化工分离过程-节能技术.ppt

1、5 传质分离过程的节能传质分离过程的节能5.1 分离过程节能的基本概念分离过程节能的基本概念5.2 精馏节能技术精馏节能技术5.3 分离顺序的选择分离顺序的选择5.1 分离过程节能的基本概念分离过程节能的基本概念n混合物的分离必然消耗外能，能耗是大规模分离过程的关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。耗的因素，寻求接近最小能耗的分离过程。n节省能耗的措施：节省能耗的措施：n首先是选取适宜的分离方法，这是节能的关键步骤；首先是选取适宜的分离方法，这

2、是节能的关键步骤；n其次是分离过程在总体工艺流程中进行热集成；其次是分离过程在总体工艺流程中进行热集成；n再次是复杂混合物分离的适宜流程安排；再次是复杂混合物分离的适宜流程安排；n最后是各具体分离操作的适宜操作条件和参数的确定，以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。及设备结构和尺寸的优化等。热力学第二定律：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。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）衡算有效能（熵）衡算1,1,1HiznmHmizmn,1,1,1 mHmizmn2,2,2HiznWQ连续稳定分离系统：连续稳定分离系统：

3、进出系统物流变量：进出系统物流变量：n，zi，H，S（熵），（熵），Q 系统对环境作功：系统对环境作功：Wn分离最小功是分离过程必须消耗的最小分离最小功是分离过程必须消耗的最小功的下限，只有当分离过程功的下限，只有当分离过程完全可逆完全可逆时，时，分离消耗的功才是分离最小功。分离消耗的功才是分离最小功。5.1.2 分离最小功分离最小功）（按热力学第一定律：出进（能量守恒）15WHnQHnkkjj）（自由焓定义：进出55min,jjkkTGnGnGWTSHG）（即：即：STHWT min,1525min,jjkkjjkkTSnSnTHnHnW进出进出）：）代入（将（）（设等温可逆过程：进出25j

4、jkkSnSnTQ）（气体：、成纯构成二元混合物，分离若将组分105lnln,min,FBFBFAFAFTyyyyRTnWBAAB）（95 )ln)ln85,min,jijijkikikTiiiiyynyynRTWPyfyz（）：代入（进出物物一、分离理想气体混合一、分离理想气体混合)ln)lnlnln,min,00 jijijkikikTiiiiiifznfznRTWffRTzG（）（混混合合物物的的自自由由焓焓：进进出出 )85(二、分离低压下液体混合物二、分离低压下液体混合物 ）（）：代入（进出115)ln)ln85,min,0jijijijkikikikTLiiiixxnxxnRTWf

5、xf）（）（）（分：二元混合物分离成纯组125lnln,min,FBFBFBFAFAFAFTxxxxnRTW5.1.3 热力学效率热力学效率n热力学效率是用来衡量有效能的热力学效率是用来衡量有效能的利用率。利用率。n分离过程热力学效率的定义为：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分离最小功与实际分离过程的有效能消耗（净功耗）之比值。效能消耗（净功耗）之比值。普通精馏塔QD，TLQB，TH5.1.4分离过程中有效能损失的主要形式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由于流体流动阻力造成的有效能损失Dp(2)节流膨胀过程的有效能损失节流膨胀过程的有

6、效能损失(3)由于热交换过程中推动力温差存在造成的有由于热交换过程中推动力温差存在造成的有效能损失效能损失DT(4)由于非平衡的两项物流在传质设备中混合和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接触传质造成的有效能损失Dmt使净功降低的方法：使净功降低的方法：降低压差降低压差 减少温差减少温差 减少浓度与平衡浓度差减少浓度与平衡浓度差1）塔设备）塔设备 若若N越多，使越多，使P，不可逆性越大，不可逆性越大 可使：可使：气速气速，液层高度，液层高度；使；使P 但是：但是：气速气速，生产能力不变时，生产能力不变时D，投资费，投资费 液层高度液层高度，板效率，板效率改进方式：改

7、进方式：1.选择合适的塔径、液层高度选择合适的塔径、液层高度 2.改板式塔为高效填料塔改板式塔为高效填料塔2）再沸器、冷凝器）再沸器、冷凝器 若传热温差小，不可逆性减小若传热温差小，不可逆性减小但是：但是：传热面积传热面积，设备费用，设备费用 液层高度液层高度，板效率，板效率改进方式：改进方式：1.采用高效换热器采用高效换热器 2.改进操作方式改进操作方式3）传热推动力、传质推动力）传热推动力、传质推动力精馏操作：精馏操作：Ln+1，Vn-1进入进入n板，板，对对Vn，Ln在在 n 板温度和浓度相互不平衡板温度和浓度相互不平衡改进方式：改进方式：1.传热推动力传热推动力 T=（Tn-1Tn）2

8、.传质推动力传质推动力 y=（KnXn,iyn-1,i）即：即：y-x图中，操作线向平衡线靠近图中，操作线向平衡线靠近 T y RRmyAXAXAyAR=RmN=换热器换热器台台塔径：塔径：中间大，两头小中间大，两头小XAyA可逆精馏可逆精馏操作线与平衡线重合操作线与平衡线重合XA yA 分段精馏分段精馏增加两个换热器增加两个换热器5.2 精馏节能技术精馏节能技术n除了比较明显的节能措施外，选择适宜回流比、进料热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。状态以及操作压力等，都是重要的精馏节能措施。(1)最适宜回流比最适宜回流比 n一方面，直接影

