1、糠醛精制装置能量综合利用分析v糠醛的性质、用途以及糠醛精制设备v糠醛精制技术现状及技术进展v糠醛精制的基本原理及工艺流程v糠醛精制装置七大系统v装置能量综合分析v系统优化方案一、糠醛的性质、用途以及精制设备 表1-1 糠醛的性质项目性质项目性质分子量M96.08自燃点320比重D2041.1598冰点-35.5沸点161.7比热20401.7395J/g.闪点(开)60汽化潜热（常压）449.522J/kg颜色无色透明折光率2001.5261气味苦杏仁味凝点-36.5状态(常温常压)液体与水共沸温度（常压）97.45学名呋喃甲醛水共沸物含醛%35物理性质v糠醛属于杂环的呋喃族醛类，常温下是无色
2、透明的液体，有苦杏仁味，在润滑油溶剂精制中具有很好的选择性和适宜的溶解能力，能和水部分互溶，其比重为1.1598，沸点为161.7 ,35下糠醛在水中的溶解度是6.3%,水在糠醛中的溶解度是6.1%（重），能与水形成共沸物，常压下的共沸点是97.45，共沸物的组成为糠醛占35%，水占65%（重）。化学性质v糠醛的结构式：H-CC-H H-CC-C-H /O Ov糠醛的化学安定性差，在空气、光线和温度的作用下易发生氧化，颜色先变成浅黄色，然后是黄色、褐色，一直到黑色，特别是在受热超230时会发生分解，生产胶质，并缩合成焦炭。在有机酸存在下加速氧化，生成糠醛（C4H3COOH），由于糠醛具有在酸性
3、条件下易氧化成胶质的性质，因而要经常化验糠醛的酸值，如：设法降低原料油的酸值；加入适量的弱碱；避免与空气接触等。在操作中要控制好炉温，避免糠醛在高温下分解、氧化。糠醛贮罐内采用精制后的润滑油油封或使用氮封。v糠醛制造v(1)糠醛又名呋喃甲醛（C5H4O2）,具有苦杏仁味的浅黄色至琥珀色透明液体，贮存中色泽逐渐加深，直至变为棕褐色。v 植物纤维的多缩戊糖水解可得糠醛，如玉米芯、棉籽壳、甘蔗渣、稻壳等。v(2)表1-2糠醛质量指标指标名称指标名称指标指标检验方法检验方法检验项目检验项目优级品优级品一级品一级品相对密度相对密度(d(d20202020)1.1601.1601.1611.1611.15
4、91.1591.1611.161GB1926-80GB1926-80中三第中三第9 9条条折光率折光率(n(nD D2020)1.5241.5241.5271.5271.5241.5241.5271.527GB1926-80GB1926-80中三第中三第1010条条水分，水分，/0.050.050.20 0.20 GB1926-80GB1926-80中第中第1111条条酸度，酸度，n/L n/L 0.0080.0080.0080.008GB1926-80GB1926-80中三第中三第1212条条糠醛含量糠醛含量,/,/99.0 99.0 98.598.5GB1926-80GB1926-80中三
5、第中三第1313条条馏程：馏程：GB1926-80GB1926-80中三第中三第1414条条初馏点，初馏点，155155150150158158前馏分，前馏分，mLmL 3 3158158164164馏分馏分,mL,mL94.0 94.0 92.0 92.0 总馏出量，总馏出量，%999998.598.5干点，干点，170170170(170(终馏点终馏点)残渣，残渣，%1 1硫酸盐硫酸盐(SO4)(SO4)无无GB1926-80GB1926-80中三第中三第1515条条糠醛的发展v糠醛是一种重要的化工原料，具有广阔的应用前景。广泛应用于石油炼制、石油化工、化学工业、医药、食品及合成橡胶、合成
