1、5 傳質(zhì)分離過程的節(jié)能傳質(zhì)分離過程的節(jié)能5.1 分離過程節(jié)能的基本概念分離過程節(jié)能的基本概念5.2 精餾節(jié)能技術(shù)精餾節(jié)能技術(shù)5.3 分離順序的選擇分離順序的選擇5.1 分離過程節(jié)能的基本概念分離過程節(jié)能的基本概念n混合物的分離必然消耗外能，能耗是大規(guī)模分離過程的關(guān)混合物的分離必然消耗外能，能耗是大規(guī)模分離過程的關(guān)鍵指標(biāo)，因此，確定混合物分離的最小能耗，了解影響能鍵指標(biāo)，因此，確定混合物分離的最小能耗，了解影響能耗的因素，尋求接近最小能耗的分離過程。耗的因素，尋求接近最小能耗的分離過程。n節(jié)省能耗的措施：節(jié)省能耗的措施：n首先是選取適宜的分離方法，這是節(jié)能的關(guān)鍵步驟；首先是選取適宜的分離方法，這

2、是節(jié)能的關(guān)鍵步驟；n其次是分離過程在總體工藝流程中進(jìn)行熱集成；其次是分離過程在總體工藝流程中進(jìn)行熱集成；n再次是復(fù)雜混合物分離的適宜流程安排；再次是復(fù)雜混合物分離的適宜流程安排；n最后是各具體分離操作的適宜操作條件和參數(shù)的確定，以最后是各具體分離操作的適宜操作條件和參數(shù)的確定，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和尺寸的優(yōu)化等。及設(shè)備結(jié)構(gòu)和尺寸的優(yōu)化等。5.1.1 有效能（熵）衡算有效能（熵）衡算連續(xù)穩(wěn)定分離系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定分離系統(tǒng) n分離最小功是分離過程必須消耗的最小分離最小功是分離過程必須消耗的最小功的下限，只有當(dāng)分離過程功的下限，只有當(dāng)分離過程完全可逆完全可逆時(shí)，時(shí)，分離消耗的功才是分離最小功。分離消耗的功才是分離

3、最小功。5.1.2 分離最小功分離最小功5.1.3 熱力學(xué)效率熱力學(xué)效率n熱力學(xué)效率是用來衡量有效能的熱力學(xué)效率是用來衡量有效能的利用率。利用率。n分離過程熱力學(xué)效率的定義為：分離過程熱力學(xué)效率的定義為：分離最小功與實(shí)際分離過程的有分離最小功與實(shí)際分離過程的有效能消耗（凈功耗）之比值。效能消耗（凈功耗）之比值。普通精餾塔QD ，TLQB ，TH5.1.4分離過程中有效能損失的主要形式分離過程中有效能損失的主要形式(1)由于流體流動(dòng)阻力造成的有效能損失由于流體流動(dòng)阻力造成的有效能損失Dp(2)節(jié)流膨脹過程的有效能損失節(jié)流膨脹過程的有效能損失(3)由于熱交換過程中推動(dòng)力溫差存在造成的有由于熱交換過

4、程中推動(dòng)力溫差存在造成的有效能損失效能損失DT(4)由于非平衡的兩項(xiàng)物流在傳質(zhì)設(shè)備中混合和由于非平衡的兩項(xiàng)物流在傳質(zhì)設(shè)備中混合和接觸傳質(zhì)造成的有效能損失接觸傳質(zhì)造成的有效能損失Dmt5.2 精餾節(jié)能技術(shù)精餾節(jié)能技術(shù)n除了比較明顯的節(jié)能措施外，選擇適宜回流比、進(jìn)料熱除了比較明顯的節(jié)能措施外，選擇適宜回流比、進(jìn)料熱狀態(tài)以及操作壓力等，都是重要的精餾節(jié)能措施。狀態(tài)以及操作壓力等，都是重要的精餾節(jié)能措施。(1) 最適宜回流比最適宜回流比 n一方面，直接影響再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷，決定了精一方面，直接影響再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷，決定了精餾分離的凈功效，因此，大體上確定了操作費(fèi)用。餾分離的凈功效，因此，大

