化工节能技术第五章第二讲

1、化工节能技术化工节能技术 汪莉TEL-mail：第五章第五章 分离过程的节能分离过程的节能 目目 录录蒸馏过程能量利用现状及节能途径蒸馏操作中的热能回收利用回流比对精馏过程节能的影响多效蒸馏、热泵蒸馏 新型塔板的应用第五章 分离过程的节能吸收过程操作线及适宜液气比吸收操作与塔设备吸收操作与塔设备精馏操作中的节能技术精馏操作中的节能技术 单段和两段吸收过程的有效能分析塔设备性能分析填料类型与性能评价一、吸收过程操作线及适宜液气比分析一、吸收过程操作线及适宜液气比分析 吸收的定义：利用气体混和物中各组分在液体中溶解度不同，将其与适当的液体接触，混合气中易溶的一个或几个组分

2、便溶于该液体内，而不能溶解的组分仍留在气相，从而实现气体混合物分离的操作。 1 1. .物料衡算物料衡算 对单位时间内进出吸收塔的A的物质量作衡算 1221LXVYLXVY)()(2121XXLYYV2211XVLYXVLY2 2、吸收塔的操作线方程、吸收塔的操作线方程 在 mn截面与塔底截面之间作组分A的衡算 在mn截面与塔顶截面之间作组分A的衡算)(11XVLYXVLY逆流吸收塔操作线方程逆流吸收塔操作线方程)(22XVLYXVLY逆流吸收塔操作线方程逆流吸收塔操作线方程表明 ： 塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线关系，直线的斜率为L/V。 LXVYLXVY11LXVYLXVY

3、22 如图，直线TB为操作线方程线，斜率为L/V。其中B点对应气体入口处的组成（X1，Y1），T点代表气体出口处的组成（X2，Y2）。 2 2、吸收塔的操作线方程、吸收塔的操作线方程吸收率A混合气中溶质混合气中溶质A 被吸收的百分率被吸收的百分率 )1 (12AYY 吸收剂用量 L 或液气比 L/V 在吸收塔的设计计算和塔的操作调节中是一个很重要的参数。 吸收塔的设计计算中，气体处理量 V，以及进、出塔组成 Y1、Y2（可由吸收率求出）由设计任务给定，吸收剂入塔组成 X2则是由工艺条件决定或设计人员选定。2 2、最佳吸收剂用量的确定、最佳吸收剂用量的确定2211XYYLVX可知吸收剂出塔浓度

4、X1 与吸收剂用量 L 是相互制约的。由全塔物料衡算式 选取的 L/V ，操作线斜率 ，操作线与平衡线的距离 ，塔内传质推动力 ，完成一定分离任务所需塔高 ； L/V ，吸收剂用量 ，吸收剂出塔浓度 X1 ，循环和再生费用 ； 若L/V ，吸收剂出塔浓度 X1 ，塔内传质推动力 ，完成相同任务所需塔高 ，设备费用 。液气比液气比Y1L/VBB*min)(VL最小最小液气比液气比min)(0 . 21 . 1 (VLVL2 2、最佳吸收剂用量的确定、最佳吸收剂用量的确定1.最小液气比的求法最小液气比的求法图解法图解法正常的平衡线 2*121min)(XXYYVL2*121minXXYYVL平衡线

5、为上凸形时 2121min)(XXYYVL2121minXXYYVL计算法计算法适用条件：平衡线符合亨利定律，可用 mXY*表示 2121min)(XmYYYVL2121minXmYYYVL在最小液气比下操作时，在塔的某截面上（塔底或塔内）气、液两相达平衡，传质推动力为零，完成规定传质任务所需的塔高为无穷大。对一定高度的塔而言，在最小液气比下操作则不能达到分离要求。 实际液气比应在大于最小液气比的基础上，兼顾设备费用和操作费用两方面因素，按总费用最低的原则来选取。根据生产实践经验，一般取 min0 . 21 . 1VLVL 注意：以上由最小液气比确定吸收剂用量是以热力注意：以上由最小液气比确定

6、吸收剂用量是以热力学平衡为出发点的。从两相流体力学角度出发，还必须使填学平衡为出发点的。从两相流体力学角度出发，还必须使填料表面能被液体充分润湿以保证两相均匀分散并有足够的传料表面能被液体充分润湿以保证两相均匀分散并有足够的传质面积，因此所取吸收剂用量质面积，因此所取吸收剂用量 L L 值还应不小于所选填料的值还应不小于所选填料的最低润湿率，即单位塔截面上、单位时间内的液体流量不得最低润湿率，即单位塔截面上、单位时间内的液体流量不得小于某一最低允许值。小于某一最低允许值。 2 2、最佳吸收剂用量的确定、最佳吸收剂用量的确定三、塔设备性能分析三、塔设备性能分析1 1、分离单元、分离单元 根据分离

7、任务确定塔的基本尺寸（塔径和塔高），它是由进料和产品规格所规定。 分离单元指气体负荷和理论塔板数。根据气体负荷可确定塔的直径，理论踏板数NTS可确定起分离作用的有效塔体部分的高度。2 2、能量消耗、能量消耗 精馏塔消耗的能量主要由加热釜生产的气体负荷确定，其近似关系为：Q加热釜输入的热量；G被分离混合物的气体负荷； 被分离混合物的汽化潜热。LGQ=G hLGh3 3、最小气体负荷、最小气体负荷 条件：条件：相对挥发度为定值；在精馏段和提馏段的气流和相对挥发度为定值；在精馏段和提馏段的气流和流液为恒摩尔流；清晰的分离；双组份混合物；稳态操流液为恒摩尔流；清晰的分离；双组份混合物；稳态操作。作。

8、精馏段的最小气体负荷可求得：精馏段的最小气体负荷可求得：minminminminG=FL-11L=FL-1L=G-D（气相进料）（液相进料）4 4、相对挥发度、相对挥发度 相对理想的或接近于理想的双组分混合物，其相对挥相对理想的或接近于理想的双组分混合物，其相对挥发度可近似计算为：发度可近似计算为：5 5、最适宜的气体负荷、最适宜的气体负荷 气体负荷与所需理论塔板数之间有曲线关系，选取气体负荷与所需理论塔板数之间有曲线关系，选取事宜的气体负荷，应考虑经济核算，包括能量费用和投事宜的气体负荷，应考虑经济核算，包括能量费用和投资费用。资费用。0b102TplnL=ln10.5pT6、节能的可能性、节能的可能性 由于由于Q Q与与G G 的关系，要降低一个分离塔的能耗有两种的关系，要降低一个分离塔的能耗有两种可能性。可能性。（1 1）减少）减少G/GminG/Gmin，则增大，则增大NTSNTS。即选用一种高分离效率的。即选用一种高分离效率的塔填料，同时需要有高的每米理论塔板数塔填料，同时需要有高的每米理论