6、树脂等行业的重要有机化工原料和化学溶剂。v早在1821年，Doebernier首先发现了糠醛，随后，人们对其物理化学性质及其合成方法进行了深入的研究。v1922年，美国Quaker Qats公司首先实现了糠醛的工业化，主要应用于木松香脱色和润滑油精制方面，实现了糠醛在工业领域的应用。v20世纪40年代，糠醛广泛应用于合成橡胶、医药、农药等领域。v60年代以后，随着糠醛衍生物的开发，特别是呋喃树脂在铸造业的广泛应用，极大地促进了糠醛工业的发展。v70年代后，随着能源危机和石油价格的上涨，利用可再生的农材废料生产高附加值的糠醛，并发展其下游化工产品，受到人们越来越多的重视。糠醛精制装置的主要设备v
7、换热设备：换热器、冷凝器、重沸器、冷却器、加热器v塔设备：汽提塔、抽提塔、蒸馏塔、闪蒸塔、干燥塔v加热炉：管式加热炉v泵v换热设备：将一种 温度较高的热流体 的热量传给另一个 温度较低的冷流体 的设备。v蒸馏塔作用：将液体混合物 分离成各种组分。v抽提塔：抽提塔是装置的核心，如果抽提塔出现结焦堵塞的情况，装置必须停工处理。v加热炉二、技术现状和技术发展糠醛精制装置技术现状v（1）中石油典型糠醛精制装置现状v（2）中石油典型糠醛精制装置现状，装置名称装置名称加工能力加工能力20082008年年20082008年能耗年能耗物耗物耗工艺特点和现状工艺特点和现状/万万t t加工量加工量/万万t t/k
8、gEO/kgEOt-1t-1Kg/Kg/t t原料原料燕山燕山糠醛精制糠醛精制2121未开工未开工抽提塔用抽提塔用FG-FG-型规整填料改造成型规整填料改造成二段抽提二段抽提糠醛精制糠醛精制707051.151.117.4517.450.450.45济南济南252513.4913.4936.490.910.91南阳南阳151513.2613.2622.1622.161.621.62荆门荆门糠醛精制糠醛精制303030.230.219.9819.981.061.06糠醛精制糠醛精制303016.8816.8819.981.06二效回收二效回收高桥高桥252521.2621.2621.3721.3
9、70.850.85二效回收，原料脱气不吹气二效回收，原料脱气不吹气茂名茂名糠醛精制糠醛精制222221.2921.2922.822.80.800.80糠醛精制糠醛精制373735.4635.4616.3016.300.450.45v（3）中石化股份糠醛装置现状v2008年中石化糠醛装置技术指标 能耗平均20.38千克标油/吨，最高36.49千克标油/吨，最低16.30千克标油/吨（大部分装置在2022千克标油/吨之间）。精制油收率平均75.31%，最高为82.09%，最低为67.15%。糠醛能耗平均0.78kg/t原料，最高为1.65kg/t原料，最低为0.45kg/t原料。糠醛精制技术进展1
10、.萃取塔的发展历程：（1）润滑油精制过程经历了从混合澄清槽到填料塔，再发展到转盘塔，再向填料塔发展的过程。v随着工业技术的迅速发展，润滑油广泛应用于国民经济的各个领域，对其品质的要求也越来越高。v因当时填料水平低，美国的SHELL公司、TEXAS发展有限公司相继开发了用转盘塔精制润滑油的工艺。v（2）用转盘塔精制润滑油的工艺结果表明:无论是油品生产量还是品质指标，都较以前有了很大的提高。v（3）萃取的物理过程是在萃取塔中经过多级逆流接触实现的，过程中传质效率主要受扩散控制，因此在萃取塔中要取得较高的萃取效率，就必须提高设备的传质面积和传质系数。v（4）在已有的工业装置中，糠醛精制萃取塔一般采用
11、转盘塔，塔内主要由若干块转盘和固定盘构成，传质面积较小，转盘在旋转时，将溶剂分散为很小的液滴，而接近刚性球的液滴其扩散传质系数较小，因此，从传质面积和传质系数两方面来看，转盘萃取塔不是一种高效萃取设备。v（5）近年来由于新型填料的发展，抽提塔由转盘塔改造成填料塔已成为趋势。萃取塔经历了从内驱动转盘、外驱动转盘、短矩阶梯环填料、QH-1扁环填料、两段萃取等几个阶段的发展。v（6）萃取塔效率不断提高，萃取塔理论级数从外驱动转盘塔的2.5级提高到两段萃取的5.0级。在达到同样的精制深度下，精制油收率提高了4.58个百分点，装置加工能耗降低了487.5 MJ/t，取得了良好的经济效益。v（7）目前在中
