分離工程(鄧修)5 傳質(zhì)分離過程的節(jié)能

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1、5傳質(zhì)分離過程的節(jié)能5.1分離過程節(jié)能的基本概念5.2精餾節(jié)能技術(shù)5.3分離順序的選擇5.1分離過程節(jié)能的基本概念混合物的分離必然消耗外能，能耗是大規(guī)模分離過程的關(guān)鍵指標，因此，確定混合物分離的最小能耗，了解影響能耗的因素，尋求接近最小能耗的分離過程。節(jié)省能耗的措施：首先是選取適宜的分離方法，這是節(jié)能的關(guān)鍵步驟；其次是分離過程在總體工藝流程中進行熱集成；再次是復(fù)雜混合物分離的適宜流程安排；最后是各具體分離操作的適宜操作條件和參數(shù)的確定，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和尺寸的優(yōu)化等。5.1.1有效能（熵）衡算連續(xù)穩(wěn)定分離系統(tǒng)分離最小功是分離過程必須消耗的最小功的下限，只有當(dāng)分離過程完全可逆時，分離消耗的功才是分離

2、最小功。5.1.2分離最小功5.1.3熱力學(xué)效率熱力學(xué)效率是用來衡量有效能的利用率。分離過程熱力學(xué)效率的定義為：分離最小功與實際分離過程的有效能消耗（凈功耗）之比值。普通精餾塔QD，TLQB，TH5.1.4分離過程中有效能損失的主要形式(1)由于流體流動阻力造成的有效能損失D△p(2)節(jié)流膨脹過程的有效能損失(3)由于熱交換過程中推動力溫差存在造成的有效能損失D△T(4)由于非平衡的兩項物流在傳質(zhì)設(shè)備中混合和接觸傳質(zhì)造成的有效能損失Dmt5.2精餾節(jié)能技術(shù)除了比較明顯的節(jié)能措施外，選擇適宜回流比、進料熱狀態(tài)以及操作壓力等，都是重要的精餾節(jié)能措施。(1)最適宜回流比一方面，直接影響再沸器和冷凝器

3、的熱負荷，決定了精餾分離的凈功效，因此，大體上確定了操作費用。另一方面，還與塔設(shè)備的投資密切相關(guān)：在Rm附近，R↑，設(shè)備費下降；在較高R處，R↑，設(shè)備費增大；適宜回流比：R=(1.2-1.3)Rm5.2精餾節(jié)能技術(shù)(2)最佳進料熱狀態(tài)高溫精餾時（塔頂釜溫度高于環(huán)境溫度），當(dāng)D/F較大又適用于加熱料液的低溫?zé)嵩磿r，應(yīng)盡量采用較低的q值，即以汽相或汽液混合物進料為宜；當(dāng)D/F較小時，盡量采用較高q，即以液相進料為宜；低溫精餾時，無論D/F多大，均采用較高的q值，即以液體進料為宜；中等溫度精餾，應(yīng)進行經(jīng)濟比較，確定最佳值。5.2精餾節(jié)能技術(shù)(3)中間冷凝器和中間再沸器如能在塔中部設(shè)置中間冷凝器，就可

4、以采用較高溫度的冷卻劑。如在塔中部設(shè)置中間再沸器，對于高溫塔，可應(yīng)用較低溫位的加熱劑。對于精餾，使操作線向平衡線靠攏，提高塔內(nèi)分離過程的可逆程度。5.2精餾節(jié)能技術(shù)5.2精餾節(jié)能技術(shù)(4)多效精餾多效精餾原理類似于多效蒸發(fā)，即利用若干壓力不同的精餾塔，按壓力高低順序給與組合，使相鄰兩塔之間將高壓塔頂?shù)恼羝鳛榈蛪核椎脑俜衅鞯念A(yù)熱介質(zhì)。從而使該分離系統(tǒng)能耗下降。5.2精餾節(jié)能技術(shù)5.2精餾節(jié)能技術(shù)(5)熱泵精餾將溫度較低的塔頂蒸汽經(jīng)壓縮后作為塔底再沸器的熱源，稱為熱泵精餾。有兩種形式的熱泵流程；熱泵精餾是消耗一定量的機械功來提高低溫蒸汽的能位而加以利用的。因此消耗單位機械能能回收的熱量是一項重

5、要經(jīng)濟指標，稱為性能系數(shù)，常記為C.O.P.。顯然，對于沸點差小的混合物分離的精餾塔應(yīng)用熱泵精餾效果會更好。5.2精餾節(jié)能技術(shù)(6)SRV精餾具有附加回流和蒸發(fā)的精餾簡稱；由綜合中間再沸，中間冷凝和熱泵精餾技術(shù)發(fā)展而成。5.3分離順序的選擇1、首選分離方法為能量分離劑的方法（如普通精餾），其次選用是使用分離劑的方法（如吸收，液液萃取和特殊精餾）。因為后者須增設(shè)質(zhì)量分離劑的回收設(shè)備。但關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度小于1.05時，普通精餾在經(jīng)濟上不合算。2、易分離的組分先分若有A、B、C、D四組分，其含量相差不大。5.3分離順序的選擇3、易揮發(fā)組分先分，即按料液中各組分的揮發(fā)度遞減的次序從塔頂蒸出，可減少

6、再沸器與全凝器的負荷。4、盡可能對分（料液的等摩爾分割）當(dāng)D≈B時，塔主體可逆性增大，能耗可以節(jié)省。5、量多的組分先分含量最多的組分分離后，避免了該組分在后面塔中的多次蒸發(fā)、冷凝，減少了后繼塔的負荷，當(dāng)然比較經(jīng)濟。6、分離要求高和最困難分離的組分后分由于高純度分離的塔要求很多的板數(shù)，即塔較高，如還有其他非關(guān)鍵組分存在，塔中汽、液相流率將增大，要用較大的塔徑，使投資增加。7、有特殊組分的要先分易腐蝕的組分、熱敏性組分5.3分離順序的選擇