9、响再沸器和冷凝器的热负荷，决定了精一方面，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。馏分离的净功效，因此，大体上确定了操作费用。n另一方面，还与塔设备的投资密切相关：另一方面，还与塔设备的投资密切相关：在在Rm附近，附近，R，设备费下降；在较高，设备费下降；在较高R处，处，R，设备，设备费增大；费增大；n 适宜回流比：适宜回流比：R=(1.2-1.3)Rm5.2 精馏节能技术精馏节能技术(2)最佳进料热状态最佳进料热状态n高温精馏时（塔顶釜温度高于环境温度）高温精馏时（塔顶釜温度高于环境温度），当，当D/F较较大又适用于加热料液的低温热源时，应尽量采用

10、较低大又适用于加热料液的低温热源时，应尽量采用较低的的q值，即以汽相或汽液混合物进料为宜；当值，即以汽相或汽液混合物进料为宜；当 D/F较较小时，尽量采用较高小时，尽量采用较高q，即以液相进料为宜；，即以液相进料为宜；n低温精馏时，无论低温精馏时，无论D/F多大，均采用较高的多大，均采用较高的q值，即以值，即以液体进料为宜；液体进料为宜；n中等温度精馏，应进行经济比较，确定最佳值。中等温度精馏，应进行经济比较，确定最佳值。5.2 精馏节能技术精馏节能技术(3)中间冷凝器和中间再沸器中间冷凝器和中间再沸器n如能在塔中部设置中间冷凝器，就可以采用较高温度如能在塔中部设置中间冷凝器，就可以采用较高温

11、度的冷却剂。的冷却剂。n如在塔中部设置中间再沸器，对于高温塔，可应用较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。低温位的加热剂。n对于精馏，使操作线向平衡线靠拢，提高塔内分离过对于精馏，使操作线向平衡线靠拢，提高塔内分离过程的可逆程度。程的可逆程度。5.2 精馏节能技术精馏节能技术5.2 精馏节能技术精馏节能技术(4)多效精馏多效精馏n多效精馏原理类似于多效蒸发，即利用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顶的

12、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。介质。从而使该分离系统能耗下降。5.2 精馏节能技术精馏节能技术5.2 精馏节能技术精馏节能技术(5)热泵精馏热泵精馏n将温度较低的塔顶蒸汽经压缩后作为塔底再沸器的热源，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称为热泵精馏。有两种形式的热泵流程；n热泵精馏是消耗一定量的机械功来提高低温蒸汽的能位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，常记为项重要经济指标，称

13、为性能系数，常记为C.O.P.。n显然，对于沸点差小的混合物分离的精馏塔应用热泵精显然，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。馏效果会更好。5.2 精馏节能技术精馏节能技术(6)SRV精馏精馏n具有附加回流和蒸发的精馏简称；具有附加回流和蒸发的精馏简称；n由综合中间再沸，中间冷凝和热泵精馏由综合中间再沸，中间冷凝和热泵精馏技术发展而成。技术发展而成。一、分离顺序数一、分离顺序数 将混合物将混合物ABCDE(按挥发度降低排列）按挥发度降低排列）分离为纯组分。分离为纯组分。5.3.1简单分离顺序的合成ABAB二元：二元：一个塔，一个塔，一种方案一种方案三元：三元：ABCABCAB

14、ABCABCBC二个塔，二个塔，二种方案二种方案四元：四元：顺序流程顺序流程三个塔，五种方案三个塔，五种方案ABCDABCDBCCDD按相对挥发度按相对挥发度递递减减采出采出ABCDAABCBCABD按相对挥发度按相对挥发度递递增增采出采出AABCDABCBCBCDABCDABCDBCDBCAABCDABBCCDD按相对挥发度按相对挥发度交错交错采出的逆采出的逆序流程序流程5.3分离顺序的选择分离顺序的选择1、首选分离方法为能量分离剂的方法（如普通精、首选分离方法为能量分离剂的方法（如普通精 馏），其次选用是使用分离剂的方法（如吸收，馏），其次选用是使用分离剂的方法（如吸收，液液萃取和特殊精馏

15、）。因为后者须增设质量液液萃取和特殊精馏）。因为后者须增设质量分离剂的回收设备。但关键组分的相对挥发度分离剂的回收设备。但关键组分的相对挥发度小于小于1.05时，普通精馏在经济上不合算。时，普通精馏在经济上不合算。2、易分离的组分先分、易分离的组分先分n若有若有A、B、C、D四组分，其含量相差不大。四组分，其含量相差不大。5.3分离顺序的选择分离顺序的选择3、易挥发组分先分，即按料液中各组分的挥发度递减的、易挥发组分先分，即按料液中各组分的挥发度递减的次序从塔顶蒸出，可减少再沸器与全凝器的负荷。次序从塔顶蒸出，可减少再沸器与全凝器的负荷。4、尽可能对分（料液的等摩尔分割）、尽可能对分（料液的等

16、摩尔分割）n 当当DB时，塔主体可逆性增大，能耗可以节省。时，塔主体可逆性增大，能耗可以节省。5、量多的组分先分、量多的组分先分n含量最多的组分分离后，避免了该组分在后面塔中的含量最多的组分分离后，避免了该组分在后面塔中的多次蒸发、冷凝，减少了后继塔的负荷，当然比较经多次蒸发、冷凝，减少了后继塔的负荷，当然比较经济。济。6、分离要求高和最困难分离的组分后分、分离要求高和最困难分离的组分后分 n由于高纯度分离的塔要求很多的板数，即塔较由于高纯度分离的塔要求很多的板数，即塔较高，如还有其他非关键组分存在，塔中汽、液高，如还有其他非关键组分存在，塔中汽、液相流率将增大，要用较大的塔径，使投资增加。相流率将增大，要用较大的塔径，使投资增加。7、有特殊组分的要先分、有特殊组分的要先分n易腐蚀的组分、热敏性组分易腐蚀的组分、热敏性组分 5.3分离顺序的选择分离顺序的选择