12、国石油包括有3套糠醛装置抽提塔仍采用老式转盘塔，其它14套糠醛精制装置全部改造成填料塔。v中石化糠醛装置也基本是填料塔，茂名分公司目前采用的是复合塔。v2.茂名分公司在糠醛精制方面进行的探索（1）转盘塔、填料塔的优点 转盘塔：具有通量大、结构简单、操作稳定、传质好。填料塔：传质效率高，糠醛与馏分油凝聚好，充分接触。v(2)转盘复合塔的特点 把两者的优点结合起来，就组成转盘填料复合技术。而转盘-填料的复合应用，按照转盘分散和填料凝聚的理论分析，证明转盘填料复合塔既保持大通量，又能使液滴分散凝聚分散充分。v（3）复合塔结构 不改变原塔的基本结构：28层转盘不变，在定环之间的空隙位置安装了26层填料
13、，每层由六笼散装矩鞍环填料组成，并将萃取塔精制液、抽出液沉降段的镇静层的陶瓷填料更换为散装矩鞍环填料。v（4）填料装填特点 全塔装置填料共12.3m3，填料装填率为40.6。填料采用了0.20.3的极低高径比，使填料在乱堆时也能体现一定程度有序排列的特点，从而降低流体通过填料层的阻力，有效地抑制两相非理想的流动，从而有助于进一步提高处理能力和传质效率。v3 新型分布器的筛选应用v（1）不设分布器h2h1糠醛原料图-2 分布图v（2）切向进料 糠醛溶剂从塔上部切向进入塔内，原料油从塔下部切向进入塔内，在转盘转动及密度差作用下，糠醛连续相呈不均匀斜向下分布，而原料油分散相则呈不均匀斜向上分布，然后
14、两相逆流接触进行传质，分布状况如图2所示，两相充分接触范围由理想高度（h1）减小到实际高度（h2），这就意味着相互接触的有效面积减少。v（3）分布器设置v将（h1h2）这一高度完全利用，使两者进入塔内能均匀分布，充分接触，便可增加传质面积，提高精制效果，在保证产品质量的前提下，降低醛油比，从而提高塔的处理量。原料进料的分布 糠醛进料的分布v(4)分布器应用效果v通过分布器的分布作用，使液液分散均匀，充分利用了抽提段的空间，增加了传质面积，从而促进表面更新，提高了抽提效果。v由于精制效率的提高，改造后醛油比降低，但却得到更优的精制油质量，使得抽提塔的操作弹性增大，给装置提高加工量及降低能耗等优化
15、提供了有利条件。v4 沉降分离技术的应用（1）沉降分离的目的v为适应装置加工不同的原料油，增加装置生产操作的弹性。v操作过程中由于原料性质变化（如处理非大庆原料油时原料重度增大），或在操作波动（如转盘转速过大、界面过高）时，造成精制液含醛增大，精制油收率降低。这样含醛高的精制液直接进入精制液回收系统时必然大大增加加热炉热负荷，从而使装置消耗的燃料增加。v(2)精制液沉降工艺：v精制液从萃取塔顶出来后先经换冷再进入沉降罐，精制液所夹带的部分糠醛被析离出来，通过沉降罐界面控制将沉降糠醛重新打回至萃取塔。这样，进入加热炉的糠醛减少，使加热炉热负荷得到进一步降低，炉子燃料消耗降低，最主要的一点是可以大
16、幅降低装置湿醛量。v(3)抽出液沉降工艺：v抽出液从萃取塔底出来后先经换冷控制一定温度再进入沉降罐，抽出液所夹带的部分润滑油理想组分被析离出来，通过沉降罐界面控制将沉降轻油经原料油泵重新打回至萃取塔进行萃取，其所含有的理想组分会部分析出进人到精制液中，可提高精制油的质量和收率。三、糠醛精制的基本原理和流程图糠醛精制的基本原理v糠醛精制的生产目的：通过除去润滑油中的非理想组分，使润滑油的粘温性能、抗氧化安定性以及油品的颜色得到改善，使油品的酸值和残炭降低。v（2）糠醛精制是以糠醛作溶剂。糠醛是一种选择性较强，而溶解能力适宜的溶剂。糠醛对润滑油馏分中所含的各种烃类的溶解度不同，即对非理想组分(多环
