06-分離過(guò)程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(編輯修改稿)
2025-02-09 06:19 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 FT yyyyRTnW ?????? 1ln1lnm in, 上式兩邊對(duì) yAF求導(dǎo)得： ? ?? ?? ? AFAFAFAFFTyyyyRTnWln1ln11ln1lnm in,?????????????????? ? 則 1－ yAF=yAF,解得 yAF=. ? ? ，即 0ln1ln,0m in, ????????????? ?AFAFFT yyRTnW令 由此證得 ， 最小功函數(shù)的極大值出現(xiàn)在等摩爾組成進(jìn)料的情況 。 當(dāng) yAF， ,0m in, ?????????? ?RTnWFT ,0m in, ?????????? ?RTnWFT當(dāng) yAF， RTnWFTmin,?所以 yAF= ， 有極大值 。 非等溫分離和有效能 分離過(guò)程所需的最小功，按物系在分離 過(guò)程 中的 有效能的增量 變化來(lái)表示 )()( 12023 SSTHHB ????? STHW T ?????? 0m in,0分離 ? ??? iFTT piiFdTcyH ? ? ???iFTT FiFipiiF pypRdTTcyS )ln(分離成純組分時(shí) STHB 0?? 凈功 ???????? ?????????? ?????LCHR TTQTTQWWW 00 11 出入凈 由 可逆熱機(jī) 將熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，以確定實(shí)際過(guò)程的凈功消耗。 精餾分離 凈功消耗 ???????? ??RR TTQW 01入 ??????????CC TTQW 01出 熱力學(xué)效率 凈分離凈 WBWW?????? m in?若分離過(guò)程是 完全可逆 的，熱力學(xué)效率為 1 實(shí)際過(guò)程為不可逆過(guò)程，故必定小于 通常 : 1)只依靠外加 能量 (ESA)的分離過(guò)程（如精餾、結(jié)晶），熱力學(xué)效率 較高 ； 2)除加入 ESA，還需加入 MSA的分離過(guò)程（如萃取精餾、共沸精餾、萃取、吸收和吸附等）熱力學(xué)效率 較低 ； 3)速率 控制的分離過(guò)程熱力學(xué)效率 更低 。 如圖精餾過(guò)程的凈耗功為： QC TC QR TR D W F 精 餾 塔 ???????? ?????????? ???CCRR TTQTTQW 00 11凈 若進(jìn)出體系的物料的焓相近時(shí)，近似有 QR＝ QC＝ Q， 則 ???????? ???RC TTTQW 110凈 例 62某丙烯 (A)丙烷 (B)精餾塔。若進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量 F=,HF=，SF=(kmolK)，塔頂餾出液D=， HD=， SD= kJ/(kmolK)，塔底釜液 W=，HW=， SW= kJ/(kmolK)，假設(shè)環(huán)境溫度 T0＝ 294K。 計(jì)算⑴再沸器負(fù)荷 (冷凝器負(fù)荷 QC=32401526kJ/h給定 )；⑵有效能變化；⑶當(dāng)再沸器加熱劑溫度TR=，冷凝器冷卻劑溫度 TC=功消耗；⑷熱力學(xué)效率。 解：⑴作全塔熱量衡算： ⑵己知 T0＝ 294K CWDRF QWHDHQFH ???? hkJFHQWHDHQ FCWDR 311 91 32 401 52 ????????????hkJSTHB DDD 730 ??????? hkJSTHB wWw ???? hSTHB FFF 88176010 ????? ? hkJBnBnB jjkk148 ?????????? ? ?出 進(jìn)分離 ⑶凈功消耗 ⑷ 熱力學(xué)效率 hkJTTQTTQWCCRR 871 13294132 401 52 6294 311 91 81100??????????????????????????????????????