，板效率率↓改進(jìn)方式：：1.選擇合適的的塔徑、液液層高度2.改板式塔為為高效填料料塔2）再沸器、、冷凝器若傳熱溫差差小，不可可逆性減小小但是：傳熱面積↑↑，設(shè)備費(fèi)費(fèi)用↑改進(jìn)方式：：1.采用高效換換熱器2.改進(jìn)操作方方式3）傳熱推動(dòng)動(dòng)力、傳質(zhì)質(zhì)推動(dòng)力精餾操作：：Ln+1，Vn-1進(jìn)入n板，對(duì)Vn，Ln在n板溫度和濃濃度相互不不平衡改進(jìn)方式：：1.傳熱推動(dòng)力力△T=（Tn-1—Tn）↓2.傳質(zhì)推動(dòng)力力△y=（KnXn,i—yn-1,i）↓即：y-x圖中，操作作線向平衡衡線靠近△△T↓△y↓R>RmyAXAXAyAR=RmN=∞換熱器∞臺(tái)臺(tái)塔徑：中間大，兩兩頭小XAyA可逆精餾操作線與平衡線重合XA

yA分段精餾增加兩個(gè)換熱器多效精餾多效精餾：：能量減少少30—40%圖6-7：多效精餾塔塔的基本方方式特點(diǎn)：高壓塔氣相相采出是低低壓塔塔釜釜的熱源；；用一倍的熱熱處理兩倍倍之多進(jìn)料料。(a)分別進(jìn)料(b)低壓塔產(chǎn)物物進(jìn)高壓塔塔(C)產(chǎn)物前饋進(jìn)進(jìn)料低溫精餾的的熱泵用于：組分沸點(diǎn)差差較小的低低溫精餾采用：膨漲閥、壓壓縮機(jī)三種：1.外部制冷劑劑圖圖6-92.壓縮塔頂蒸蒸汽圖圖6-103.用再沸器氣氣體閃蒸圖圖6-11表6-1低溫下丙烯烯—丙烷分離的的熱力學(xué)效效率和公用用費(fèi)用設(shè)置中間冷冷凝器和中中間再沸器器的精餾1.使操作向可可逆精餾方方向趨近2.采用中等溫溫度的再沸沸器和冷凝凝器圖6-12圖6-13Mah,WodnikSRV蒸餾特點(diǎn)：沿全全塔布置的的換熱元件件能大大降降低塔頂、、塔釜負(fù)荷荷提餾段：蒸蒸汽流率自自下而上穩(wěn)穩(wěn)定增加精餾段：液液體回流量量自上而下下穩(wěn)定增加加6.3分離順序的的選擇簡(jiǎn)單分離順順序的合成成復(fù)雜塔的分分離順序簡(jiǎn)單分離順順序的合成成一、分離順順序數(shù)將混合物ABCDE···(按揮發(fā)度降降低排列））分離為純組組分。ABAB二元：一個(gè)塔，一種方案三元：ABCABCABABCABCBC二個(gè)塔，二種方案四元：順序流程三個(gè)塔，五五種方案ABCDABCDBCCDD按相對(duì)揮發(fā)度遞減采出ABCDAABCBCABD按相對(duì)揮發(fā)度遞增采出AABCDABCBCBCDABCDABCDBCDBCAABCDABBCCDD按相對(duì)揮發(fā)發(fā)度交錯(cuò)采出的逆序序流程C個(gè)組分，采采用C-1個(gè)塔，分離離序數(shù)為：：用（6—28）或（6—29）計(jì)算結(jié)果果列入表6—2。對(duì)于特殊精精餾：例萃取精餾餾：加質(zhì)量量分離劑，，且數(shù)目多多?？傂驍?shù)：T—不同質(zhì)量分離劑劑對(duì)相同組組分分離方法數(shù)數(shù)；C—系統(tǒng)組分?jǐn)?shù)數(shù)；SC—簡(jiǎn)單塔計(jì)算算順序數(shù)。。例6-5用普通精餾餾將混合物物分離成三三個(gè)產(chǎn)品，，確定分離離順序數(shù)。。（相對(duì)揮發(fā)度遞減）解：產(chǎn)品揮揮發(fā)性不相相鄰方法：1.先分出純品品，查表6—2：C=5時(shí)，SC=142.再將烷烴、、烯烴混合合結(jié)論：采用用普通精餾餾不合理二、確定分分離順序的的經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法（啟啟發(fā)法）優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：不用對(duì)所有有可能的分分離順序進(jìn)進(jìn)行考察，，在不作設(shè)設(shè)計(jì)和設(shè)備備費(fèi)用估計(jì)計(jì)情況下，，很快選出出好順序。。普通塔經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)法：1.按相對(duì)揮發(fā)發(fā)度遞減順順序分離依據(jù)：Underwood式：餾出物中：：1.組分?jǐn)?shù)少，，Vm少，熱負(fù)荷荷低；2.若混合物中中含低沸物物，使之不不進(jìn)入后面塔。大。提餾段熱力學(xué)不可逆性反之，若大。精餾段熱力學(xué)不可逆性，更接近與）比（）使（定；若后，塔釜蒸汽蒸發(fā)量一規(guī)定盡可能對(duì)分（塔頂與塔釜采出相差不大）提精,1,.3),(WDVLVLWDRWLVDLV>><<-=+=4.