化工节能减排技术教案

1、学习必备欢迎下载化工节能减排技术什么是能量？狭义上讲：能量是物质运动转换的量度，表征物理系统做功的本事；广义上讲：“能量是产生某种成效（变化）的才能”；包括：机械能（如动能、势能、声能等） 、热能、电能、辐射能、化学能、核能；按有无加工转换，可将能源分为三类：（ 1）一次能源：自然界中存在的、未经加工或转换的能源；如原煤、石油、自然气、自然铀矿、水能、风能、太阳辐射能、海洋能、地热能、薪柴等；（ 2）二次能源：为满意生产工艺或生活上的需要，由一次能源加工转换而成的能源产品；如电、蒸汽、煤气、焦炭、各种石油制品等；（ 3）终端能源：通过用能设备供消费者使用的能源；二次能源或一次能源一般经过输送、

2、储备和安排成为终端使用的能源；节能的途径：（ 1）结构节能我国的单位产值能耗之所以高，除技术水平和治理水平落后外，经济结构不合理也是重要的缘由；因而需优化经济结构，包括产业结构、产品结构、企业结 构、地区结构等；（ 2）治理节能宏观调控层次： 完善法制建设、 制定与贯彻合理的经济政策 （价格、投资、信贷、税收）企业经营治理层次： 简历健全能源治理机构； 建立企业的能源治理制度；合理组织生产；加强计量治理；（ 3）技术节能包括，工艺节能、单元操作设备节能、化工过程系统节能（是指从系统合理用能的角度，把整个系统集成起来作为一个有机的整体对待）和掌握节能；平稳状态在不受外界影响的条件下，系统宏观性质

3、不随时间转变的状态称为平稳状态；所谓不受外界影响， 是指系统与外界没有任何相互作用；平稳状态并不只是简洁地不随时间转变的状态；留意区分平稳状态和稳固状态；在没有外界影响时，系统也不肯定处于平稳状态；满意力平稳、热平稳、化学平学习必备欢迎下载衡的状态才是热力学平稳状态；描写系统宏观状态的物理量称为状态参数； 状态参数是状态的单值函数， 系统的状态肯定， 其状态参数也肯定； 状态变了， 状态参数也将全部或部分地变化； 状态参数具有点函数的性质，即其变化取决于初、终态，而与其间的路径无关；热力系统的基本状态参数为温度、压力和比容，其它的状态参数仍有内能、焓、熵和.等；按状态函数的数值是否与物质的数量

4、有关，将其分为广度量 （或称广度性质） 和强度量（或称强度性质） ；一个系统从某一状态动身，经过过程a 到达另一状态，假如有可能使过程逆向 进行，并使系统和外界都复原到原先的状态而不遗留下任何变化，就过程a 称为可逆过程；留意：有限温差作用下的传热过程不行逆；不行逆并不是指不能复原初态，而是指不能在不影响环境的前提下复原初态；有限压差的膨胀或自然消逝不行逆；化学不平稳势而引起的混合、化学反应、 扩散、渗透和溶解中的物质迁移等过程不行逆；孤立系统或绝热系统的熵可以增大，或保持不变，但不行能削减；当孤立系统的熵增大时，说明发生了不行逆变化;孤立系统的熵抱负下也可以保持不变，对应着可逆过程;但孤立系

5、统的熵决不能减小；卡诺热机效率：t高温热源t 低温热源rt高温热源.即 “有效能” ，指在四周环境条件下，任一形式的能量中能够转换为有用功的那部分能量； 当物系处于自然环境状态时，即物系与自然环境建立了完全热力学平稳时，就不再有任何自发过程发生，因而其 .值为零；所以，自然环境是.的自然零点；第 3 章要削减流体流淌的 .缺失，就要尽可能削减流淌过程的压力降；流淌过程的压力降是由局部 阻力缺失和沿程阻力缺失导致；要削减局部阻力缺失，就要求尽可能削减管道上的弯头和缩 扩变化，削减阀门等管件的数量；要削减沿程阻力缺失，可以适当加大管径即减小流速 以学习必备欢迎下载削减阻力等；当离心泵安装在肯定的管