17、短侧链的芳香烃和烷烃、胶质、硫和氮的化合物等)的溶解度比较大，而对理想组分(少环长侧链的烃类)的溶解度很小，且糠醛比重大于润滑油馏分。v 根据这些性质，利用糠醛和润滑油馏分在抽提塔内逆流接触，在低于临界溶解温度下，借助于比重不同，进行沉降分层，使理想组分与非理想组分分开，从而提高精制后油品的抗氧化安定性和抗腐蚀性，改善油品的粘温性能和颜色，并可降低油品的残炭值和酸值。萃萃取取塔塔待回收溶剂待回收溶剂糠醛溶剂糠醛溶剂加加热热炉炉闪闪蒸蒸塔塔加加热热炉炉蒸蒸发发塔塔干干燥燥塔塔换热器换热器换热器换热器换热器换热器换热器换热器原料原料基础油出装置基础油出装置糠醛溶剂糠醛溶剂溶剂油溶剂油溶剂精溶剂精制
18、子系制子系统统溶剂多效蒸溶剂多效蒸发塔系统发塔系统糖醛装置简图糖醛装置简图汽提蒸汽提蒸汽汽糠醛精制装置的工艺流程v原料油自罐区送入装置，经E210IA-C换热后送去T2101进行减压汽提。脱气原料油经P2102AB抽出，经E2123冷却后，送入抽提塔。v精制液从T2102顶自压排出，再经E2110、E2103换热后，进入精制液加热炉F210I，加热后入闪蒸塔T2103A，闪蒸出部分糠醛从塔顶排出至E2128AB换热后入T2106，闪蒸塔底液自压入精制液汽提塔T2103B，精制油从T2103B底抽出，经重沸器E2131，2103A-C，E2I0IA-C换热后，再经E2122冷却至80出装置。v废
19、液从T2102底自压排出，经E2104，E2128，E2105，E2106，E2107换热后，至一效蒸发塔。一效塔顶气经E2105，E2111换热后至T2106，一效塔底液经P2104AB抽出至废液加热炉对流室，经E2109换热后进入二效蒸发塔T2104B，二效塔顶醛气经E2107、E2112A换热后至T2106，二效塔底液经PZ2105AB抽出，经废液加热炉F2102加热后，送入三效蒸发塔T2104C，三效塔顶醛气经E21O9、E2106、E2110、E2112B换热后至T2106，三效塔底液自压流入闪蒸塔T2105A，闪顶醛气经E2128AB换热后入T2106，闪底液自压入废油汽提塔T21
20、05B，塔底废油经P2I06AB抽出，经水冷器E2121冷却后送出装置。v中段循环液经P2110AB抽出，经水冷却E2125冷却后入抽提塔T2102.四、糠醛精制装置七大系统v糠醛精制装置由原料脱气系统、抽提系统、精制液回收系统、抽出液回收系统、水溶液回收系统、抽真空系统及0.35MPa自产蒸汽发生系统七部分组成。（一）原料脱气系统v原料油罐不用氮气保护时，原料会溶入（50-100）10-6的氧气，这些微量的氧气足以使糠醛氧化产生糠酸，并进一步缩合生成胶质，造成设备的腐蚀与堵塞，严重地影响装置的正常生产。因此，原料在进入抽提塔前必须经过原料脱气单元，利用减压和汽提，使溶入油中的氧气析出而脱除，
21、减小糠醛氧化带来的一系列不利的影响。v原料脱气的作用：防止糠醛氧化造成设备、管线等腐蚀。v为了防止糠醛氧化造成设备、管线腐蚀，还可以采用糠醛储罐、水溶剂罐、污油罐氮封、水溶液系统注碱等方法。（二）抽提系统v溶剂精制的抽提塔一般采用转盘塔或者填料塔，溶剂和原料油在转盘塔（或者填料塔）中逆流接触，然后沉降分离出理想组分和非理想组分。糠醛作为溶剂，糠醛容易氧化结焦，会造成抽提塔内部结焦，影响溶剂与原料油的接触，导致萃取效果下降，严重时会造成溶剂或原料油走短路，完全失去萃取效果，需要停工处理。v抽提原理：原料油从塔下部进入，溶剂从塔上部进入，由于溶剂的密度比原料大，经过原料和溶剂充分地逆向接触，原料中
22、的非理想组分（多环短侧链芳烃和环烷烃、胶质、硫和氮的化合物）溶解在溶剂中，作为抽出液从抽提塔底部带离抽提塔，而含少量溶剂的精制液则从抽提塔顶部流出，精制液和抽出液分别进入各自的溶剂回收系统，进行后续操作。v在抽提系统中采用了“溶剂分流，抽出液合流”的二段抽提工艺流程。v在抽提系统中，原料油从一段抽提塔下部进入，塔顶精制液作为二段抽提的原料进塔，一段抽提塔底部出来的抽出液和二段抽提塔底部出来的抽出液合并后，进入抽出液溶剂回收系统，二段抽提塔顶出来的精制液进入精制液溶剂回收系统，一段抽提和二段抽提都采用新鲜糠醛作为溶剂。v在抽提塔顶采用精制液沉降系统，塔顶物流通过冷却沉降分离后，从底部出来的是约含
