化工節(jié)能與過程熱集成精品專業(yè)課件

1、1精品 PPT 歡迎下載 可修改精餾過程是一個(gè)不可逆過程，火用損失由下列不可逆引起：(1)流體流動阻力造成的壓力降（壓差）；(2)不同溫度物流間的傳熱或不同溫度物流的混合（溫度差）；(3)相濃度不平衡物流間的傳質(zhì)或不同濃度物流的混合（濃度差或化學(xué)勢差）00/lev P TTnv p TT 0()/()HLHLHLDEEQT TTT T 以板式塔為例，從下面上升進(jìn)入某塊板的汽相溫度比上面板上流下來的液相溫度要高些，而易揮發(fā)組分的含量則低于與下降液相濃度相平衡的濃度，兩股物料在溫度和組成上均不平衡。在塔板上發(fā)生的熱量和質(zhì)量傳遞均是不可逆的，必然造成火用的損失，這是精餾塔內(nèi)部火用損失的主要部分。 這

2、主要是由于化學(xué)位有差異而導(dǎo)致傳質(zhì)過程從而有效能損失。如圖所示，在圖中平衡線和操作線之間所夾面積表明了塔內(nèi)傳熱傳質(zhì)的不可逆程度。因此，操作線越靠近平衡線，精餾過程不可逆損失越小，所需能量也越少，但理論板數(shù)會增加，設(shè)備投資增大。降低火用損：降低火用損：減小不可逆性，降低推動力減小不可逆性，降低推動力 （壓差、溫差和濃度差）（壓差、溫差和濃度差）精餾：精餾：需要推動力需要推動力適當(dāng)推動力適當(dāng)推動力精餾塔的熱量衡算QS: 再沸器的加熱量；QF: 料液帶進(jìn)的熱量；QD: 塔頂產(chǎn)品帶出的熱量；QC: 塔頂冷凝器的冷卻量；QW: 塔底產(chǎn)品帶出的熱量；WCDFSQQQQQ（1）預(yù)熱進(jìn)料）預(yù)熱進(jìn)料以較低溫位的熱

3、能 代替再沸器要求的 高溫位熱能（2） 塔釜液余熱的利用塔釜液余熱的利用塔釜液的顯熱變?yōu)闈摕醽砝盟?釜 排 出 液廢 液排 出 蒸 汽驅(qū) 動 蒸 汽吸 入 蒸 汽減壓罐（3） 塔頂蒸汽余熱的回收利用塔頂蒸汽余熱的回收利用直接熱利用：產(chǎn)生低壓蒸汽余熱制冷：采用吸收式制冷裝置產(chǎn)生冷量余熱發(fā)電：用塔頂余熱產(chǎn)生低壓蒸汽驅(qū)動透平發(fā)電。9、 人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022-1-212022-1-21Friday, January 21, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022-1-212022-1-212022-1-211/21/2022 2:10:03 AM11、人總是珍惜為

4、得到。2022-1-212022-1-212022-1-21Jan-2221-Jan-2212、人亂于心，不寬余請。2022-1-212022-1-212022-1-21Friday, January 21, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022-1-212022-1-212022-1-212022-1-211/21/202214、抱最大的希望，作最大的努力。2022年1月21日星期五2022-1-212022-1-212022-1-2115、一個(gè)人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。2022年1月2022-1-212022-1-212022-1-211/21/202216、業(yè)余生

5、活要有意義，不要越軌。2022-1-212022-1-21January 21, 202217、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2022-1-212022-1-212022-1-212022-1-21泵No.1給水加熱器 （水）47No.1給水加熱器對二甲苯深冷分離工序?qū)Χ妆轿椒蛛x工序凝水泵（蒸汽）169000蒸餾塔蒸發(fā)器（排水）116（二甲苯蒸汽）50000476蒸汽透平二甲苯液體）20000142受槽發(fā)電機(jī)補(bǔ)充水凝汽6600G769、 人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022-1-212022-1-21Friday, January 21, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要

6、有低氣。2022-1-212022-1-212022-1-211/21/2022 2:10:04 AM11、人總是珍惜為得到。2022-1-212022-1-212022-1-21Jan-2221-Jan-2212、人亂于心，不寬余請。2022-1-212022-1-212022-1-21Friday, January 21, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022-1-212022-1-212022-1-212022-1-211/21/202214、抱最大的希望，作最大的努力。2022年1月21日星期五2022-1-212022-1-212022-1-2115、一個(gè)人炫耀什么

