1、化工節(jié)能與過程熱集成,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,3. 3 精餾 精餾過程是一個不可逆過程，火用損失由下列不可逆引起： (1)流體流動阻力造成的壓力降（壓差）； (2)不同溫度物流間的傳熱或不同溫度物流的混合（溫度差）； (3)相濃度不平衡物流間的傳質(zhì)或不同濃度物流的混合（濃度差或化學(xué)勢差）,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,以板式塔為例，從下面上升進入某塊板的汽相溫度比上面板上流下來的液相溫度要高些，而易揮發(fā)組分的含量則低于與下降液相濃度相平衡的濃度，兩股物料在溫度和組成上均不平衡。在塔板上發(fā)生的熱量和質(zhì)量傳遞均是不可逆的，必然造成火用的損失，這是精餾塔內(nèi)部火用損失的主要部分。,第三章

2、 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,這主要是由于化學(xué)位有差異而導(dǎo)致傳質(zhì)過程從而有效能損失。如圖所示，在圖中平衡線和操作線之間所夾面積表明了塔內(nèi)傳熱傳質(zhì)的不可逆程度。因此，操作線越靠近平衡線，精餾過程不可逆損失越小，所需能量也越少，但理論板數(shù)會增加，設(shè)備投資增大。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,降低火用損：減小不可逆性，降低推動力 （壓差、溫差和濃度差） 精餾：需要推動力,適當(dāng)推動力,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,精餾塔的熱量衡算 QS: 再沸器的加熱量； QF: 料液帶進的熱量； QD: 塔頂產(chǎn)品帶出的熱量； QC: 塔頂冷凝器的冷卻量； QW: 塔底產(chǎn)品帶出的熱量；,第三章 化工單元過程與設(shè)

3、備的節(jié)能,3.3.1 不改變流程的節(jié)能技術(shù) （1）預(yù)熱進料 以較低溫位的熱能 代替再沸器要求的 高溫位熱能,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,（2） 塔釜液余熱的利用 塔釜液的顯熱變?yōu)闈摕醽砝?第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,（3） 塔頂蒸汽余熱的回收利用 直接熱利用：產(chǎn)生低壓蒸汽 余熱制冷：采用吸收式制冷裝置產(chǎn)生冷量 余熱發(fā)電：用塔頂余熱產(chǎn)生低壓蒸汽驅(qū)動透平發(fā)電。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,（4） 減小回流比 回流比減少，操作線上移靠近平衡線，火用損失?。灰蚨鵁嶝摵尚?，但塔板數(shù)N,即設(shè)備費用加大； 回流比增加，能

4、耗上升，塔板數(shù)減少； 在最小回流比下，過程仍存在不可逆性。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,最優(yōu)回流比反應(yīng)了設(shè)備費和操作費用的最佳權(quán)衡。 最優(yōu)設(shè)計回流比為最小回流比的 1.2 2 倍； 最佳回流比與能源價格的關(guān)系,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,對于已定的精餾塔和分離物系，R與產(chǎn)品純度密切相關(guān)。為了確保得到純度合格的產(chǎn)品，設(shè)計時都有一定的回流余量。余量越大，能耗越高。對于回流余量較大的精餾塔，在不降低產(chǎn)品質(zhì)量等級的情況下，只要降低R，即可降低塔底再沸器的能耗。例如，某煉油廠的鉑重整車間，維持產(chǎn)品質(zhì)量不變，調(diào)低6座精餾塔系的R，取得了顯著的節(jié)能效果。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,表一

5、調(diào)低回流比的節(jié)能效果,精餾塔 調(diào)整前 調(diào)整后,回流比R 能耗(KJ/h) 回流比R 能耗(KJ/h) 節(jié)能效果%,水分餾塔 2.0 485.7 1.0 242.8 50 苯塔 8.2 352.1 6.2 85.8 76 甲苯塔 3.1 364.7 2.0 129.8 65 鄰二甲苯塔 52.5 561.0 38 154.9 72 乙基苯塔 120.0 1189.8 90.0 297.3 73,預(yù)分餾塔 4.7 752.8 1.2 560.2 26,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,3.3.2 需要改變流程的節(jié)能技術(shù) （1）增設(shè)中間再沸器和中間冷凝器 典型精餾塔的塔頂溫度TC與塔釜溫度TR相差很

6、大，火用損也就大，所以熱力學(xué)效率就不高。 在熱負荷Q不變的情況下，如果能把一部分負荷分配到塔的中間，也就是用中間再沸器將部分塔釜熱量移到中部，或用中間冷凝器將一部分冷凝負荷從塔頂移到中部，則不但可以減少不可逆損失，而且可以利用較低溫度的熱源加熱和/或用較高溫度的冷卻劑（如循環(huán)水）冷凝。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,從過程原理來看，進料板以下設(shè)置中間再沸器，進料板以上設(shè)置中間冷凝器（見下頁圖），則可以使操作線接近平衡曲線，使塔兩端的回流減少，僅在兩個中間換熱器之間區(qū)域保持原有回流量。 回流量減少又要保持同樣分離程度就需要增加塔板數(shù)。 例如，80年代設(shè)計的原油常壓分餾塔塔板多取50塊左右，比

