分离工程概述

分离工程程SeparationEngineering乔迁QQ:1983481611分离工程程第1章绪论论第2章单级级平衡过过程第3章多组组分多级级分离过过程分析析与简捷捷计算第4章多组组分多级级分离的的严格计计算第5章分离离设备的的处理能能力和效效率第6章分离离过程的的节能第7章其它它分离技技术和分分离工程程的选择择第6章分离过程的节节能混合过程为不不可逆过程，，其逆过程（（分离过程））耗能。学习本章意义义：1确定完成一个个分离过程所所需理论最小小能量；2确定接近此能能量极限的实实际过程，或或减小使用昂昂贵能量的实实际过程。6.1分离的最小功功和热力学效效率6.2精馏的节能技技术6.3分离顺序的选选择第6章分离过程的节节能6.1分离的最小功功和热力学效效率6.1.1等温分离最小小功6.1.2非等温分离和和有效能6.1.3净功消耗和热热力学效率热力学第二定定律：完成同同一变化的任任何可逆过过程所所需功相等。。6.1.1等温分离最小小功连续稳定分离离系统：进出系统物流流变量：n，zi，H，S，Q系统对环境作作功：W）（96-6.1.1.1分离理想气体体混合物)86(-例6-1；6.1.1.2分离低压下液液体混合物例6-2传热速率：◆◆◆6.1.2非等温分离和和有效能河水温度）（规定：海洋、大气、环境温度—设0T熵平衡：非等温不可逆过程）分离净(BWD>-\分离过程有效能变化）产生（分离净非等温可逆过程：0=DD=-SBW式（6-20），（6-22）中：等温分离最小小功分离理想气体体混合物二元理想气体体混合物分成成纯组分总结：分离低压下液液体混合物二元液体混合合物分离成纯纯组分液体非等温分离：系统的净功（（总功）：过程可逆时，，可得最小分分离功：6.1.3净功消耗和热热力学效率通常，分离过过程所需的能能量多半是以以热能形式而而不是以功的的形式提供的的。一般以W净计算能量：净功消耗：—W净=W入—W出一般分离过程程：原料产物QCQRTCTR）为：（256-)266(0110->-=-）（净RCTTQTW非等温可逆过过程为1。T0=294KQC=32401526kJ/h例6-3某丙烯-丙烷精馏塔按按附图条件操操作，环境温温度为294K，计算其热力力学效率。解：计算基准：1小时热力学效率η有效能变化和和净功消耗再沸器负荷（（冷凝器负荷荷给定）由图得：D=159.21kmol/hW=112.95kmol/hF=272.16kmol/h全塔热量衡算算：QR=34311918.14kJ/h6.2精馏的节能技技术6.2.1精馏过程的热热力学不可逆逆性分析6.2.2多效精馏6.2.3低温精馏的热热泵6.2.4设置中间冷凝凝器和中间再再沸器的精馏馏6.2.1精馏过程的热热力学不可逆逆性分析即：使过程尽量接近可逆过程）分离净（非等温可逆过程：BWD=-●●热力学不可逆逆性：1.通过一定压力力梯度动量传传递2.通过一定温度度梯度热量传传递3.通过一定浓度度梯度质量传传递（或不同同化学位物流流直接混合）使净功降低的的方法：降低压差减少温差减少浓度与平平衡浓度差1）塔设备若N越多，使△P↑，不可逆性越越大可使：气速↓，液层层高度↓；使使△P↓但是：气速↓，生产产能力不变时时D↑，投资费↑液层高度↓，，板效率↓改进方式：1.选择合适的塔塔径、液层高高度2.改板式塔为高高效填料塔2）再沸器、冷冷凝器若传热温差小小，不可逆性性减小但是：传热面积↑，，设备费用↑↑改进方式：1.采用高效换热热器2.改进操作方式式3）传热推动力力、传质推动动力精馏操作：Ln+1，Vn-1进入n板，对Vn，Ln在n板温度和浓度度相互不平衡衡改进方式：1.传热推动力△△T=（Tn-1—Tn）↓2.传质推推动力力△△y=（KnXn,i—yn-1,i）↓↓即：y-x图中，，操作作线向向平衡衡线靠靠近△△T↓△△y↓↓R>RmyAXAXAyAR=RmN=∞∞换热器器∞台台塔径：：中间大大，两两头小小XAyA可逆精馏操作线与平衡线重合XA