7、，說明他內(nèi)心缺少什么。2022年1月2022-1-212022-1-212022-1-211/21/202216、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2022-1-212022-1-21January 21, 202217、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2022-1-212022-1-212022-1-212022-1-21DLR/（4） 減小回流比減小回流比回流比減少，操作線上移靠近平衡線，火用損失?。灰蚨鵁嶝?fù)荷小，但塔板數(shù)N,即設(shè)備費(fèi)用加大；回流比增加，能耗上升，塔板數(shù)減少；在最小回流比下，過程仍存在不可逆性。最優(yōu)回流比反應(yīng)了設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)用的最佳權(quán)衡。最優(yōu)設(shè)計(jì)回流比為最小回流比的 1.2

8、 2 倍；最佳回流比與能源價(jià)格的關(guān)系 對于已定的精餾塔和分離物系，R與產(chǎn)品純度密切相關(guān)。為了確保得到純度合格的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)都有一定的回流余量。余量越大，能耗越高。對于回流余量較大的精餾塔，在不降低產(chǎn)品質(zhì)量等級的情況下，只要降低R，即可降低塔底再沸器的能耗。例如，某煉油廠的鉑重整車間，維持產(chǎn)品質(zhì)量不變，調(diào)低6座精餾塔系的R，取得了顯著的節(jié)能效果。 表一表一 調(diào)低回流比的節(jié)能效果調(diào)低回流比的節(jié)能效果精餾塔精餾塔 調(diào)整前調(diào)整前 調(diào)整后調(diào)整后回流比回流比R 能耗能耗(KJ/h) 回流比回流比R 能耗能耗(KJ/h) 節(jié)能效果節(jié)能效果%水分餾塔水分餾塔 2.0 485.7 1.0 242.8 50苯塔苯

9、塔 8.2 352.1 6.2 85.8 76甲苯塔甲苯塔 3.1 364.7 2.0 129.8 65鄰二甲苯塔鄰二甲苯塔 52.5 561.0 38 154.9 72乙基苯塔乙基苯塔 120.0 1189.8 90.0 297.3 73預(yù)分餾塔預(yù)分餾塔 4.7 752.8 1.2 560.2 26（1）增設(shè)中間再沸器和中間冷凝器）增設(shè)中間再沸器和中間冷凝器典型精餾塔的塔頂溫度典型精餾塔的塔頂溫度TC與塔釜溫度與塔釜溫度TR相差很大，火用損相差很大，火用損也就大，所以熱力學(xué)效率就不高。也就大，所以熱力學(xué)效率就不高。在熱負(fù)荷在熱負(fù)荷Q不變的情況下，如果能把一部分負(fù)荷分配到塔的不變的情況下，如果

10、能把一部分負(fù)荷分配到塔的中間，中間，也就是用中間再沸器將部分塔釜熱量移到中部，或用也就是用中間再沸器將部分塔釜熱量移到中部，或用中間冷凝器將一部分冷凝負(fù)荷從塔頂移到中部，則不但可以中間冷凝器將一部分冷凝負(fù)荷從塔頂移到中部，則不但可以減少不可逆損失，而且可以利用較低溫度的熱源加熱和減少不可逆損失，而且可以利用較低溫度的熱源加熱和/或或用較高溫度的冷卻劑（如循環(huán)水）冷凝。用較高溫度的冷卻劑（如循環(huán)水）冷凝。從過程原理來看，進(jìn)料板以下設(shè)置中間再沸器，進(jìn)料板以上從過程原理來看，進(jìn)料板以下設(shè)置中間再沸器，進(jìn)料板以上設(shè)置中間冷凝器（見下頁圖），則可以使操作線接近平衡曲設(shè)置中間冷凝器（見下頁圖），則可以使操

11、作線接近平衡曲線，使塔兩端的回流減少，僅在兩個(gè)中間換熱器之間區(qū)域保線，使塔兩端的回流減少，僅在兩個(gè)中間換熱器之間區(qū)域保持原有回流量。持原有回流量?；亓髁繙p少又要保持同樣分離程度就需要增加塔板數(shù)?；亓髁繙p少又要保持同樣分離程度就需要增加塔板數(shù)。例如，例如，80年代設(shè)計(jì)的原油常壓分餾塔塔板多取年代設(shè)計(jì)的原油常壓分餾塔塔板多取50塊左右，比塊左右，比60年代的年代的40塊增加了塊增加了1/4，就是這個(gè)道理。，就是這個(gè)道理。二級冷凝、二級再沸流程第二蒸餾釜蒸餾釜冷凝器第二冷凝器二級冷凝二級再沸 圖增設(shè)中間再沸器的條件：有不同溫度的熱源供用；增設(shè)中間冷凝器的條件：中間回收的熱能有適當(dāng)?shù)挠脩?，或者可以用?/p>