5、體上確定了操作費(fèi)用。n另一方面，還與塔設(shè)備的投資密切相關(guān)：另一方面，還與塔設(shè)備的投資密切相關(guān)： 在在Rm附近，附近， R，設(shè)備費(fèi)下降；在較高，設(shè)備費(fèi)下降；在較高R處，處， R，設(shè)備，設(shè)備費(fèi)增大；費(fèi)增大；n 適宜回流比：適宜回流比：R=(1.2-1.3)Rm5.2 精餾節(jié)能技術(shù)精餾節(jié)能技術(shù)(2) 最佳進(jìn)料熱狀態(tài)最佳進(jìn)料熱狀態(tài)n高溫精餾時(shí)（塔頂釜溫度高于環(huán)境溫度）高溫精餾時(shí)（塔頂釜溫度高于環(huán)境溫度） ，當(dāng)，當(dāng)D/F較較大又適用于加熱料液的低溫?zé)嵩磿r(shí)，應(yīng)盡量采用較低大又適用于加熱料液的低溫?zé)嵩磿r(shí)，應(yīng)盡量采用較低的的q值，即以汽相或汽液混合物進(jìn)料為宜；當(dāng)值，即以汽相或汽液混合物進(jìn)料為宜；當(dāng) D/F較較

6、小時(shí)，盡量采用較高小時(shí)，盡量采用較高q，即以液相進(jìn)料為宜；，即以液相進(jìn)料為宜；n低溫精餾時(shí)，無論低溫精餾時(shí)，無論D/F多大，均采用較高的多大，均采用較高的q值，即以值，即以液體進(jìn)料為宜；液體進(jìn)料為宜；n中等溫度精餾，應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，確定最佳值。中等溫度精餾，應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，確定最佳值。 5.2 精餾節(jié)能技術(shù)精餾節(jié)能技術(shù)(3) 中間冷凝器和中間再沸器中間冷凝器和中間再沸器n如能在塔中部設(shè)置中間冷凝器，就可以采用較高溫度如能在塔中部設(shè)置中間冷凝器，就可以采用較高溫度的冷卻劑。的冷卻劑。n如在塔中部設(shè)置中間再沸器，對(duì)于高溫塔，可應(yīng)用較如在塔中部設(shè)置中間再沸器，對(duì)于高溫塔，可應(yīng)用較低溫位的加熱劑。低溫

7、位的加熱劑。n對(duì)于精餾，使操作線向平衡線靠攏，提高塔內(nèi)分離過對(duì)于精餾，使操作線向平衡線靠攏，提高塔內(nèi)分離過程的可逆程度。程的可逆程度。5.2 精餾節(jié)能技術(shù)精餾節(jié)能技術(shù)5.2 精餾節(jié)能技術(shù)精餾節(jié)能技術(shù)(4) 多效精餾多效精餾n多效精餾原理類似于多效蒸發(fā)，即利用多效精餾原理類似于多效蒸發(fā)，即利用若干壓力不同的精餾塔，按壓力高低順若干壓力不同的精餾塔，按壓力高低順序給與組合，使相鄰兩塔之間將高壓塔序給與組合，使相鄰兩塔之間將高壓塔頂?shù)恼羝鳛榈蛪核椎脑俜衅鞯念A(yù)熱頂?shù)恼羝鳛榈蛪核椎脑俜衅鞯念A(yù)熱介質(zhì)。從而使該分離系統(tǒng)能耗下降。介質(zhì)。從而使該分離系統(tǒng)能耗下降。5.2 精餾節(jié)能技術(shù)精餾節(jié)能技術(shù)5.2