7、60年代的40塊增加了1/4，就是這個道理。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,增設(shè)中間再沸器的條件：有不同溫度的熱源供用； 增設(shè)中間冷凝器的條件：中間回收的熱能有適當(dāng)?shù)挠脩?，或者可以用冷卻水冷卻，減少制冷劑負荷； 如果使用同樣熱源，則沒有節(jié)能效果，還浪費投資。 設(shè)計優(yōu)點：塔兩端氣液流量減少，可以縮小相應(yīng)段塔徑。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,（2）多段進料和側(cè)線出料 多段進料 兩種或多種成分相同但濃度不同的料液進行分離：,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,兩段進料的復(fù)雜塔計算可分為三段：精餾段、中間段和提餾段 多段進料操作線接近平衡線，不可逆損失降低降低

8、，因而能耗降低,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,側(cè)線出料 當(dāng)需要組成不同的兩種或多種產(chǎn)品時，可在塔內(nèi)安裝側(cè)線，抽出產(chǎn)品； 抽出產(chǎn)品可為塔板上的泡點液體或飽和蒸汽。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,存在問題： 最適宜側(cè)線采出量受外部變化影響，一般保持側(cè)線采出量一定。 操作變量沒有增加，故只能對幾個組分中的一個組分進行質(zhì)量控制； 操作靈活性小，故必須嚴(yán)密地設(shè)定設(shè)計條件。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,（3）多效精餾 將多組分混合物的分離安排在一系列壓力依次遞減的精餾塔中去完成，高壓塔塔頂產(chǎn)品冷凝汽化潛熱被用來對較低壓力的塔提餾再沸能量。 并流 逆流 平流

9、壓力組合方式： 加壓-常壓、加壓-減壓、常壓-減壓、減壓-減壓,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,不論采用哪種多效方式，其兩效精餾操作所需熱量與單塔精餾相比較，可減少30%40%。,存在問題； 1、效數(shù)受投資的限制 2、效數(shù)受操作條件的限制,因此，除了發(fā)酵醪液制乙醇有五效精餾外，日本聯(lián)氨食鹽水體系脫水精餾采用三效外，一般為2效。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,（4）熱泵精餾 熱泵：把冷凝器的熱“泵送”到再沸器里去的制冷系統(tǒng)。 (1).依據(jù)熱力學(xué)第二定律，給系統(tǒng)加入一定的機械功，塔頂蒸汽加壓升溫，作為再沸熱源。因為回收的潛熱

10、用于過程本身，又省去了塔頂冷凝器、冷卻水和塔釜加熱蒸汽，故可使精餾的能耗明顯減少。 (2).把塔頂蒸汽加壓升溫到塔底熱源的水平，所需能量很大。因此，目前熱泵精餾只適用于沸點相近的組分的分離，其塔底和塔頂溫差不大。適用于沸點相近組分的分離，其塔底和塔頂溫差不大的場合。 (3).兩種方式：蒸汽壓縮機方式和蒸汽噴射泵方式。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,蒸汽壓縮機方式 適用范圍： 塔頂和塔底溫度接近 被分離物質(zhì)沸點接近，分離困難，回流比高，需大量加熱蒸汽的場合。 在低壓運行時，必須采用冷凍劑進行冷凝，為了使用冷卻水或空氣冷卻，必須在較高塔壓下分離某些易揮發(fā)物質(zhì)的場合。 考慮到冷凝和再沸器負荷的平

11、衡及便于控制，在流程中往往沒有附加冷卻器或加熱器。又分為三種形式：氣體直接壓縮式、單獨工質(zhì)循環(huán)式和閃蒸再沸流程,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,塔頂氣體經(jīng)壓縮升溫升壓后進入塔底再沸器，冷凝給熱使釜液再沸，冷凝液經(jīng)節(jié)流閥減壓后一部分作為產(chǎn)品采出，另一部分作為回流。,氣體直接壓縮式：,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,單獨工質(zhì)循環(huán)式：,高壓氣態(tài)工質(zhì)在再沸器中冷凝給熱后經(jīng)節(jié)流閥減壓降溫，入塔頂冷凝器中吸熱蒸發(fā)，形成低壓氣態(tài)工質(zhì)返回壓縮機壓縮，開始新的循環(huán)。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,閃蒸再沸,以釜掖為工質(zhì) ；在塔壓高時有利,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,蒸汽噴射泵方式 優(yōu)點： (1). 新增的設(shè)備只有蒸汽噴射泵，設(shè)備費低 (2). 蒸汽泵射泵沒有轉(zhuǎn)動部件，容易維修 (3). 發(fā)生喘振和阻流現(xiàn)象，但沒有設(shè)備損壞的危險 適用場合： (1). 精餾塔塔底和塔頂?shù)膲翰畈淮螅?(2). 減壓精餾的真空度比較低,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,蒸汽噴射泵方式,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,塔頂蒸汽加壓升溫后，也可作為其他系統(tǒng)的熱源。,第三章 化工單元過程與設(shè)備的節(jié)能,（5）熱偶精餾,三元混合物A、B、C分離可用一個全塔和一個副塔代替兩個完整的塔。,從全塔內(nèi)