23、90-95%糠醛的富醛液，作为回流与新鲜糠醛一同进入抽提塔，使精制液携带的糠醛得到部分分离后返回抽提塔循环使用，从顶部出来的是含6-10%糠醛的精制液。塔顶设沉降罐，相当于精致段多了一个平衡级，由于温度降低，溶剂的选择性提高，提高了产品的质量。同时减少精制液加热炉与汽提塔的负荷，减少由于加热炉管壁局部超温而使糠醛氧化变质带来的糠醛消耗，并可得到品质优良的精制油。v在抽提塔底增设抽出液沉降罐，使富油液返回抽提塔再抽提，以提高精制油产率，并提高产品的产值。糠醛溶剂回收的基本原理v溶剂回收系统有精制液和抽出液两个部分。v糠醛的回收是通过闪蒸、汽提、脱水、干燥得到干糠醛循环使用。1.闪蒸原理v 糠醛的
24、蒸汽压远大于油料的蒸汽压，精制(抽出)液经泵送加压，再经换热(加热)升温后液体温度高于闪蒸塔内压力下的沸点，通过降压，精制(抽出)液成为过热状态，其高于沸点的显热即变为潜热，使精制(抽出)液中的糠醛部分汽化，然后平衡后的汽液两相在闪蒸塔中恒压分离后，分别从塔顶，塔底排出，塔顶气相经换热后冷凝为液体，使得大部分溶剂得到回收。2.汽提原理v 经闪蒸后的精制（抽出）液中仍含有少部分糠醛，由于糠醛在高于230下容易分解，故闪底液不宜再加热回收糠醛，而是通过减压汽提（汽提塔顶抽真空)。v 汽提蒸汽的作用是:分压作用和提供热量作用，吹入的水蒸气降低糠醛蒸汽的分压，使其低于常压沸点的温度下连续蒸发，残留的糠
25、醛进一步得到回收。3.溶剂脱水 干燥原理v糠醛水的分离，通常用双塔流程。v由于糠醛与水能形成共沸物，用简单的方法是不能把共沸物分开的，常压下糠醛与水的共沸物沸点为97.4 ，含35%的糠醛，含糠醛小于35%时，经蒸馏可以分成共沸物和水，而大于35%时进行蒸馏可分成共沸物和糠醛。含糠醛35%的共沸物冷凝后冷却到接近常温时，就会分成两相，例如冷却到40就分成一相为含糠醛约为6.5%的水溶液，与一相为含糠醛为93%以上的糠醛液，这两相又可送回精馏塔精馏，分出水和糠醛。v糠醛水的混合物先冷凝进入水溶剂分离罐，上层含水多叫水溶液，送入水溶液脱糠醛塔，即脱水塔，水从塔底排出。糠醛以共沸物的组成从塔顶分出，
26、冷凝后回到水溶剂分离罐又分成两相。水溶剂分离罐的下层主要是糠醛，即湿溶剂，送入糠醛干燥塔。水以共沸物组成从塔顶蒸出，冷凝后，进入水溶剂分离罐。塔底得到含水小于0.5%的干糠醛。正常操作时，糠醛中含水量约0.5%，在任何情况下含水量不得超过1%，糠醛中含水，将大大降低糠醛的溶解能力，使精制后的精制油质量变坏。糠醛装置糠醛装置精制油去酮苯精制油去酮苯抽余油抽余油抽抽提提塔塔原原料料脱脱气气塔塔脱脱干干燥燥塔塔分分馏馏塔塔分分馏馏塔塔分分馏馏塔塔精精制制汽汽提提塔塔加加热热炉炉加加热热炉炉原料原料糠醛对润滑油馏份中非理想组分溶解度大，而对理想组分溶解度小。(三)精制液回收系统v精制液经过加热炉，进入
27、精制液闪蒸汽提塔，通过蒸发、汽提，将精制液中的糠醛全部回收，得到精制油。精制液回流：即精制液在进入加热炉前先 分一部分到精制液汽提塔顶，利用抽提塔 的压力自压到减压汽提塔塔顶作为回流。采用精制液回流不会造成汽提塔内气相负荷较大的上升，可以有效控制汽提塔顶温度，保证汽提塔的真空度，使精制油不再含醛。汽提蒸汽用量减少了，精制液加热炉进料量减少，炉子负荷下降。（四）抽出液回收系统v抽出液经过加热炉加热之后，进入抽出液三效蒸发塔、汽提塔，通过蒸发、汽提，回收抽出液中的糠醛，得到抽出油。v在抽出液回收系统中，我们采用四塔三效流程。这个流程是利用低-中-高各段溶剂蒸汽的湿热与潜热作为热源，达到多蒸出溶剂，