6、路上时，其所供应的压头与流量必需与管路所需要的压头和流量一 致，因此， 离心泵的实际工作情形由泵的特性和管路特性共同打算；将离心泵的特性曲线与管路特性曲线绘在一张图上，交点即离心泵的工作点；见下左图；对离心泵进行流量调剂的几种方式：（1）开关阀门的方式，就是在不转变离心泵工作特性的情形下，通过转变管路特性来转变流量； 管路特性曲线，反映流量与管道阻力间的关系；关小阀门，就在同样的压头下削减流量，或者在同样流量下增加压头；见上右图；开关阀门的方式进行流量调剂优点：调剂快速便利，流量可连续变化；缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济；（2）采纳调剂离心泵转速来调剂流量；优点：流量随转速下降而减小

7、，动力消耗也相应降低，节能；缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机；（3）采纳不同的叶轮外径；适用于调剂幅度大、周期长的调剂；比如供暖设施；换热过程中 .缺失量：de1t0 thtl /th tl q可以看出， .缺失量取决于冷热流体的温差，而且取决于冷热流体温度的乘积；要削减传热 .缺失，第一要设法减小传热温差，特别是低温换热设备，要采纳较小的传热温差，以削减 .缺失；高温换热时温差可以大一些，以削减换热面积；蒸发操作时， 采纳的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸气； 为了区分， 将加热的蒸汽称为加热蒸汽，而由溶液蒸发出来的蒸汽称之为二次蒸 汽；二次蒸汽的

8、温位肯定低于加热蒸汽，是由于：（ 1）传热需要肯定的温差作为推动力；所以汽化温度必低于加热蒸汽的温度;（2）在肯定的压力下，被蒸发的溶液往往含有溶质，溶质的存在造成溶液的沸点上升；蒸发节能的关键在于对于二次蒸汽能量的利用；按二次蒸汽的利用情形可以分为单效蒸发和多效蒸发；多效蒸发时， 1kg 生蒸汽在第一效中约可产生 1kg 的二次蒸汽，将此 1kg 二次蒸汽引入其次效又可蒸发约 1kg 水，即在不考虑热缺失的情形下， 1kg 生蒸汽在进行 n 效蒸发时，理论上约可以蒸发出 n kg 水；从而可以大幅度提高蒸汽的能量利用率；但多效蒸发需要的换热面积也会成倍增加，即设备投资会大幅度上升；学习必备欢

9、迎下载多效蒸发操作蒸汽与物料的流向有多种组合，常见的有：并流：溶液与蒸汽的流向相同，称并流；逆流：溶液与蒸汽的流向相反，称逆流；错流：溶液与蒸汽在有些效间成并流，而在有些效间成逆流；平流：每一效都加入原料液的方法；下图的节能方式为“二次蒸汽的再压缩”，即热泵技术；实现时，将二次蒸汽压缩，升温升压至温度高于蒸发温度时， 再用作加热蒸汽； 常见的二次蒸汽的压缩方式有： 机械压缩机压缩和蒸汽动力压缩两种方式； 前者用机械压缩机实现， 后者用蒸汽喷射器实现； 机械压缩式的节能成效更好；精馏过程是一个不行逆过程，其中的 .缺失是由以下不行逆性引起的 :流体流淌阻力造成的压力降 ;不同温度物流间的传热或不