8、精餾節(jié)能技術(shù)精餾節(jié)能技術(shù)(5) 熱泵精餾熱泵精餾n將溫度較低的塔頂蒸汽經(jīng)壓縮后作為塔底再沸器的熱源，將溫度較低的塔頂蒸汽經(jīng)壓縮后作為塔底再沸器的熱源，稱為熱泵精餾。有兩種形式的熱泵流程稱為熱泵精餾。有兩種形式的熱泵流程 ；n熱泵精餾是消耗一定量的機(jī)械功來提高低溫蒸汽的能位熱泵精餾是消耗一定量的機(jī)械功來提高低溫蒸汽的能位而加以利用的。因此消耗單位機(jī)械能能回收的熱量是一而加以利用的。因此消耗單位機(jī)械能能回收的熱量是一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，稱為性能系數(shù)，常記為項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，稱為性能系數(shù)，常記為C.O.P.。n顯然，對(duì)于沸點(diǎn)差小的混合物分離的精餾塔應(yīng)用熱泵精顯然，對(duì)于沸點(diǎn)差小的混合物分離的精餾塔應(yīng)用熱泵精

9、餾效果會(huì)更好。餾效果會(huì)更好。 5.2 精餾節(jié)能技術(shù)精餾節(jié)能技術(shù)(6) SRV精餾精餾n具有附加回流和蒸發(fā)的精餾簡(jiǎn)稱；具有附加回流和蒸發(fā)的精餾簡(jiǎn)稱；n由綜合中間再沸，中間冷凝和熱泵精餾由綜合中間再沸，中間冷凝和熱泵精餾技術(shù)發(fā)展而成。技術(shù)發(fā)展而成。 5.3分離順序的選擇分離順序的選擇1、首選分離方法為能量分離劑的方法（如普通精、首選分離方法為能量分離劑的方法（如普通精 餾），其次選用是使用分離劑的方法（如吸收，餾），其次選用是使用分離劑的方法（如吸收，液液萃取和特殊精餾）。因?yàn)楹笳唔氃鲈O(shè)質(zhì)量液液萃取和特殊精餾）。因?yàn)楹笳唔氃鲈O(shè)質(zhì)量分離劑的回收設(shè)備。但關(guān)鍵組分的相對(duì)揮發(fā)度分離劑的回收設(shè)備。但關(guān)鍵組分

10、的相對(duì)揮發(fā)度小于小于1.05時(shí)，普通精餾在經(jīng)濟(jì)上不合算。時(shí)，普通精餾在經(jīng)濟(jì)上不合算。2、易分離的組分先分、易分離的組分先分n若有若有A、B、C、D四組分，其含量相差不大。四組分，其含量相差不大。5.3分離順序的選擇分離順序的選擇3、易揮發(fā)組分先分，即按料液中各組分的揮發(fā)度遞減的、易揮發(fā)組分先分，即按料液中各組分的揮發(fā)度遞減的次序從塔頂蒸出，可減少再沸器與全凝器的負(fù)荷。次序從塔頂蒸出，可減少再沸器與全凝器的負(fù)荷。 4、盡可能對(duì)分（料液的等摩爾分割）、盡可能對(duì)分（料液的等摩爾分割）n 當(dāng)當(dāng)DB時(shí)，塔主體可逆性增大，能耗可以節(jié)省。時(shí)，塔主體可逆性增大，能耗可以節(jié)省。5、量多的組分先分、量多的組分先分n含量最多的組分分離后，避免了該組分在后面塔中的含量最多的組分分離后，避免了該組分在后面塔中的多次蒸發(fā)、冷凝，減少了后繼塔的負(fù)荷，當(dāng)然比較經(jīng)多次蒸發(fā)、冷凝，減少了后繼塔的負(fù)荷，當(dāng)然比較經(jīng)濟(jì)。濟(jì)。6、分離要求高和最困難分離的組分后分、分離要求高和最困難分離的組分后分 n由于高純度分離的塔要求很多的板數(shù)，即塔較