化工節(jié)能減排技術(shù)教案

1、化工節(jié)能減排技術(shù)什么是能量？狹義上講：能量是物質(zhì)運(yùn)動轉(zhuǎn)換的量度，表征物理系統(tǒng)做功的本領(lǐng)。廣義上講：“能量是產(chǎn)生某種效果（變化）的能力”。包括：機(jī)械能（如動能、勢能、聲能等、熱能、電能、輻射能、化學(xué)能、核能。按有無加工轉(zhuǎn)換，可將能源分為三類：然氣、天然鈾礦、水能、風(fēng)能、太陽輻射能、海洋能、地?zé)崮?、薪柴等。能源產(chǎn)品。如電、蒸汽、煤氣、焦炭、各種石油制品等。經(jīng)過輸送、存儲和分配成為終端使用的能源。節(jié)能的途徑：結(jié)構(gòu)節(jié)能我國的單位產(chǎn)值能耗之所以高，除技術(shù)水平和管理水平落后外，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理也是重要的原因。因而需優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、企業(yè)結(jié)構(gòu)、地區(qū)結(jié)構(gòu)等。管理節(jié)能（稅收）織生產(chǎn)；加強(qiáng)計(jì)量管

2、理。技術(shù)節(jié)能包括，工藝節(jié)能、單元操作設(shè)備節(jié)能、化工過程系統(tǒng)節(jié)能（是指從系統(tǒng)合理用能的角度，把整個系統(tǒng)集成起來作為一個有機(jī)的整體對待）和控制節(jié)能。平衡狀態(tài)在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不隨時間改變的狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。1地不隨時間改變的狀態(tài)。注意區(qū)別平衡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)。在沒有外界影響時，系統(tǒng)也不一定處于平衡狀態(tài)。滿足力平衡、熱平衡、化學(xué)平衡的狀態(tài)才是熱力學(xué)平衡狀態(tài)。態(tài)參數(shù)具有點(diǎn)函數(shù)的性質(zhì)，即其變化取決于初、終態(tài)，而與其間的路徑無關(guān)。熱力系統(tǒng)的基本狀態(tài)參數(shù)為溫度、壓力和比容，其它的狀態(tài)參數(shù)還有內(nèi)能、焓、熵和等。（或稱廣度性質(zhì)強(qiáng)度量（或稱強(qiáng)度性質(zhì)。A A 為可逆過程。指不能在不影響環(huán)境的前提下恢

3、復(fù)初態(tài)。有限壓差的膨脹或自然消失不可逆。等過程不可逆。孤立系統(tǒng)或絕熱系統(tǒng)的熵可以增大，或保持不變，但不可能減少。當(dāng)孤立系統(tǒng)的熵增大時，說明發(fā)生了不可逆變化;孤立系統(tǒng)的熵理想下也可以保持不變，對應(yīng)著可逆過程;但孤立系統(tǒng)的熵決不能減小。T卡諾熱機(jī)效率：T高溫?zé)嵩碩低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩低溫?zé)嵩碦高溫?zé)嵩?第 3 章以 減少阻力等。對離心泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的幾種方式：大，要多消耗動力，不經(jīng)濟(jì)。采用調(diào)節(jié)離心泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量。優(yōu)點(diǎn)：流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小，動力消耗也相應(yīng)降低，節(jié)能；缺點(diǎn)：需要變速裝置或價格昂貴的變速電動機(jī)。采用不同的葉輪外徑。適用于調(diào)節(jié)幅度大、周期長的調(diào)節(jié)。比如供暖設(shè)施。換熱過程中損失量：dE T

4、 (T10 T ) /(T TLH) Q可以看出，損失量取決于冷熱流體的溫差，而且取決于冷熱流體溫度的乘積。差，以減少損失。高溫?fù)Q熱時溫差可以大一些，以減少換熱面積。3汽。二次蒸汽的溫位一定低于加熱蒸汽，是由于（）傳熱需要一定的溫差作為推動力。所質(zhì)的存在造成溶液的沸點(diǎn)升高。蒸發(fā)節(jié)能的關(guān)鍵在于對于二次蒸汽能量的利用多效蒸發(fā)。1kg 的二次蒸汽，將此1kg 二次蒸汽引入第二1kg 生蒸汽在進(jìn)行n 約可以蒸發(fā)出n kg 水。從而可以大幅度提高蒸汽的能量利用率。但多效蒸發(fā)需要的換熱面積也會成倍增加，即設(shè)備投資會大幅度上升。并流： 溶液與蒸汽的流向相同，稱并流。逆流： 溶液與蒸汽的流向相反，稱逆流。錯流

5、： 溶液與蒸汽在有些效間成并流，而在有些效間成逆流。平流： 每一效都加入原料液的方法。下圖的節(jié)能方式為“二次蒸汽的再壓縮精餾過程是一個不可逆過程，其中的損失是由下列不可逆性引起的:4流體流動阻力造成的壓力降;不同溫度物流間的傳熱或不同溫度物流的混合;相濃度不平衡物流間的傳質(zhì)，或不同濃度物流的混合。壓差、溫差和濃度差均是相應(yīng)過程的推動力。推動力越大，不可逆性也越大，損失 精餾的主要節(jié)能措施： 預(yù)熱進(jìn)料塔釜液余熱的利用（可以減壓閃蒸出蒸汽來利用等）（）多效精餾 熱泵精餾 增設(shè)中間再沸器和中間冷凝器多股進(jìn)料和側(cè)線出料熱耦精餾。下圖是多效精餾的兩種實(shí)現(xiàn)方式。5縮機(jī)式熱泵的實(shí)現(xiàn)流程。同時又可利用反應(yīng)熱供

