传质分离过程的节能

第七章传质分离过程的节能7.1分离过程节能的基本概念7.2精馏节能技术7.3分离顺序的选择7.1分离过程节能的基本概念混合物的分离必然消耗外能，能耗是大规模分离过程的关键指标，因此，确定混合物分离的最小能耗，了解影响能耗的因素，寻求接近最小能耗的分离过程。节省能耗的措施：首先是选取适宜的分离方法，这是节能的关键步骤；其次是分离过程在总体工艺流程中进行热集成；再次是复杂混合物分离的适宜流程安排；最后是各具体分离操作的适宜操作条件和参数的确定，以及设备结构和尺寸的优化等。7.1.1有效能（熵）衡算连续稳定分离系统

分离最小功是分离过程必须消耗的最小功的下限，只有当分离过程完全可逆时，分离消耗的功才是分离最小功。因为过程可逆,有效能耗等于零。分离最小功是分离过程必须消耗的有效能的下限，其值大小可用来比较具体分离任务的难易。7.1.2分离最小功7.1.3热力学效率热力学效率是用来衡量有效能的利用率。分离过程热力学效率的定义为：分离最小功与实际分离过程的有效能消耗（净功耗）之比值。精馏操作，分离消耗的是热能，而不是机械能。其净功耗是向塔釜加入的热量与从冷凝器中取出的热量之差。普通精馏塔QD，TLQB

，TH7.1.4分离过程中有效能损失的主要形式为提高分离过程的热效率，必须减小有效能损失。分离过程中有效能损失有以下形式：(1)由于流体流动阻力造成的有效能损失。阻力大，有效能损失大(2)节流膨胀过程的有效能损失。节流膨胀均印起物系熵增，损失有效能，等于阀前与阀后物态的有效能之差。(3)由于热交换过程中推动力温差存在造成的有效能损失。其与传热温度差成正比。(4)由于非平衡的两项物流在传质设备中混合和接触传质造成的有效能损失。7.2精馏节能技术除了比较明显的节能措施外，选择适宜回流比、进料热状态以及操作压力等，都是重要的精馏节能措施。(1)最适宜回流比

一方面，直接影响再沸器和冷凝器的热负荷，决定了精馏分离的净功效，因此，大体上确定了操作费用。另一方面，还与塔设备的投资密切相关：在Rm附近，R↑，设备费下降；在较高R处，R↑，设备费增大；适宜回流比：R=(1.2-1.3)Rm，这样做总费用仅增加2~6%，但操作弹性却增大许多。(2)最佳进料热状态高温精馏时（塔顶釜温度高于环境温度），当D/F较大又适用于加热料液的低温热源时，应尽量采用较低的q值，即以汽相或汽液混合物进料为宜；当D/F较小时，尽量采用较高q，即以液相进料为宜；低温精馏时，无论D/F多大，均采用较高的q值，即以液体进料为宜；中等温度精馏，应进行经济比较，确定最佳值。(3)中间冷凝器和中间再沸器如能在塔中部设置中间冷凝器，就可以采用较高温度的冷却剂。如在塔中部设置中间再沸器，对于高温塔，可应用较低温位的加热剂。对于精馏，使操作线向平衡线靠拢，提高塔内分离过程的可逆程度。(4)多效精馏多效精馏原理类似于多效蒸发，即利用若干压力不同的精馏塔，按压力高低顺序给与组合，使相邻两塔之间将高压塔顶的蒸汽作为低压塔底的再沸器的预热介质。从而使该分离系统能耗下降。（5）热泵精馏将温度较低的塔顶蒸汽经压缩后作为塔底再沸器的热源，称为热泵精馏。有两种形式的热泵流程；热泵精馏是消耗一定量的机械功来提高低温蒸汽的能位而加以利用的。因此消耗单位机械能能回收的热量是一项重要经济指标，称为性能系数，常记为C.O.P.。显然，对于沸点差小的混合物分离的精馏塔应用热泵精馏效果会更好。

(6)SRV精馏具有附加回流和蒸发的精馏简称；由综合中间再沸，中间冷凝和热泵精馏技术发展而成。

7.3分离顺序的选择1、首选分离方法为能量分离剂的方法（如普通精馏），其次选用是使用物质分离剂的方法（如吸收，液液萃取和特殊精馏）。因为后者须增设物质分离剂的回收设备。但关键组分的相对挥发度小于1.05时，普通精馏在经济上不合算。2、易分离的组分先分。若有A、B、C、D四组分，其含量相差不大。3、易挥发组分先分，即按料液中各组分的挥发度递减的次序从塔顶蒸出，可减少再沸器与全凝器的负荷。多组分分离顺序的选择是化工分离过程常遇到的问题。普通精馏塔所组成的塔序可从以下规则考虑确定：4、尽可能对分（各个塔的馏出出液与釜液的摩尔数尽量接近）。当D≈W时，精馏段与提馏段的内回流比较平衡，操作的可逆性增大，能耗可以节省。5、量多的组分先分含量最多的组分分离后，避免了该组分在后面塔中的多次蒸发、冷凝，减少了后继塔的负荷，当然比较经济。6、分离要求高和最困难分离的组分后分

由于高纯度分离的塔要求很多的板数，即塔较高，如还有其他非关键组分存在，塔中汽、液相流率将增大，要用较大的塔径，使投资增加。7、有特殊组分的要先分：如

易腐蚀的组分、热敏性组分

注意：1.以上经验互相冲突，要综和考虑主要方面；

2.不须得到纯组分时，采用侧线采出来减少塔数目。对多组分物系的分离，应将（）或（）的组分最后分离。热力学效率定义为（）消耗的最小功与（）所消