分离工程课件第六章 分离过程的节能(5)(能源化工方向)

1、 混合过程为熵增、自发、不可逆过混合过程为熵增、自发、不可逆过程，其逆过程（分离过程）耗能。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。 iiiixKyy *)(1* jiyyV传传质质量量：成成平平衡衡与与，jijijijijijiMLiyxxxxxE,*,1,*,1, 实实理理全全塔塔效效率率NNTETEa : .成成平平衡衡与与，jijijijijijiMVixyyyyyE,*,1,*,1, 成的变化。该层塔板前后的理论组的实际组成变化与经过塔板前后的气相或液相经过一层指组分：单

2、板效率默弗里板效率，iEbi)( .MMLiMViEE， 成成平平衡衡与与jijijijijijiOGixyyyyyE,*,1,*,1, OGiEc, . 板板式式塔塔默默弗弗里里点点效效率率 .HETPd 填填料料塔塔的的等等板板高高度度理理论论板板数数填填料料层层高高度度 / HETP OGjijijijiYNyyyyGaZK 1,*,*,ln的的关关系系：与与OGOGENOGNjijijijijijijijiOGeyyyyyyyyE 1,*,*,1,*,1,11有有积分积分对对, )( *dZdAyyaKdydAGiiYi GaZYKOGNOGeeE 11 21)(84.1042377.

3、 2567. 4776. 0CfvwGSLLFhN kVLAANNNLGOG 111塔塔和和筛筛板板塔塔研研究究结结果果：据据美美国国化化工工学学会会对对泡泡罩罩OGELGNN 、LLLtFDN)15. 0213. 0()10127. 4(218 )(/mmZc ; )/(23鼓鼓泡泡面面积积为为板板上上持持液液量量，为为板板上上液液体体流流程程， mllLZcltfVL FlLhZcfVW0135. 0)(454. 219. 00419. 0 1,*,1, jijijijiOGijijijijiyyyyEyyxxMVijijijijiEyyyy,1,*,1, OGNOGMVeEE 1板板上上

4、液液体体完完全全混混合合 )1(且且停停留留时时间间相相同同活活塞塞流流板板上上液液体体完完全全不不混混合合)( )2(研研究究：LewiskVLA 1)(AEMVOGeAEOGMVOGMVEEEE 完完全全不不混混合合完完全全混混合合说说明明：1 .1OGMVEE /OGE越越大大。越越小小，而而且且增增大大，液液体体混混合合作作用用减减弱弱，使使一一定定时时：当当MVMVOGEEN . 2的的关关系系与与 1 1- -图图6 6OGEMVE与与流流体体总总方方向向垂垂直直横横向向混混合合与与流流体体总总方方向向平平行行纵纵向向混混合合。响响板板上上液液体体以以不不同同方方式式影影板板上上液

5、液体体部部分分混混合合OGEMVE )3( OGEMVEb合合曲曲线线方方向向移移动动，使使全全不不混混合合向向完完全全混混，前前图图中中体体现现趋趋向向由由完完组组成成更更接接近近于于出出口口组组成成液液体体减减小小，使使得得所所有有位位置置上上促促使使液液体体沿沿流流程程浓浓度度差差纵纵向向混混合合：.。横横向向混混合合也也应应该该使使分分纵纵向向混混合合时时，若若存存在在部部。使使。若若无无纵纵向向混混合合时时，可可接接近近停停留留时时间间均均一一情情况况和和反反混混造造成成的的不不利利影影响响减减少少了了停停留留时时间间不不均均一一横横向向混混合合： OGEMVEOGEMVEc ,.两

6、两条条曲曲线线之之间间位位于于图图1 16 6的的关关系系与与 a a. .-OGEMVE1 11)(1)(eeeePOGMVPePPeEE 1412/ 2122 ）（板板）（适适用用于于泡泡罩罩板板和和筛筛孔孔涡涡流流扩扩散散系系数数，板板上上平平均均停停留留时时间间，）准准数数彼彼克克来来（式式中中：eOGeELLEeAPEPsmDStPeclettDlP OGMVeOGMVeeOGOGMVEEPEEPbaPPAEEE 完完全全混混合合完完全全不不混混合合图图为为参参数数作作图图，对对0, 56191 OGMVEE OGMVEEMVaMVMVaaEEeEeEEE ;11)(）（：湿湿板板效

7、效率率有有雾雾沫沫夹夹带带下下的的板板效效率率计计算算，图图雾雾沫沫夹夹带带量量；7666193192 Pe245.0)(49.0 LTE 1)(x 468. 0ln164. 0 xET1)(x 443. 0ln0687. 0 xETixx iL 为为相相对对挥挥发发度度。；的的黏黏度度，为为全全塔塔平平均均温温度度下下进进料料 smPaL 08. 025. 014. 0Re07. 0ScDgEMV 2L/)/( msNUDgDgLvL 为为液液体体黏黏度度，；为为表表面面张张力力系系数数，式式中中： mNsmUv/L为为液液体体表表面面张张力力，；为为空空塔塔气气速速， 32/)/(mkgs

8、mDDScSchmidiScLLKLKLL为为液液体体密密度度，；散散率率，为为液液体体中中轻轻关关键键组组分分扩扩；数数，为为液液体体 为为开开孔孔率率。；气气体体密密度度，；为为堰堰高高，数数，为为AVwALVVWFmkgmmhFUhynolds3/)/(ReReRe 陶瓷鲍尔环陶瓷鲍尔环 塑料鲍尔环塑料鲍尔环(填料填料) 陶瓷规整波纹填料陶瓷规整波纹填料 丝网波纹填料丝网波纹填料 21)(84.1042377.2567.4776.0CfvwGSLLFhN LLLtFDN)15.0213.0()10127.4(218 kVLAANNNLGOG 111OGNOGeE 11,1 , 1Hizn