12、卻水冷卻，減少制冷劑負(fù)荷；如果使用同樣熱源，則沒有節(jié)能效果，還浪費(fèi)投資。設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：塔兩端氣液流量減少，可以縮小相應(yīng)段塔徑。（2）多段進(jìn)料和側(cè)線出料）多段進(jìn)料和側(cè)線出料兩種或多種成分相同但濃度不同的料液進(jìn)行分離：兩塔式進(jìn)料液混合一塔式二段進(jìn)料一塔式兩段進(jìn)料的復(fù)雜塔計(jì)算可分為三段：精餾段、中間段和提餾段多段進(jìn)料操作線接近平衡線，不可逆損失降低降低，因而能耗降低當(dāng)需要組成不同的兩種或多種產(chǎn)品時(shí)，可在塔內(nèi)安裝側(cè)線，抽出產(chǎn)品；抽出產(chǎn)品可為塔板上的泡點(diǎn)液體或飽和蒸汽。側(cè)線出料精餾塔液體出料操作線蒸汽出料操作線存在問題：最適宜側(cè)線采出量受外部變化影響，一般保持側(cè)線采出量一定。操作變量沒有增加，故只能對幾個(gè)組

13、分中的一個(gè)組分進(jìn)行質(zhì)量控制；操作靈活性小，故必須嚴(yán)密地設(shè)定設(shè)計(jì)條件。（3）多效精餾）多效精餾 將多組分混合物的分離安排在一系列壓力依次遞減的精餾塔中去完成，高壓塔塔頂產(chǎn)品冷凝汽化潛熱被用來對較低壓力的塔提餾再沸能量。并流逆流平流壓力組合方式： 加壓-常壓、加壓-減壓、常壓-減壓、減壓-減壓SFW低壓塔高壓塔W2W1DSFWD低壓塔高壓塔D1WW=W1+W2D=D1+D2(a)并流型（低沸點(diǎn)成分高沸點(diǎn)成分） (b)并流型（低沸點(diǎn)成分高沸點(diǎn)成分）SDW低壓塔高壓塔WD2D=D1+D2(c)逆流型（低沸點(diǎn)成分高沸點(diǎn)成分）D2SW低壓塔高壓塔FF1F2D1W2W1F=F1+F2;D=D1+D2;W=W

14、1+W2(d)平流型（低沸點(diǎn)成分高沸點(diǎn)成分）SFW低壓塔高壓塔W2W1DSFWD低壓塔高壓塔D1WW=W1+W2D=D1+D2(a)并流型（低沸點(diǎn)成分高沸點(diǎn)成分） (b)并流型（低沸點(diǎn)成分高沸點(diǎn)成分）SDW低壓塔高壓塔WD2D=D1+D2(c)逆流型（低沸點(diǎn)成分高沸點(diǎn)成分）D2SW低壓塔高壓塔FF1F2D1W2W1F=F1+F2;D=D1+D2;W=W1+W2(d)平流型（低沸點(diǎn)成分高沸點(diǎn)成分）不論采用哪種多效方式，其兩效精餾操作所需熱量與單塔不論采用哪種多效方式，其兩效精餾操作所需熱量與單塔精餾相比較，精餾相比較，可減少可減少30%40%。存在問題存在問題； 1、效數(shù)受投資的限制、效數(shù)受投資

15、的限制 2、效數(shù)受操作條件的限制、效數(shù)受操作條件的限制 因此，除了發(fā)酵醪液制乙醇有五效精餾外，日本聯(lián)氨因此，除了發(fā)酵醪液制乙醇有五效精餾外，日本聯(lián)氨食鹽食鹽水體系脫水精餾采用三效外，一般為水體系脫水精餾采用三效外，一般為2效效。（4）熱泵精餾）熱泵精餾熱泵：把冷凝器的熱“泵送”到再沸器里去的制冷系統(tǒng)。(1).依據(jù)熱力學(xué)第二定律，給系統(tǒng)加入一定的機(jī)械功，塔頂蒸汽加壓升溫，作為再沸熱源。因?yàn)榛厥盏臐摕嵊糜谶^程本身，又省去了塔頂冷凝器、冷卻水和塔釜加熱蒸汽，故可使精餾的能耗明顯減少。(2).把塔頂蒸汽加壓升溫到塔底熱源的水平，所需能量很大。因此，目前熱泵精餾只適用于沸點(diǎn)相近的組分的分離，其塔底和塔頂