10、同温度物流的混合 ;相浓度不平稳物流间的传质，或不同浓度物流的混合；压差、温差和浓度差均是相应过程的推动力；推动力越大，不行逆性也越大，.缺失就越大；囚此，削减 .缺失的关键在于减小推动力；比如下图中，操作线越靠近平稳线，精馏过程的不行逆缺失就越小、精馏过程所需要的能量就越少；但操作线越靠近平稳线，所需塔板数就增加，使得投资增大；学习必备欢迎下载精馏的主要节能措施：预热进料塔釜液余热的利用（可以减压闪蒸出蒸汽来利用等）塔顶蒸汽余热的回收利用（直接利用，比如产生低压蒸汽；余热制冷，比如采纳吸取式制冷装置（例如溴化锂制冷机）产生冷量；余热发电，用塔顶余热产生低压蒸汽驱动透平发电；）多效精馏 热泵精

11、馏 减小回流比增设中间再沸器和中间冷凝器多股进料和侧线出料热耦精馏；下图是多效精馏的两种实现方式；热泵精馏的原理与热泵蒸发类似，即将二次蒸汽经压缩后，使蒸汽升温升压，增加热焓后作学习必备欢迎下载为加热蒸汽使用，充分利用蒸汽中的潜热；方式：压缩机方式、蒸汽喷射泵方式；下图是压缩机式热泵的实现流程；化工生产中反应和分别两种操作通常分别在两类单独的设备中进行；如能将两者结合起来，在一个设备中同时进行，将反应生成的产物或中间产物准时分别，就可以提高产品的收率，同时又可利用反应热供产品分别；达到节能的目的；反应精馏就是在进行反应的同时用精馏方法分别出产物的过程； 对于可逆反应， 当某一产物的挥发度大于反

12、应物时， 假如将该产物随时从液相中蒸出， 就可破坏原有的平稳， 使反应连续向生成物的方向进行，因而可提高单程转化率；在肯定程度上变可逆反应为不行逆；反应精馏优点 :破坏可逆反应平稳，可以增加反应的转化率及挑选性，反应速度提高， 因而生产才能提高；精馏过程可以利用反应热，节约能量；反应器和精馏塔合成一个设备，可节约投资；对于某些难以分别的物系，可以获得较纯的产品；学习必备欢迎下载上图是工艺物流在温焓图上的表示； 线段的斜率为物流热容流率的倒数， 热容流率值越大，直线越平缓； 线段在图中水平移动并不转变其对物流热特性的描述， 由于水平移动时物流的初始温度、目标温度以及热量不变；物流热容流率即物流质

13、量流率与比热容的乘积，表示工艺物流单位时间内每变化1k所发生的焓变；上图中，前两股物流形成的复合曲线为第三股，有：h3= h1+ h2当有多股热流和多股冷流进行换热时， 可将全部的热流合并成一根热复合曲线， 全部的冷流合并成一根冷复合曲线， 然后将两者一起表示在温焓图上； 在温焓图上，冷、 热复合曲线的相对位置有三种不同的情形；学习必备欢迎下载冷热复合曲线在h 轴方向没有重合 过程的能量没有回收，全部用公用工程来进行冷却和加热；加热所供应的热量和冷却所供应的冷却量最大；冷热复合曲线在h 轴方向部分重合 过程的能量有部分回收hr ，回收热量的程度由最小接近温差打算，其余部分用公用工程来进行冷却和

14、加热；冷热复合曲线在某点重合 此时回收的热量最大，公用工程用量最小，但重合点的传热温差为零，所需的传热面积为无限大；需明白问题表格法求取夹点的一般步骤:划分温度区间以冷、热流体的调整温度为标尺，划分温度区间；热流体，下降1/2 个夹点温差；冷流体，上升1/2 个夹点温差；保证在每个温区内热物流比冷物流高tmin ，满意传热的需要； 温区热平稳运算，确定加热量和冷却量 运算外界无热量输入时各温区之间的热通量； 为保证各温区之间的热通量0，确定所需外界加入的最小热量，即最小加热公用工程用量，而由最终一个温区流出的热量，就是最小冷却公用工程用量；运算外界输入最小加热公用工程量时各温区之间的热通量；温