分離要求高高的組分最最后分分離要求：：純度、回回收率高純度高，N多，此時(shí)無無關(guān)鍵組分分，使塔徑徑減小。5.含量多的組組分先分使后面能量量降低、塔塔徑減小。。6.特殊組分先先分特殊組分：：熱敏性、、強(qiáng)腐蝕性性、易爆、、易燃等。。注意：1.以上經(jīng)驗(yàn)互互相沖突，，要綜和考考慮主要方方面；2.不須得到純純組分時(shí)，，采用側(cè)線線采出來減減少塔數(shù)目目。例6-6確定較好的的精餾塔序序。解：1.根據(jù)沸點(diǎn)差差和產(chǎn)品純純度來考慮慮2.根據(jù)餾出液液和釜液流流量相差不不大來考慮慮。復(fù)雜塔的分分離順序200頁例6-7201頁第6章結(jié)束9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業(yè)貧。。。1月-231月-23Friday,January6,202310、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。。。。13:54:3913:54:3913:541/6/20231:54:39PM11、以我獨(dú)獨(dú)沈久，，愧君相相見頻。。。1月-2313:54:3913:54Jan-2306-Jan-2312、故人人江海海別，，幾度度隔山山川。。。13:54:3913:54:3913:54Friday,January6,202313、乍見翻疑疑夢(mèng)，相悲悲各問年。。。1月-231月-2313:54:3913:54:39January6,202314、他鄉(xiāng)生生白發(fā)，，舊國(guó)見見青山。。。06一一月20231:54:39下午午13:54:391月-2315、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。一月231:54下下午1月-2313:54January6,202316、行動(dòng)動(dòng)出成成果，，工作作出財(cái)財(cái)富。。。2023/1/613:54:4013:54:4006January202317、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時(shí)時(shí)，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點(diǎn)點(diǎn)的射線線向前。。。1:54:40下午午1:54下午午13:54:401月-239、沒有失敗敗，只有暫暫時(shí)停止成成功！。1月-231月-23Friday,January6,202310、很多多事情情努力力了未未必有有結(jié)果果，但但是不不努力力卻什什么改改變也也沒有有。。。13:54:4013:54:4013:541/6/20231:54:40PM11、成功就就是日復(fù)復(fù)一日那那一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小努努力的積積累。。。1月-2313:54:4013:54Jan-2306-Jan-2312、世間成事，，不求其絕對(duì)對(duì)圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。13:54:4013:54:4013:54Friday,January6,202313、不知香積寺寺，數(shù)里入云云峰。。1月-231月-2313:54:4013:54:40January6,202314、意志堅(jiān)堅(jiān)強(qiáng)的人人能把世世界放在在手中像像泥塊一一樣任意意揉捏。。06一一月20231:54:40下午午13:54:401月-2315、楚塞三湘接接，荊門九派派通。。。一月231:54下下午1月-2313:54January6,202316、少少年年十十五五二二十十時(shí)時(shí)，，步步行行奪奪得得胡胡馬馬騎騎。。。。2023/1/613:54:4013:54:4006January202317、空山新雨雨后，天氣氣晚來秋。。。1:54:40下下午1:54下下午13:54:401月-239、楊柳散和風(fēng)風(fēng)，青山澹吾吾慮。。1月-231月-23Friday,January6,202310、閱讀一一切好書書如同和和過去最最杰出的的人談話話。13:54:4013:54:4013:541/6/20231:54:40PM11、越越是是沒沒有有本本領(lǐng)領(lǐng)的的就就越越加加自自命命不不凡凡。。1月月-2313:54:4013:54Jan-2306-Jan-2312、越是無能的的人，越喜歡歡挑剔別人的的