9、mHmizmn,1,1, 1 mHmizmn2,2 , 2HiznWQ）（热力学第一定律：出进226 WHnQHnkkjj）（自由焓定义：进出266min,jjkkTGnGnGWTSHG）（即即：STHWT min,226236min,jjkkjjkkTSnSnTHnHnW进出进出）：）代入（将（）（设等温可逆过程：进出236jjkkSnSnTQ）（66lnln,min, FBFBFAFAFTyyyyRTnW5)-(6 )ln)ln46,min, jijijkikikTiiiiyynyynRTWPyfyz（）：代代入入（进进出出4)-(6 )ln)lnlnln,min,00 jijijkiki

10、kTiiiiiifznfznRTWffRTzG（）（混混合合物物的的自自由由焓焓：进进出出 气气体体：、成成纯纯构构成成二二元元混混合合物物，分分离离若若将将组组分分BAAB ）（）：代代入入（进进出出76)ln )ln56,min,0 jijijijkikikikTLiiiixxnxxnRTWfxf ）（）（）（86lnln,min, FBFBFBFAFAFAFTxxxxnRTW 分分：二二元元混混合合物物分分离离成成纯纯组组：过过程程对对环环境境所所作作的的功功的的热热源源向向过过程程传传递递热热量量：从从温温度度为为）（进进出出SSjjkkWTQWQHnHn 96 ）（）（）（）（产产生

11、生进进出出11610000 SjjjkkkWQTTSTSTHnSTHn变变：不不可可逆逆过过程程引引起起的的熵熵）（产产生生进进产产生生出出SSTQSnSnkkjj 1060）合合并并：）后后与与（乘乘（用用106960 T）（）（）代代入入（有有效效能能定定义义：产产生生进进出出1261116000 SjjkkWQTTSTBnBnSTHB分离分离净净BW ）（净净功功消消耗耗：产产生生分分离离产产生生进进出出净净13600 STBSTBnBnWWWjjkkSC环环境境、热热源源温温度度，热热量量；环环境境传传热热所所作作功功）的的热热源源向向）（温温度度为为（等等当当功功：由由卡卡诺诺循循环

12、环，可可逆逆热热机机TTQTTTTQCW0001 （等温可逆过程）分离净分离的热库交换。过程的热量与温度为）（有效能定义：STHBWWTSTHBWSTHBTT00min,000min,0146）（非非等等温温可可逆逆过过程程：产产生生分分离离净净0 W- SB15)-(6 ,H,dTCxiTFTipiFi 16)-(6 )ln(,FFiiiTFTipiFiPxPRdTTCxS 原料原料产物产物）（）（可可逆逆热热机机功功：出出入入CCCRRRTTTQWTTTQW00 ）（）（）（过过程程消消耗耗的的净净功功：出出入入净净17600 CCCRRRTTTQTTTQWWW1 净净分分离离率率：定定义

13、义分分离离过过程程热热力力学学效效WB 分分离离净净产产生生分分离离净净有有：）：由由（BWSTBW 0136QCQRQ 料料的的焓焓差差别别极极小小，有有：分分离离过过程程产产生生的的焓焓与与原原18)-(6 0)11(W- )176(0 RCTTQT净净为为：)/(79.65/38.1740/16.2722027,2 .325KkmolkJFSkmolkJFHhkmolkPaK )/(10.66/37.3073/95.1124 .2068,8 .330KkmolkJWSkmolkJWHhkmolkPaK )/(69.74/9 .12793/21.1595 .1930,8 .319Kkmol

14、kJDSkmolkJDHhkmolkPaK QR=34311918.14kJ/h 进进出出分分离离已已知知hkJBnBnBkmolkJSTHBkmokJSTHBkmolkJSTHBKTjjkkFFFWWWDDD/1483509/88.17601/03.16360/96.9164294)20000hkJTTQTTQWWWCCRR/3 .638711311)300 ）（）（出出入入净净%23.23)4 净净分分离离WB FHF+QR=DHD+WHw+Qc1 净净分分离离WB ，使使若若净净W不不可可改改变变组组成成有有关关、与与分分离离PTSTHB 0yAXAXAyAR=RmXAXA yA 一个塔

15、，一种方案一个塔，一种方案ABCDABCDBCCDD)!1(1211 CCCSSSSCCijCjC！）（或：或：CCSTS1 iDiimmiDiiDxVRx,1高。，热负荷小，净功消耗低果无非关键组分存在，与级间流量成正比，如相差大；、多，物系难分，有：若）（）（非关键组分）的难分组分最后分（无关净关QTTNQQQTTQTWRCCRRC11110大。大。提馏段热力学不可逆性提馏段热力学不可逆性反之，若反之，若大。大。精馏段热力学不可逆性精馏段热力学不可逆性，更接近与更接近与）比（比（）使（使（定；若定；若后，塔釜蒸汽蒸发量一后，塔釜蒸汽蒸发量一规定规定釜采出相差不大）釜采出相差不大）尽可能对分（塔顶与塔尽可能对分（塔顶与塔提提精精,1,),(WDVLVLWDRWLVDLV D. 分离要求高的组分最后分分离要求高的组分最后分 分离要求：纯度、回收率分离要求：纯度、回收率高纯度或高回收率，回流比大，理论塔板数多，非关高纯度或高回收率，回流比大，理论塔板数多，非关键组分的存在，增大级间流率，增大塔径、投资。键组分的存在，增大级间流率，增大塔径、投资。E. 含量