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1、第六章 分离过程的节能,教师：何寿林制作：何寿林,混合过程为不可逆过程，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。,第六章 分离过程的节能,第一节 分离的最小功和热力学效率第二节 精馏的节能技术第三节 分离顺序的选择,返回,第一节 分离的最小功和热力学效率,等温分离最小功 非等温分离和有效能 净功消耗和热力学效率,返回,热力学第二定律：完成同一变化的任何可 逆过程所需功相等。,6.1.1 等温分离最小功,连续稳定分离系统：,进出系统物流变量：n，zi，H，S（熵），Q,系统对环境作功：W,二
2、、分离低压下液体混合物,例6-1；例6-2,传热速率：,返回,6.1.2非等温分离和有效能,熵平衡：,式（6-20），（6-22）中：,返回,6.1.3净功消耗和热力学效率,通常，分离过程所需的能量多半是以热能形式而不是以功的形式提供的。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：,非等温可逆过程为1。,例6-3 设环境温度T0=294K，计算：1.再沸器负荷（冷凝器负荷给定）2.有效能变化 3.净功消耗 4.热力学效率解：计算机准：1小时1.由图解得：D=159.21kmol/h W=112.95kmol/h F=272.16kmol/h全塔热量衡算：QR=34311918.1
3、4kJ/h,T0=294K,返回,第二节 精馏的节能技术,精馏过程的热力学不可逆性分析 多效精馏 低温精馏的热泵 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏,返回,6.2.1精馏过程的热力学不可逆性分析,热力学不可逆性：1.通过一定压力梯度动量传递2.通过一定温度梯度热量传递3.通过一定浓度梯度质量传递（或不同化学位物流直接混合）,使净功降低的方法：降低压差 减少温差 减少浓度与平衡浓度差1）塔设备 若N越多，使P，不可逆性越大 可使：气速，液层高度；使P 但是：气速，生产能力不变时D，投资费 液层高度，板效率改进方式：1.选择合适的塔径、液层高度 2.改板式塔为高效填料塔,2）再沸器、冷凝器 若传热温
4、差小，不可逆性减小但是：传热面积，设备费用 液层高度，板效率改进方式：1.采用高效换热器 2.改进操作方式3）传热推动力、传质推动力精馏操作：Ln+1，Vn-1进入n板，对Vn，Ln在 n 板温度和浓度相互不平衡,改进方式：1.传热推动力 T=（Tn-1Tn）2.传质推动力 y=（KnXn,iyn-1,i）即：y-x图中，操作线向平衡线靠近 T y,N=换热器台塔径：中间大，两头小,返回,(a)分别进料,(b)低压塔产物进高压塔,(C)产物前馈进料,返回,6.2.2 多效精馏多效精馏：能量减少3040%图6-7：多效精馏塔的基本方式特点：高压塔气相采出是低压塔塔釜的热源；用一倍的热处理两倍之多
5、进料。例64,返回,返回,6.2.3 低温精馏的热泵用于：组分沸点差较小的低温精馏采用：膨涨阀、压缩机三种：1.外部制冷剂 图69 2.压缩塔顶蒸汽 图610 3.用再沸器气体闪蒸 图611 表61 低温下丙烯丙烷分离的热力学效率和日公用费用,返回,返回,返回,返回,返回,6.2.4 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏 1.使操作向可逆精馏方向趋近 2.采用中等温度的再沸器和冷凝器 图613 SRV蒸馏特点：沿全塔布置的换热元件能大大降低塔顶、塔釜负荷 提馏段：蒸汽流率自下而上稳定增加 精馏段：液体回流量自上而下稳定增加,返回,返回,返回,第三节 分离顺序的选择,6.3.1 简单分离顺序的合成6
6、.3.2 复杂塔的分离顺序,返回,一、分离顺序数 将混合物ABCDE(按挥发度降低排列）分离为纯组分。,6.3.1简单分离顺序的合成,二元：,一个塔，一种方案,三元：,二个塔，二种方案,四元：,顺序流程,三个塔，五种方案,按相对挥发度交错采出的逆序流程,C个组分，采用C-1个塔，分离序数为：,用（628）或（629）计算结果列入表62。对于特殊精馏：例萃取精馏：加质量分离剂，且数目多。总序数：,T不同质量分离剂对相同组分分离方法数；C系统组分数；SC简单塔计算顺序数。,例6-5 用普通精馏将混合物分离成三个产品，确定分离顺序数。,（相对挥发度递减）,解：产品挥发性不相邻 方法：1.先分出纯品，
7、查表62：C=5时，SC=14 2.再将烷烃、烯烃混合 结论：采用普通精馏不合理,二、确定分离顺序的经验法,经验法（启发法）优点：不用对所有可能的分离顺序进行考察，在不作设计和设备费用估计情况下，很快选出好顺序。普通塔经验法：1.按相对挥发度递减顺序分离依据：Underwood式：,馏出物中：1.组分数少，Vm少，热负荷低；2.若混合物中含低沸物，使之不进入后面塔。,4.分离要求高的组分最后分 分离要求：纯度、回收率纯度高，N多，此时无关键组分，使塔径减小。5.含量多的组分先分 使后面能量降低、塔径减小。6.特殊组分先分 特殊组分：热敏性、强腐蚀性、易爆、易燃等。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。,例6-6 确定较好的精馏塔序。解：1.根据沸点差和产品纯度来考虑 2.根据馏出液和釜液流量相差不大来考虑。,6.3.2 复杂塔的分离顺序 200页例6-7 201页,返回,