凈% 8711 314 8350 9 ?????凈WB? 例 苯－甲苯常壓精餾塔，進(jìn)料、餾出液及釜液的溫度分別為 92 ℃ 、 82 ℃ 和 108 ℃ ，設(shè)環(huán)境溫度為 20℃ ，塔頂冷凝器的熱負(fù)荷為 997kW（用水冷卻），塔釜再沸器熱負(fù)荷為 1025kw（用130℃ 蒸汽加熱）。試求過(guò)程凈功消耗。 解：塔頂用水冷卻 ， 設(shè)循環(huán)水溫為 35℃ （ 308K） 則由式 6－ 25 ?????????????????C0CR0R TT1QTT1Q －－－＝凈W kJ/308293199740329311025 ＝－－－＝凈 ????????????? W 精餾過(guò)程熱力學(xué)不可逆的原因 精餾過(guò)程 不可逆的根本原因是 三傳的不可逆性 。其主要表現(xiàn)于以下幾方面： （ 1） 流體流動(dòng)時(shí)有 （ 通過(guò)一定壓力梯度的動(dòng)量傳遞 ） ； （ 2） 傳熱時(shí)有一定 溫差 （ 通過(guò)一定溫度梯度的熱量傳遞或不同溫度的物流直接混合 ） ； （ 3） 傳質(zhì)過(guò)程有 濃度差 （ 通過(guò)一定濃度梯度的質(zhì)量傳遞或不同化學(xué)位的物流 直接混合 ） ； （ 4） 還可能存在不可逆化學(xué)反應(yīng) 。 P? 提高精餾過(guò)程熱力學(xué)效率的途徑 （ 1） 降低流動(dòng)過(guò)程的 ， 變 板式塔 為 填料塔 是降低提高生產(chǎn)能力的主要途徑； P?（ 2） 減小塔頂冷凝器和塔底再沸器的 , 常采用 高效換熱器 或改進(jìn) 操作方式 ； T?（ 3） 在較小 R或不同 R（ 設(shè) 中間再沸器 或 中間冷凝器 ） 下操作 ， 以便降低傳熱傳質(zhì)的不可逆性（ 降低了所耗能量的品位 ， 降低了有效能消耗 ，從而提高了熱力學(xué)效率 ） ； （ 4） 采用 雙效 或 多效精餾 （ 各塔采用不同壓力 ， 使供入塔內(nèi)的熱量重復(fù)使用 ， 重復(fù)使用的次數(shù)稱為效數(shù) ） （ 5） 對(duì)原料中各組分沸點(diǎn)差不大的系統(tǒng)采用 熱泵 流程 。 有效能的充分回收及利用 采用加強(qiáng)設(shè)備的 保溫 及利用物流的部分 顯熱 或 潛熱等措施 減少過(guò)程的凈耗功 改變分離過(guò)程 操作條件 減少過(guò)程的凈耗功，如嚴(yán)控設(shè)計(jì)富裕度 ，選定 最佳 R 設(shè)置設(shè)置 中間冷凝 器和中間再沸器 ， 使操作更趨于可逆精餾 ， 凈功消耗降低 ， 同時(shí)可回收 或 節(jié)省 高位的能量 。 當(dāng) 頂?shù)蜏夭钶^大時(shí) ， 效果尤佳 。 若在中間冷凝器和中間再沸器之間加一熱泵， 效率更高 。 利用若干 壓力不同 的精餾塔，按壓力高低順序進(jìn)行組合，使 相鄰兩塔 之間將 高壓塔頂?shù)恼羝?作為 低壓塔底的再沸器 的 加熱介質(zhì) 多效精餾比單效精餾可 節(jié)省加熱蒸汽 的 30%50% 但需 增 加設(shè)備 投資 ， 需要更 高 的 控制 系統(tǒng) 。 并流型 混流型 串聯(lián)型 低 壓 塔 高 壓 塔 F1 F2 D2 W1 W2 D1 低沸成分 高沸成分 并流型 逆流型 低 壓 塔 高 壓 塔 F D2 W D1 S W 低沸成分 高沸成分 混流型 低 壓 塔 高 壓 塔 F D2 W D1 S W 低沸成分 高沸成分 W 低 壓 塔 高 壓 塔 F W1 W2 D S 低沸成分 高沸成分 熱泵 —— 將精餾和制冷循環(huán)結(jié)合起來(lái)，把塔頂?shù)蜏靥幍臒崃總鬟f給塔釜高溫處的系統(tǒng)。 解決辦法 將 制冷與精餾結(jié)合 起來(lái) ， 把熱量由低溫處傳向高溫處 。 存在問題 T頂 T釜 ， 熱量不能自動(dòng)由低溫傳向高溫 提出設(shè)想 將塔頂移出熱量拿到塔釜供熱 精餾操作共同特點(diǎn) 塔頂溫度 低于 塔底溫度 塔 頂 需供冷 移熱 ，塔 釜 須 供熱 (1)采用外部致冷劑的熱泵 （ 閉式熱泵 ）
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