化工分离过程

.,第六章分离过程的节能,教师：何寿林制作：何寿林,.,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。,.,第六章分离过程的节能,第一节分离的最小功和热力学效率第二节精馏的节能技术第三节分离顺序的选择,返回,.,第一节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,返回,.,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（熵），Q,系统对环境作功：W,.,.,.,二、分离低压下液体混合物,例6-1；例6-2,.,传热速率：,返回,.,6.1.2非等温分离和有效能,熵平衡：,.,.,式（6-20），（6-22）中：,返回,.,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。,.,例6-3设环境温度T0=294K，计算：1.再沸器负荷（冷凝器负荷给定）2.有效能变化3.净功消耗4.热力学效率解：计算机准：1小时1.由图解得：D=159.21kmol/hW=112.95kmol/hF=272.16kmol/h全塔热量衡算：QR=34311918.14kJ/h,.,T0=294K,.,.,返回,.,第二节精馏的节能技术,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,返回,.,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，设备费用液层高度，板效率改进方式：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Ty,N=换热器台塔径：中间大，两头小,返回,.,(a)分别进料,(b)低压塔产物进高压塔,.,(C)产物前馈进料,返回,.,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。例64,返回,.,返回,.,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692.压缩塔顶蒸汽图6103.用再沸器气体闪蒸图611表61低温下丙烯丙烷分离的热力学效率和日公用费用,返回,.,返回,.,返回,.,返回,.,返回,.,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613SRV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,返回,.,返回,.,返回,.,第三节分离顺序的选择,6.3.1简单分离顺序的合成6.3.2复杂塔的分离顺序,返回,.,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。,6.3.1简单分离顺序的合成,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=142.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，要综和考虑主要