28、减少外供热。v所谓多效蒸发是指以多塔多次蒸发替代一塔一次蒸发，而且各塔的操作压力、温度不同，溶剂在低压蒸发时所需要的热量是来自于高压蒸出的溶剂蒸汽的冷凝潜热，从而达到降低加热炉的热负荷以及装置能耗的目的。v流程：塔3-1为一效蒸发塔，塔3-2为二效蒸发塔，塔4为三效蒸发塔。抽出液经炉2对流室加热后，首先和一效蒸发塔顶来的糠醛气换热，再和二次蒸发塔顶来的糠醛气换热，最后和三次蒸发塔顶来的糠醛气换热。经过三次换热，达到一次蒸发塔压力下的平衡蒸发温度，具备了蒸发的条件。(五)水溶液回收系统v糠醛和水的分离采用双塔流程。它是基于在常温下糠醛与水为部分互溶，在蒸发汽化时，糠醛和水会形成低沸点共沸物的原理
29、。来自汽提塔顶的糠醛和水的混合物，冷凝冷却后进入分液罐，此罐中的液体可分为两层，上层为含醛的6.5%的水相，下层为含水的6.5%的醛相，将上层的水相送入脱水塔，下层的醛相送入糠醛脱水塔，在脱水塔底放出水，糠醛脱水塔底得到含水小于0.5%的干糠醛。两个塔的塔顶均在近于常压下操作，脱水塔以汽提蒸汽为热源，干燥塔以来自蒸发塔的糠醛蒸汽为热源。（六）抽真空系统v糠醛精制装置抽真空系统采用高效水循环式抽真空技术。v脱气塔顶单设一套抽真空系统，糠醛干燥塔、精制液汽提塔、抽出液汽提塔设一套抽真空系统。（七）0.35MPa自产蒸汽发生系统v为了充分利用装置富余热量，装置增设了自产蒸汽系统。五、装置能量综合分析
30、v这一部分我们主要对加热炉进行了能和（火用）的计算与分析。v加热炉是各种过程综合于一体的热工设备，炉内既有热量交换、温度变化、压力变化、汽化、冷凝与混合等物理状态变化过程，又有燃烧与物料反应等化学变化过程。在这些过程中有（火用）的变化，可以用（火用）平衡分析法评价炉内能量的有效利用情况。（一）加热炉计算与分析方法v 以平衡环境状态为基础，理论上能够最大限度转化为功的能量称为（火用）；反之，理论上根本不能转化为功的能量称为（火无)。v（火用）表征能量转化为功的能力和技术上的有用程度。v1.建立（火用）分析模型 加热炉可用“黑箱”模型来进行分析，即只考虑流经炉子的物流和能流在进、出口处参数的变化结
31、果，而对炉内的变化过程不作具体研究。也可用过程模型，把炉子划分成若干子系统，先对每个子系统进行（火用）分析计算，再对整个炉子进行（火用）分析计算。v2.计算加热炉物流(火用)和热散(火用)燃料、空气、雾化蒸汽、物料等物流不断供入炉内，而燃烧产生的烟气传热给物料后不断地流出，炉体散热，故有物流（火用）和散热（火用）。若忽略动能和位能的变化，物流（火用）等于其物理（火用）与化学（火用）之和。v（1）物理（火用）的计算 物流与环境仅因压力、温度不同而具有的（火用），称为物理（火用）。燃料、预热空气、雾化蒸汽、物料和烟气等都具有物理（火用）。由稳流系热力学第一定律能量方程式和热力学第二定律熵方程式可导
32、出稳流物理（火用）为：(1)式中：H0、S0 环境状态下的焓、熵；H、S物流的焓、熵。000PEHHTSSv对于作为恒温热源的物流，由卡诺循环确定其（火用）为：(2)式中：T0、T环境、物流的热力学温 度，K；H物流的焓差。01/PETTHv对于作为变温热源的物流，当其定压比热为常数时，T可取进、出口的对数平均温度，其（火用）为：(3)式中：T1、T2进、出口物流的热力学温 度，K。021211ln/PTETTHTTv理想气体的物理（火用）在环境和操作条件下，物流均为理想气体 时，其单位量物理（火用）为：(4)上式右边第一项表示温差对（火用）的贡献，称为温度（火用）；第二项表示压差对（火用）的
33、贡献，称为压力（火用）。0001lnPPTpeC dTRTTpv理想气体物理（火用）的实用计算法，可采用其热性质系数来计算：(5)式中：T0、T环境、气体的温度，K;P0、P环境、气体的压力，atm;R气体常数，R=8.31J/mol.k;M气体的分子量；B、C、D、E、F气体的热性质系数。223300044550000223300044000ln/342235ln4PeBTTCTTDTTETTFTTTBTTCTTDTTETTR TPFTTMPv混合气体的物理（火用）为：（6）式中：gii组分的重量分率；epii组分的物理（火用），kj/kg。PiP iiegev实际气体的物理（火用）实际气体
