化工分离过程——节能技术

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1、5传质分离过程的节能5.1分离过程节能的基本概念5.2精馏节能技术5.3分离顺序的选择5.1分离过程节能的基本概念混合物的分离必然消耗外能，能耗是大规模分离过程的关键指标，因此，确定混合物分离的最小能耗，了解影响能耗的因素，寻求接近最小能耗的分离过程。节省能耗的措施：首先是选取适宜的分离方法，这是节能的关键步骤；其次是分离过程在总体工艺流程中进行热集成；再次是复杂混合物分离的适宜流程安排；最后是各具体分离操作的适宜操作条件和参数的确定，以及设备结构和尺寸的优化等。热力学第二定律：完成同一变化的任何可逆过程所需功相等。5.1.1有效能（熵）衡算连续稳定分离系统：进出系统物流变量：n，

2、zi，H，S（熵），Q系统对环境作功：W分离最小功是分离过程必须消耗的最小功的下限，只有当分离过程完全可逆时，分离消耗的功才是分离最小功。5.1.2分离最小功）（95-物一、分离理想气体混合)85(-二、分离低压下液体混合物5.1.3热力学效率热力学效率是用来衡量有效能的利用率。分离过程热力学效率的定义为：分离最小功与实际分离过程的有效能消耗（净功耗）之比值。η＝△B分离/W净－Wmin、To=△B分离该式表明，稳态过程最小分离功等于物流的有效能增量。如图精馏过程的净耗功为：QCTCQRTRDWF精馏塔若进出体系的物料的焓相近时，近似有QR＝QC＝Q，则通常:1)只依靠外加能量(E

3、SA)的分离过程（如精馏、结晶），热力学效率较高；2)除加入ESA，还需加入MSA的分离过程（如萃取精馏、共沸精馏、萃取、吸收和吸附等）热力学效率较低；3)速率控制的分离过程热力学效率更低。5.1.4分离过程中有效能损失的主要形式(1)由于流体流动阻力造成的有效能损失D△p(2)节流膨胀过程的有效能损失(3)由于热交换过程中推动力温差存在造成的有效能损失D△T(4)由于非平衡的两项物流在传质设备中混合和接触传质造成的有效能损失Dmt使净功降低的方法：降低压差减少温差减少浓度与平衡浓度差1）塔设备若N越多，使△P↑，不可逆性越大可使：气速↓，液层高度↓；使△P↓但是：气速↓，生产能力

4、不变时D↑，投资费↑液层高度↓，板效率↓改进方式：1.选择合适的塔径、液层高度2.改板式塔为高效填料塔2）再沸器、冷凝器若传热温差小，不可逆性减小但是：传热面积↑，设备费用↑液层高度↓，板效率↓改进方式：1.采用高效换热器2.改进操作方式3）传热推动力、传质推动力精馏操作：Ln+1，Vn-1进入n板，对Vn，Ln在n板温度和浓度相互不平衡改进方式：1.传热推动力△T=（Tn-1—Tn）↓2.传质推动力△y=（KnXn,i—yn-1,i）↓即：y-x图中，操作线向平衡线靠近△T↓△y↓R>RmyAXAXAyAR=RmN=∞换热器∞台塔径：中间大，两头小XAyA可逆精馏操作线与平衡线重

5、合XAyA分段精馏增加两个换热器返回5.2精馏节能技术除了比较明显的节能措施外，选择适宜回流比、进料热状态以及操作压力等，都是重要的精馏节能措施。(1)最适宜回流比一方面，直接影响再沸器和冷凝器的热负荷，决定了精馏分离的净功效，因此，大体上确定了操作费用。另一方面，还与塔设备的投资密切相关：在Rm附近，R↑，设备费下降；在较高R处，R↑，设备费增大；适宜回流比：R=(1.2-1.3)Rm5.2精馏节能技术(2)最佳进料热状态高温精馏时（塔顶釜温度高于环境温度），当D/F较大又有适用于加热料液的低温热源时，应尽量采用较低的q值，即以汽相或汽液混合物进料为宜；当D/F较小时，尽量采用较

6、高q，即以液相进料为宜；低温精馏时，无论D/F多大，均采用较高的q值，即以液体进料为宜；中等温度精馏，应进行经济比较，确定最佳值。5.2精馏节能技术(3)中间冷凝器和中间再沸器如能在塔中部设置中间冷凝器，就可以采用较高温度的冷却剂。如在塔中部设置中间再沸器，对于高温塔，可应用较低温位的加热剂。对于精馏，使操作线向平衡线靠拢，提高塔内分离过程的可逆程度。5.2精馏节能技术5.2精馏节能技术(4)多效精馏多效精馏原理类似于多效蒸发，即利用若干压力不同的精馏塔，按压力高低顺序给与组合，使相邻两塔之间将高压塔顶的蒸汽作为低压塔底的再沸器的预热介质。从而使该分离系统能耗下降。5.2精馏节能技

7、术5.2精馏节能技术(5)热泵精馏将温度较低的塔顶蒸汽经压缩后作为塔底再沸器的热源，称为热泵精馏。有两种形式的热泵流程；热泵精馏是消耗一定量的机械功来提高低温蒸汽的能位而加以利用的。因此消耗单位机械能能回收的热量是一项重要经济指标，称为性能系数，常记为C.O.P.。显然，对于沸点差小的混合物分离的精馏塔应用热泵精馏效果会更好。5.2精馏节能技术(6)SRV精馏具有附加回流和蒸发的精馏简称；由综合中间再沸，中间冷凝和热泵精馏技术发展而成。一、分离顺序数将混合物ABCDE