傳質(zhì)分離過程的節(jié)能

第七章傳質(zhì)分離過程的節(jié)能7.1分離過程節(jié)能的基本概念7.2精餾節(jié)能技術(shù)7.3分離順序的選擇7.1分離過程節(jié)能的基本概念混合物的分離必然消耗外能，能耗是大規(guī)模分離過程的關(guān)鍵指標(biāo)，因此，確定混合物分離的最小能耗，了解影響能耗的因素，尋求接近最小能耗的分離過程。節(jié)省能耗的措施：首先是選取適宜的分離方法，這是節(jié)能的關(guān)鍵步驟；其次是分離過程在總體工藝流程中進(jìn)行熱集成；再次是復(fù)雜混合物分離的適宜流程安排；最后是各具體分離操作的適宜操作條件和參數(shù)的確定，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和尺寸的優(yōu)化等。7.1.1有效能（熵）衡算連續(xù)穩(wěn)定分離系統(tǒng)

分離最小功是分離過程必須消耗的最小功的下限，只有當(dāng)分離過程完全可逆時(shí)，分離消耗的功才是分離最小功。因?yàn)檫^程可逆,有效能耗等于零。分離最小功是分離過程必須消耗的有效能的下限，其值大小可用來比較具體分離任務(wù)的難易。7.1.2分離最小功7.1.3熱力學(xué)效率熱力學(xué)效率是用來衡量有效能的利用率。分離過程熱力學(xué)效率的定義為：分離最小功與實(shí)際分離過程的有效能消耗（凈功耗）之比值。精餾操作，分離消耗的是熱能，而不是機(jī)械能。其凈功耗是向塔釜加入的熱量與從冷凝器中取出的熱量之差。普通精餾塔QD，TLQB

，TH7.1.4分離過程中有效能損失的主要形式為提高分離過程的熱效率，必須減小有效能損失。分離過程中有效能損失有以下形式：(1)由于流體流動(dòng)阻力造成的有效能損失。阻力大，有效能損失大(2)節(jié)流膨脹過程的有效能損失。節(jié)流膨脹均印起物系熵增，損失有效能，等于閥前與閥后物態(tài)的有效能之差。(3)由于熱交換過程中推動(dòng)力溫差存在造成的有效能損失。其與傳熱溫度差成正比。(4)由于非平衡的兩項(xiàng)物流在傳質(zhì)設(shè)備中混合和接觸傳質(zhì)造成的有效能損失。7.2精餾節(jié)能技術(shù)除了比較明顯的節(jié)能措施外，選擇適宜回流比、進(jìn)料熱狀態(tài)以及操作壓力等，都是重要的精餾節(jié)能措施。(1)最適宜回流比

一方面，直接影響再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷，決定了精餾分離的凈功效，因此，大體上確定了操作費(fèi)用。另一方面，還與塔設(shè)備的投資密切相關(guān)：在Rm附近，R↑，設(shè)備費(fèi)下降；在較高R處，R↑，設(shè)備費(fèi)增大；適宜回流比：R=(1.2-1.3)Rm，這樣做總費(fèi)用僅增加2~6%，但操作彈性卻增大許多。(2)最佳進(jìn)料熱狀態(tài)高溫精餾時(shí)（塔頂釜溫度高于環(huán)境溫度），當(dāng)D/F較大又適用于加熱料液的低溫?zé)嵩磿r(shí)，應(yīng)盡量采用較低的q值，即以汽相或汽液混合物進(jìn)料為宜；當(dāng)D/F較小時(shí)，盡量采用較高q，即以液相進(jìn)料為宜；低溫精餾時(shí)，無論D/F多大，均采用較高的q值，即以液體進(jìn)料為宜；中等溫度精餾，應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，確定最佳值。(3)中間冷凝器和中間再沸器如能在塔中部設(shè)置中間冷凝器，就可以采用較高溫度的冷卻劑。如在塔中部設(shè)置中間再沸器，對于高溫塔，可應(yīng)用較低溫位的加熱劑。對于精餾，使操作線向平衡線靠攏，提高塔內(nèi)分離過程的可逆程度。(4)多效精餾多效精餾原理類似于多效蒸發(fā)，即利用若干壓力不同的精餾塔，按壓力高低順序給與組合，使相鄰兩塔之間將高壓塔頂?shù)恼羝鳛榈蛪核椎脑俜衅鞯念A(yù)熱介質(zhì)。從而使該分離系統(tǒng)能耗下降。（5）熱泵精餾將溫度較低的塔頂蒸汽經(jīng)壓縮后作為塔底再沸器的熱源，稱為熱泵精餾。有兩種形式的熱泵流程；熱泵精餾是消耗一定量的機(jī)械功來提高低溫蒸汽的能位而加以利用的。因此消耗單位機(jī)械能能回收的熱量是一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，稱為性能系數(shù)，常記為C.O.P.。顯然，對于沸點(diǎn)差小的混合物分離的精餾塔應(yīng)用熱泵精餾效果會(huì)更好。

(6)SRV精餾具有附加回流和蒸發(fā)的精餾簡稱；由綜合中間再沸，中間冷凝和熱泵精餾技術(shù)發(fā)展而成。

7.3分離順序的選擇1、首選分離方法為能量分離劑的方法（如普通精餾），其次選用是使用物質(zhì)分離劑的方法（如吸收，液液萃取和特殊精餾）。因?yàn)楹笳唔氃鲈O(shè)物質(zhì)分離劑的回收設(shè)備。但關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度小于1.05時(shí)，普通精餾在經(jīng)濟(jì)上不合算。2、易分離的組分先分。若有A、B、C、D四組分，其含量相差不大。3、易揮發(fā)組分先分，即按料液中各組分的揮發(fā)度遞減的次序從塔頂蒸出，可減少再沸器與全凝器的負(fù)荷。多組分分離順序的選擇是化工分離過程常遇到的問題。普通精餾塔所組成的塔序可從以下規(guī)則考慮確定：4、盡可能對分（各個(gè)塔的餾出出液與釜液的摩爾數(shù)盡量接近）。當(dāng)D≈W時(shí)，精餾段與提餾段的內(nèi)回流比較平衡，操作的可逆性增大，能耗可以節(jié)省。5、量多的組分先分含量最多的組分分離后，避免了該組分在后面塔中的多次蒸發(fā)、冷凝，減少了后繼塔的負(fù)荷，當(dāng)然比較經(jīng)濟(jì)。6、分離要求高和最困難分離的組分后分

由于高純度分離的塔要求很多的板數(shù)，即塔較高，如還有其他非關(guān)鍵組分存在，塔中汽、液相流率將增大，要用較大的塔徑，使投資增加。7、有特殊組分的要先分：如

易腐蝕的組分、熱敏性組分

注意：1.以上經(jīng)驗(yàn)互相沖突，要綜和考慮主要方面；

2.不須得到純組分時(shí)，采用側(cè)線采出來減少塔數(shù)目。對多組分物系的分離，應(yīng)將（）或（）的組分最后分離。熱力學(xué)效率定義為（）消耗的最小功與（）所消