6、產(chǎn)品分離。達(dá)到節(jié)能的目的。續(xù)向生成物的方向進(jìn)行，因而可提高單程轉(zhuǎn)化率。在一定程度上變可逆反應(yīng)為不可逆。反應(yīng)精餾優(yōu)點(diǎn):提高；6精餾過程可以利用反應(yīng)熱，節(jié)省能量；反應(yīng)器和精餾塔合成一個設(shè)備，可節(jié)省投資；對于某些難以分離的物系，可以獲得較純的產(chǎn)品。流的初始溫度、目標(biāo)溫度以及熱量不變。物流熱容流率 即物流質(zhì)量流率與比熱容的乘積，表示工藝物流單位時間內(nèi)每變化1K 所發(fā)生的焓變。上圖中，前兩股物流形成的復(fù)合曲線為第三股，有：H3=H1+H27線的相對位置有三種不同的情況。冷熱復(fù)合曲線在H 軸方向沒有重合過程的能量沒有回收，全部用公用工程來進(jìn)行冷卻和加熱。加熱所提供的熱量和冷卻所提供的冷卻量最大。冷熱復(fù)合曲

7、線在H 軸方向部分重合過程的能量有部分回收Hr，回收熱量的程度由最小接近溫差決定，其余部分用公用工程來進(jìn)行冷卻和加熱。差為零，所需的傳熱面積為無限大。需了解問題表格法求取夾點(diǎn)的一般步驟: 劃分溫度區(qū)間1/2 個夾點(diǎn)溫差；1/2 個夾點(diǎn)溫差。保證在每個溫區(qū)內(nèi)熱物流比冷物流高Tmin，滿足傳熱的需要。 溫區(qū)熱平衡計(jì)算，確定加熱量和冷卻量 計(jì)算外界無熱量輸入時各溫區(qū)之間的熱通量。量，而由最后一個溫區(qū)流出的熱量，就是最小冷卻公用工程用量。計(jì)算外界輸入最小加熱公用工程量時各溫區(qū)之間的熱通量。溫區(qū)之間熱通量為零處，即為夾點(diǎn)。8夾點(diǎn)位置的特點(diǎn)：冷熱復(fù)合溫焓線中傳熱溫差最小的地方，此處熱通量為零。夾點(diǎn)之上是熱

8、端，只有換熱和加熱公用工程，沒有任何熱量流出，可看成是一個凈熱阱； 夾點(diǎn)處，熱流量為零。為達(dá)到最小加熱和冷卻公用工程量，夾點(diǎn)方法的設(shè)計(jì)三原則是：(1)夾點(diǎn)之上不應(yīng)設(shè)置任何公用工程冷卻器； (2)夾點(diǎn)之下不應(yīng)設(shè)置任何公用工程加熱器； (3)不應(yīng)有跨越夾點(diǎn)的傳熱。量均相應(yīng)增加。（費(fèi)用等。換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的最終目標(biāo)一般是年度化總費(fèi)用最小化。要了解幾點(diǎn)關(guān)系：程上實(shí)現(xiàn)不了。設(shè)備換熱面積需增加。 即夾點(diǎn)溫差減少，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用降低，但設(shè)備投資會增加。盡量考慮減少換熱器的臺數(shù)。熱單元數(shù)目。換熱網(wǎng)絡(luò)的最小單元數(shù)目由歐拉通用網(wǎng)絡(luò)定理來描述：U=NLSminU 換熱單元數(shù)目；換熱器、冷卻器、加熱器； N L獨(dú)立的熱負(fù)荷

9、回路數(shù)目；S 不相關(guān)子系統(tǒng)的數(shù)目。一般情況下：系統(tǒng)不能分離為子系統(tǒng)，S=1；消除回路，避免多余換熱單元，L=0，則有：Umin通常所說的換熱單元數(shù)目目標(biāo)，是指把整個換熱網(wǎng)絡(luò)作為一體對待時的最小換熱單元數(shù)目。但在追求熱量目標(biāo)的情況下，沒有熱量跨越夾點(diǎn)傳遞，換熱網(wǎng)絡(luò)的最小換熱單元數(shù)目為夾點(diǎn)9之上和夾點(diǎn)之下兩子系統(tǒng)最小換熱單元數(shù)目之和。最大熱回收網(wǎng)絡(luò)。然后再進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。設(shè)計(jì)最大熱回收的初始網(wǎng)絡(luò)時，確定好夾點(diǎn)后，分別對夾點(diǎn)之上和夾點(diǎn)之下進(jìn)行物流匹配。物流匹配時要遵循的準(zhǔn)則：物流數(shù)目準(zhǔn)則：夾點(diǎn)之上，要保證NH NC位置該準(zhǔn)則可忽略。夾點(diǎn)之下正相反。熱容流率準(zhǔn)則：要相匹配的冷熱物流在夾點(diǎn)附近要符合CPH CPC該準(zhǔn)則可忽略。夾點(diǎn)之上，需要減小熱容流率，可通過分流實(shí)現(xiàn)。夾點(diǎn)之下正相反。另外匹配時要遵循經(jīng)驗(yàn)規(guī)則1一次換熱處理完一股物流；經(jīng)驗(yàn)規(guī)則2匹配物流熱容率應(yīng)相近。夾點(diǎn)之上物流匹配流程：流數(shù)據(jù)NH N否C分流一股冷流是需進(jìn)一步分流否CPH CPC每兩股匹配物流進(jìn)行比較是可行初始網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)之下物流匹配流程：10流數(shù)據(jù)N否H NC分流一股熱流是需進(jìn)一步分流否CPH CPC每兩股匹配物流進(jìn)行比較是可行初始網(wǎng)絡(luò)元數(shù)目。換熱器合并后，需要檢查溫差是否符合要求。什么是能