34、的物理（火用）可用理想气体的温度（火用）和 （火用）差函数进行计算，其三参数普遍化关联式为：（7）式中：eP实际气体的物理（火用）；气体的偏心因数；eP0理想气体的温度（火用）；0在T0、P0下的逸度系数；TC气体的临界温度，K；在T、P下的逸度系数。对比温度；0100000010100001lnlnlnlnlnPPrCCCrTHHHHeeTRTTRTRTpTp00rCTTTv在环境和操作条件下均为液相，并且Tr0.8、Pr1或Tr0.85的饱和液体，可用饱和液体比热CL计算其物理（火用）为：(8)水和水蒸汽的物理（火用）由水蒸气表或焓熵图查得H0、S0、H、S并按式（1）计算。001TPLT
35、TeC dTTv（2）化学（火用）的计算 物流与环境由于化学不平衡所具有的（火用）称为化学（火用），它包括浓度不平衡具有的扩散（火用）或组成不平衡具有的反应（火用）。加热炉内燃料、雾化蒸汽、物料、烟气等都会具有化学（火用）。v纯物质的化学（火用）纯物质化学（火用）可用组成该物质元素的标准化学（火用）和化合物的标准生成自由焓表示，按下式计算:（9）式中：i物质的标准化学（火用），kj/g.mol;i物质的标准生成自由焓,kj/g.mol；i物质中j元素的摩尔数；j元素的标准化学（火用）kj/g.mol；000cifiijcjjeGn e 0c ie0fiGijn0cjev混合物的化学（火用）混合
36、物的化学（火用）用纯物质的化学（火用）计算：(10)式中：混合物中i组分的摩尔分率；混合物中i组分的浓度，对于理想溶液或理想 气体，=00lnciciiiiiexeRTxaixiaiaixv燃料化学（火用）的近似计算 燃料是组成极为复杂的物质，若已知其详细组成（如单体烃及燃料气），则可按上述方法计算混合物的化学（火用）。若燃料的组成不详，则可采用下列近似式进行计算：气体燃料：（11）液体燃料：（12）固体燃料：（13）式中：燃料的高发热量，kJ/kg或kj/Nm3；燃料的低发热量，kJ/kg或kj/Nm3；C、H、S、O液体燃料中碳、氢、硫、氧的重量分率 水的汽化潜热，kJ/kg;水的重量分率
37、；0.95cgeQ0.97579292.1525.35()cgeQCHS OcdeQgQdQv（3）散热（火用）的计算 (14)式中：炉体的散热量，kJ/h;炉子火墙温度，K。01sSBTeQTSQBTv3计算炉内（火用）损失 在能量的使用过程中，由于克服过程的不可逆性，一部分（火用）转化为（火无），成为（火用）损失。（火用）损失是能量变质的量度，它与熵增成正比，按下式计算：(15)式中：不可逆性引起的熵增，kJ/kg.K;供入炉中（火用）之和；离开炉子（火用）之和；0DTSEESEEv4.建立炉子（火用）平衡方程式 炉子供入（火用）、输出（火用）和（火用）损失 之间可以建立下列（火用）平衡方
38、程式：(16)EEDDEEv5.计算炉子的（火用）效率 炉内被利用（火用）与供入（火用）的比值，称为炉子的（火用）效率，用 表示：(17)eeEEEv6.绘制炉子的（火用）流图 为了更形象地表示（火用）的利用和损失情况，可以根据（火用）计算的结果绘制出炉子的（火用）流图。该图把供入（火用）、有效（火用）和（火用）损失按工艺流程和（火用）的比例绘制成图。二、加热炉（火用）计算和分析的实例v现以一圆筒加热炉为例，对其进行（火用）计算和分析。v已知条件：被加热物料：常压油；物流流量：G=13 2 0 0 k g/h；物料入炉温度：t1=337；物料出炉温度：t2=418；燃油组成：CP=86.5%；