15、区之间热通量为零处，即为夹点；夹点位置的特点：冷热复合温焓线中传热温差最小的地方，此处热通量为零；夹点之上是热端，只有换热和加热公用工程，没有任何热量流出，可看成是一个净热阱；夹点之下是冷端，只有换热和冷却公用工程，没有任何热量流入，可看成是一个净热源，在夹点处，热流量为零；为达到最小加热和冷却公用工程量，夹点方法的设计三原就是：1 夹点之上不应设置任何公用工程冷却器；2 夹点之下不应设置任何公用工程加热器；3 不应有跨过夹点的传热；假如发生跨过夹点的热量传递，即夹点之上热物流与夹点之下冷物流进行换热匹配，就依据夹点上下子系统的热平稳可知，夹点之上的加热公用工程量和夹点之下的冷却公用工程量均相

16、应增加；学习必备欢迎下载评判换热系统的经济性时需考虑总费用，包括设备投资费用和运行费用（冷热公用工程费用等 ；换热网络优化的最终目标一般是年度化总费用最小化；要明白几点关系： 、夹点温差必需大于工程上所能实现的最小温差；否就需要的换热面积就无限大，工程上实现不了；、夹点温差越小，就系统所需的最小公用工程用量越低；但夹点温差减小时，相应的设备换热面积需增加；即夹点温差削减，导致运行费用降低，但设备投资会增加；、换热设备的单元数目对设备投资的影响要大于换热面积；即要削减设备投资时，应尽量考虑削减换热器的台数；要实现热量的充分利用，削减系统能耗， 就需尽量降低夹点温差，且在夹点之上不设置冷却器、夹点

17、之下不设置加热器，没有跨过夹点的传热；这样，势必增加换热面积和增加换热单元数目；换热网络的最小单元数目由欧拉通用网络定理来描述：umin=nlsu 换热单元数目；换热器、冷却器、加热器； n 流股数目；工艺物流、加热和冷却公用工程； l 独立的热负荷回路数目；s 不相关子系统的数目；一般情形下：系统不能分别为子系统，s=1；排除回路，防止余外换热单元，l=0 ，就有：u min=n1通常所说的换热单元数目目标，是指把整个换热网络作为一体对待时的最小换热单元数目；但在追求热量目标的情形下，没有热量跨过夹点传递，换热网络的最小换热单元数目为夹点之上和夹点之下两子系统最小换热单元数目之和；进行换热网

18、络设计时，一般先以能量需求最小化为目标设计初始网络，即设计的初始网络是最大热回收网络；然后再进行优化调整；设计最大热回收的初始网络时，确定好夹点后，分别对夹点之上和夹点之下进行物流匹配；物流匹配时要遵循的准就：（1）物流数目准就：夹点之上，要保证nh nc，不满意时，需要进行分流，远离夹点 位置该准就可忽视；夹点之下正相反；（2）热容流率准就：要相匹配的冷热物流在夹点邻近要符合cph cpc，远离夹点位置该准就可忽视；夹点之上，需要减小热容流率，可通过分流实现；夹点之下正相反；另外匹配时要遵循：体会规章1一次换热处理完一股物流；体会规章2匹配物流热容流率应相近；夹点之上物流匹配流程：学习必备欢迎下载夹点处物流数据需进一步分流n hn c是否cp hcp c每两股匹配物流进行比较否分流一股冷流是可行初始网络夹点之下物流匹配流程：夹点处物流数据需进一步分流n hn c是否cp h cp c每两股匹配物流进行比较是可行初始网络否分流一股热流初始网络设计好后，要依据情形， 通过削减热负荷回路，即合并换热器等方式来削减换热单元数目；换热器合并后，需要检查温差是否符合要求；学习必备欢迎下载什么是能量放松：采纳适当增加公用工程用量来维护最小传热温差的方法，就是把换热网络从最大能量回收的紧急状态下“