16、溫差不大。適用于沸點(diǎn)相近組分的分離，其塔底和塔頂溫差不大的場合。(3).兩種方式：蒸汽壓縮機(jī)方式和蒸汽噴射泵方式。適用范圍： 塔頂和塔底溫度接近 被分離物質(zhì)沸點(diǎn)接近，分離困難，回流比高，需大量加熱蒸汽的場合。在低壓運(yùn)行時(shí)，必須采用冷凍劑進(jìn)行冷凝，為了使用冷卻水或空氣冷卻，必須在較高塔壓下分離某些易揮發(fā)物質(zhì)的場合。 考慮到冷凝和再沸器負(fù)荷的平衡及便于控制，在流程中往往沒考慮到冷凝和再沸器負(fù)荷的平衡及便于控制，在流程中往往沒有附加冷卻器或加熱器。有附加冷卻器或加熱器。又分為三種形式：氣體直接壓縮式又分為三種形式：氣體直接壓縮式、單獨(dú)工質(zhì)循環(huán)式和閃蒸再沸流程、單獨(dú)工質(zhì)循環(huán)式和閃蒸再沸流程 膨脹閥壓縮

17、機(jī)塔頂氣體經(jīng)壓縮升溫升塔頂氣體經(jīng)壓縮升溫升壓后進(jìn)入塔底再沸器，壓后進(jìn)入塔底再沸器，冷凝給熱使釜液再沸，冷凝給熱使釜液再沸，冷凝液經(jīng)節(jié)流閥減壓后冷凝液經(jīng)節(jié)流閥減壓后一部分作為產(chǎn)品采出，一部分作為產(chǎn)品采出，另一部分作為回流。另一部分作為回流。氣體直接壓縮式：氣體直接壓縮式： 單獨(dú)工質(zhì)循環(huán)式：單獨(dú)工質(zhì)循環(huán)式： 膨脹閥壓縮機(jī)進(jìn)料塔頂產(chǎn)物塔底產(chǎn)物高壓氣態(tài)工質(zhì)在再沸器中冷高壓氣態(tài)工質(zhì)在再沸器中冷凝給熱后經(jīng)節(jié)流閥減壓降溫凝給熱后經(jīng)節(jié)流閥減壓降溫，入塔頂冷凝器中吸熱蒸發(fā)，入塔頂冷凝器中吸熱蒸發(fā)，形成低壓氣態(tài)工質(zhì)返回壓，形成低壓氣態(tài)工質(zhì)返回壓縮機(jī)壓縮，開始新的循環(huán)?？s機(jī)壓縮，開始新的循環(huán)。閃蒸再沸閃蒸再沸以釜掖

18、為工質(zhì)以釜掖為工質(zhì) ；在塔壓高時(shí)有利；在塔壓高時(shí)有利 蒸汽噴射泵方式優(yōu)點(diǎn)：(1). 新增的設(shè)備只有蒸汽噴射泵，設(shè)備費(fèi)低(2). 蒸汽泵射泵沒有轉(zhuǎn)動部件，容易維修(3). 發(fā)生喘振和阻流現(xiàn)象，但沒有設(shè)備損壞的危險(xiǎn)適用場合：(1). 精餾塔塔底和塔頂?shù)膲翰畈淮螅?2). 減壓精餾的真空度比較低蒸汽噴射泵方式塔頂蒸汽加壓升溫后，也可作為其他系統(tǒng)的熱源。（5）熱偶精餾）熱偶精餾三元混合物A、B、C分離可用一個(gè)全塔和一個(gè)副塔代替兩個(gè)完整的塔。 從全塔內(nèi)引出一股液相物流直接從全塔內(nèi)引出一股液相物流直接作為副塔塔頂?shù)囊合嗷亓?。引出一作為副塔塔頂?shù)囊合嗷亓鳌Ｒ鲆还善辔锪髦苯幼鳛楦彼椎钠善辔锪髦苯幼?/p>

19、為副塔塔底的汽相回流，使副塔不使用冷凝器和再相回流，使副塔不使用冷凝器和再沸器，實(shí)現(xiàn)了熱量的耦合，故稱為沸器，實(shí)現(xiàn)了熱量的耦合，故稱為熱耦精餾。熱耦精餾。優(yōu)點(diǎn)：在熱力學(xué)上是最理想的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可節(jié)省設(shè)備投資和能耗；缺點(diǎn)：主、副塔之間汽液分配難以保持設(shè)計(jì)值；分離難度大的物系，操作靈敏度大，控制困難。9、 人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。22.1.2122.1.21Friday, January 21, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。*1/21/2022 2:10:04 AM11、人總是珍惜為得到。22.1.21*Jan-2221-Jan-2212、人亂于心，不寬余請。*Friday, January 21, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。22.1.2122.1.21*January 21, 202214、抱最大的希望，作最大的努力。2022年1月21日星期五*22.1.2115、一個(gè)人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少