39、HP=10.9%；NP=0.8%；OP=0.8%；SP=1%；燃油流量：B=1242Kg/h；燃油预热温度：tu=150；空气预热温度：ta=200；雾化蒸汽：饱和蒸汽，其温度tb=179；雾化蒸汽流量：Ws=0.5kg/kg油v1.燃烧过程的（火用）计算 v2.辐射段的（火用）计算v3.对流段的（火用）计算v4.排烟的（火用）计算v5.散热（火用）的计算v6.全炉（火用）损失v7.全炉（火用）效率 100%=34%28532.87/yfdypsDDDDDDkJ Kg油gegeDev8绘制加热炉（火用）流图v9.加热炉（火用）分析v(1)燃烧过程（火用）分析 燃烧是不可逆过程，其造成的（火用）
40、损失高达32.08%，这是加热炉（火用）损失最大的部位。v(2)传热过程（火用）分析 辐射段不可逆传热造成的（火用）损失为18.7%，对流段不可逆传热（火用）损失为2.97%，两者不可逆传热（火用）损失共为21.67%，是加热炉（火用）损失的第二大部位。v(3)排烟的（火用）分析 排烟（火用）损失为10.2%，是加热炉（火用）损失的第三大部位。v(4)散热过程（火用）分析 散热（火用）损失为2.04%，是加热炉（火用）损失的第四大部位。从热平衡分析来看，加热炉主要热损失部位是排烟和散热损失；而从（火用）平衡分析来看，（火用）损失的主要部位是燃烧（火用）损失和辐射段传热（火用）损失。以数量上来看
41、,加热炉的热效率高达75%；而从质量上来看，加热炉的（火用）效率只有34%。六、系统优化方案v装置间物料改直输v糠醛干燥塔改负压操作v优化换热流程v加热炉节能改造v机泵改造v冷却器循环水串级使用（一）装置间物料改直输v糠醛装置生产的精制油先进白土精制装置原料罐，再由白土装置根据自己的需要进行抽用。这样不但切水、清罐等造成的加工损失大，而且上游装置油品出装置需要冷却，下游装置原料进料需要加热和罐区加温消耗了大量的循环水和蒸汽，造成上下游装置公用工程的双重浪费，导致装置能耗上升。v装置间物料改直输后，糠醛装置来的精制油直接进白土精制装置混合罐，这样糠醛精制装置停用了原料中转站、精制油出装置冷却器以
42、及众多的罐区加温盘管，蒸汽消耗下降，循环水消耗下降。（二）糠醛干燥塔改负压操作v糠醛干燥塔和脱水塔均采用常压操作，采用负压操作后，抽出液各级蒸发塔压力降低，糠醛汽化率高，加热炉负荷减小。（三）优化换热流程v用精制油与二段萃取塔顶出来的精制液换热，减少了抽出液进加热炉对流室前的换热面积，抽出液进抽出液加热炉上对流室温度下降，增大了换热温差，加热炉排烟温度下降，热效率提高，同时精制液加热炉进料温度上升，精制液加热炉负荷下降，装置能耗下降。v(3)提高燃烧压力 压缩燃烧的节能潜力大，它不仅使炉体尺寸缩小，传热强度高，耗燃量低，而且烟气可用来驱动烟气轮机，能量分级利用合理，因而经济效益显著。v(4)开
43、发新型燃烧器 现已开发有辐射型燃烧器，其空气过剩系数只有0.05-0.l。v(5)改变进料温度，减少传热温差v(6)提高炉管的耐热性能v采用已开发的 H P 4 0型炉管代替HK40型炉管，可使炉管的最大外表温度由1040提高到1100，这样可减小传热温差，进而减少传热（火用）损失。v(7)建立先进的监测系统,实施严格的管理制度（五）机泵改造v机泵的节能，就是减少机泵的能量损失，可以通过两条途径来实现。一种改变机泵工况点的途径是叶轮切削改造，其原理是经过切削的叶轮，其特性曲线会按一定规律发生变化，根据切削后的运行参数，计算切削量，改变叶轮的外径，使机泵特性曲线按要求发生变化；另一种是调速运行，通过改变机泵的转速，来改变机泵的运行曲线。（六）冷却器循环水串级使用v循环水优化调整的两个目标，即水冷器水侧循环水的流速不小于0.5m/s，出口水的温度不大于50。调节合适用水，既达到节水目的，同时又避免水冷器结垢。当水的流速为0.5m/s时，其对应流量是节水的最小流量值。水冷器的流量不能小于此流量，以确保水冷器的水侧不至于被腐蚀及结垢。
