分离工程概述.ppt

分离工程 Separation Engineering,乔迁 QQ:1983481611,分离工程,第1章 绪论 第2章 单级平衡过程 第3章 多组分多级分离过程分析与简捷计算 第4章 多组分多级分离的严格计算 第5章 分离设备的处理能力和效率 第6章 分离过程的节能 第7章 其它分离技术和分离工程的选择,第6章 分离过程的节能,混合过程为不可逆过程，其逆过程（分离过程）耗能。 学习本章意义： 1 确定完成一个分离过程所需理论最小能量； 2 确定接近此能量极限的实际过程，或减小使用昂贵能量的实际过程。,6.1 分离的最小功和热力学效率 6.2 精馏的节能技术 6.3 分离顺序的选择,第6章 分离过程的节能,6.1 分离的最小功和热力学效率,6.1.1 等温分离最小功 6.1.2 非等温分离和有效能 6.1.3 净功消耗和热力学效率,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。,6.1.1 等温分离最小功,连续稳定分离系统：,进出系统物流变量： n，zi，H，S，Q,系统对环境作功： W,6.1.1.1 分离理想气体混合物,例6-1；,6.1.1.2 分离低压下液体混合物,例6-2,传热速率：,6.1.2 非等温分离和有效能,熵平衡：,式（6-20），（6-22）中：,等温分离最小功,分离理想气体混合物,二元理想气体混合物分成纯组分,总结：,分离低压下液体混合物,二元液体混合物分离成纯组分液体,非等温分离：,系统的净功（总功）：,过程可逆时，可得最小分离功：,6.1.3 净功消耗和热力学效率,通常，分离过程所需的能量多半是以热能形式而不是以功的形式提供的。 一般以W净计算能量： 净功消耗： W净=W入W出 一般分离过程：,非等温可逆过程为1。,T0=294K,例6-3 某丙烯 - 丙烷精馏塔按附图条件操作，环境温度为 294K ，计算其热力学效率。,解：计算基准：1小时 热力学效率 有效能变化和净功消耗 再沸器负荷（冷凝器负荷给定）,由图得： D=159.21kmol/h W=112.95kmol/h F=272.16kmol/h 全塔热量衡算： QR=34311918.14kJ/h,6.2 精馏的节能技术,6.2.1 精馏过程的热力学不可逆性分析 6.2.2 多效精馏 6.2.3 低温精馏的热泵 6.2.4 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏,6.2.1 精馏过程的热力学不可逆性分析,热力学不可逆性： 1.通过一定压力梯度动量传递 2.通过一定温度梯度热量传递 3.通过一定浓度梯度质量传递（或不同化学位物流直接混合）,使净功降低的方法： 降低压差 减少温差 减少浓度与平衡浓度差 1）塔设备 若N越多，使P，不可逆性越大 可使：气速，液层高度；使P 但是：气速，生产能力不变时D ，投资费 液层高度，板效率 改进方式：1. 选择合适的塔径、液层高度 2. 改板式塔为高效填料塔,2）再沸器、冷凝器 若传热温差小，不可逆性减小 但是：传热面积，设备费用 改进方式：1. 采用高效换热器 2. 改进操作方式 3）传热推动力、传质推动力 精馏操作：Ln+1，Vn-1进入n板， 对Vn，Ln在 n 板温度和浓度相互不平衡,改进方式：1. 传热推动力 T=（Tn-1Tn） 2.传质推动力 y=（KnXn,iyn-1,i） 即：y-x图中，操作线向平衡线靠近 T y ,N= 换热器台 塔径： 中间大，两头小,6.2.2 多效精馏 多效精馏：能量减少3040% 图6-7：多效精馏塔的基本方式 特点：高压塔气相采出是低压塔塔釜的热源； 用一倍的热处理两倍之多进料。,(a) 分别进料,(b) 低压塔产物进高压塔,(C) 产物前馈进料,6.2.3 低温精馏的热泵 用于：组分沸点差较小的低温精馏 采用：膨涨阀、压缩机 三种：1. 外部制冷剂 图6-9 2. 压缩塔顶蒸汽 图6-10 3. 用再沸器气体闪蒸 图6-11 表6-1 低温下丙烯丙烷分离的热力学效率和公用费用,6.2.4 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏 1. 使操作向可逆精馏方向趋近 2. 采用中等温度的再沸器和冷凝器 图6-12 图6-13 Mah,Wodnik SRV蒸馏 特点：沿全塔布置的换热元件能大大降低塔顶、塔釜负荷 提馏段：蒸汽流率自下而上稳定增加 精馏段：液体回流量自上而下稳定增加,6.3 分离顺序的选择,6.3.1 简单分离顺序的合成 6.3.2 复杂塔的分离顺序,6.3.1 简单分离顺序的合成,一、分离顺序数 将混合物ABCDE (按挥发度降低排列）分离为纯组分。,二元：,一个塔， 一种方案,三元：,二个塔， 二种方案,四元：,顺序流程,三个塔，五种方案,按相对挥发度交错采出的逆序流程,C个组分，采用C-1个塔，分离序数为：,用（628）或（629）计算结果列入表62。 对于特殊精馏： 例萃取精馏：加质量分离剂，且数目多。 总序数：,T不同质量分离剂对相同组分分离方法数； C系统组分数；SC简单塔计算顺序数。,例6-5 用普通精馏将混合物分离成三个产品，确定分离顺序数。,（相对挥发度递减）,解：产品挥发性不相邻 方法：1. 先分出纯品， 查表62：C=5时，SC=14 2. 再将烷烃、烯烃混合 结论：采用普通精馏不合理,二、确定分离顺序的经验法,经验法（启发法）优点： 不用对所有可能的分离顺序进行考察，在不作设计和设备费用估计情况下，很快选出好顺序。 普通塔经验法： 1. 按相对挥发度递减顺序分离 依据：Underwood式：,馏出物中：1. 组分数少，Vm少，热负荷低； 2. 若混合物中含低沸物，使之不进入后 面塔。,4. 分离要求高的组分最后分 分离要求：纯度、回收率高 纯度高，N多，此时无关键组分，使塔径减小。 5. 含量多的组分先分 使后面能量降低、塔径减小。 6. 特殊组分先分 特殊组分：热敏性、强腐蚀性、易爆、易燃等。 注意：1. 以上经验互相冲突，