yA分段精馏增加两个换热器6.2.2多效精精馏多效精精馏：：能量量减少少30——40%图6-7：多效精精馏塔塔的基基本方方式特点：：高压塔塔气相相采出出是低低压塔塔塔釜釜的热热源；；用一倍倍的热热处理理两倍倍之多多进料料。(a)分别进进料(b)低压塔塔产物物进高高压塔塔(C)产物前前馈进进料6.2.3低温精精馏的的热泵泵用于：：组分沸沸点差差较小小的低低温精精馏采用：：膨涨阀阀、压压缩机机三种：：1.外部制制冷剂剂图图6-92.压缩塔塔顶蒸蒸汽图图6-103.用再沸沸器气气体闪闪蒸图图6-11表6-1低温下下丙烯烯—丙烷分分离的的热力力学效效率和和公用用费用用6.2.4设置中中间冷冷凝器器和中中间再再沸器器的精精馏1.使操作作向可可逆精精馏方方向趋趋近2.采用中中等温温度的的再沸沸器和和冷凝凝器图6-12图6-13Mah,WodnikSRV蒸馏特点：：沿全全塔布布置的的换热热元件件能大大大降降低塔塔顶、、塔釜釜负荷荷提馏段段：蒸蒸汽流流率自自下而而上稳稳定增增加精馏段段：液液体回回流量量自上上而下下稳定定增加加6.3分离顺顺序的的选择择6.3.1简单分分离顺顺序的的合成成6.3.2复杂塔塔的分分离顺顺序6.3.1简单分分离顺顺序的的合成成一、分分离顺顺序数数将混合合物ABCDE····(按挥发发度降降低排排列））分离为为纯组组分。。ABAB二元：：一个塔塔，一种方方案三元：：ABCABCABABCABCBC二个塔塔，二种方方案四元：：顺序流流程三个塔塔，五五种方方案ABCDABCDBCCDD按相对挥发度递减采出ABCDAABCBCABD按相对挥发度递增采出AABCDABCBCBCDABCDABCDBCDBCAABCDABBCCDD按相对对挥发发度交错采出的的逆序序流程程C个组分分，采采用C-1个塔，，分离离序数数为：：用（6—28）或（（6—29）计算算结果果列入入表6—2。对于特特殊精精馏：：例萃取取精馏馏：加加质量量分离离剂，，且数数目多多。总序数数：T—不同质量分分离剂剂对相相同组组分分离方方法数数；C—系统组组分数数；SC—简单塔塔计算算顺序序数。。例6-5用普通通精馏馏将混混合物物分离离成三三个产产品，，确定定分离离顺序序数。。（相对挥发度递减）解：产产品挥挥发性性不相相邻方法：：1.先分出出纯品品，查表6—2：C=5时，SC=142.再将烷烷烃、、烯烃烃混合合结论：：采用用普通通精馏馏不合合理二、确确定分分离顺顺序的的经验验法经验法法（启启发法法）优优点：：不用对对所有有可能能的分分离顺顺序进进行考考察，，在不不作设设计和和设备备费用用估计计情况况下，，很快快选出出好顺顺序。。普通塔塔经验验法：：1.按相对对挥发发度递递减顺顺序分分离依据：：Underwood式：馏出物物中：：1.组分数数少，，Vm少，热热负荷荷低；；2.若混合合物中中含低低沸物物，使使之不不进入入后面塔。。大。提馏段热力学不可逆性反之，若大。精馏段热力学不可逆性，更接近与）比（）使（定；若后，塔釜蒸汽蒸发量一规定尽可能对分（塔顶与塔釜采出相差不大）提精,1,.3),(WDVLVLWDRWLVDLV>><<-=+=4.分离要要求高高的组组分最最后分分分离要要求：：纯度度、回回收率率高纯度高高，N多，此此时无无关键键组分分，使使塔径径减小小。5.含量多多的组组分先先分使后面面能量量降低低、塔塔径减减小。。6.特殊组组分先先分特殊组组分：：热敏敏性、、强腐腐蚀性性、易易爆、、易燃燃等。。注意：：1.以上经经验