化工计算与软件应用 教学课件 作者 包宗宏 武文良 主编3.ppt

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1、化工计算与软件应用第三章节能分离过程1化工过程是一个技术密集、资金密集型的行业，也是耗能大户。我国炼油、化工等过程工业的能耗占全国总能耗的一半左右，如何提高过程工业能源的利用率已经成为影响国民经济发展的重要因素。目前全球能源日趋紧张，我国更是一个能源匮乏的国家，原油的对外依存度超过50%，节能减排已成为我国的基本国策。在化工设计过程中，采用新技术精心设计，从化工生产的源头上节能降耗，是每一个化工设计人员义不容辞的责任。在化工生产流程中，分离过程是能耗比重最大的部分。所有的分离过程都需要以热和(或)功的形式加入能量，其费用与设备折旧费相比占首要地位

2、，是生产操作费用的主要部分。因此，在化工设计过程中，应该优先选用节能的分离方法。23.1.1冷热流体换热在化工流程中，从原料到产品的整个生产过程，始终伴随着能量的供应、转换、利用、回收、生产、排弃等环节。例如，进料需要加热，产品需要冷却，冷、热流体之间换热构成了热回收换热系统。加热不足的部分就必须消耗热公用工程提供的燃料或蒸汽，冷却不足的部分就必须消耗冷公用工程提供的冷却水、冷却空气或冷量；泵和压缩机的运行需要消耗电力或由蒸汽透平直接驱动等。若能巧妙地安排流程中的冷热流体相互换热，则可减少外部公用工程的消耗，以降低操作成本。3.1流体换热与热集成

3、网络33.1.1冷热流体换热例3-1．乙醇与苯双塔双压精馏系统内冷热流体换热。在例2-19中，设计了一个双塔双压精馏分离乙醇与苯共沸物的流程:系统加热设备的热负荷汇总值是3008.2kw，系统冷却设备的热负荷汇总值是3097.5kw。43.1.1冷热流体换热例3-1解。可以把这两股冷热流体换热，如图。但在设计这一换热流程时，应该考虑换热器热端温差、冷端温差的限制。加热热负荷2683.5kw，冷却热负荷2772.9kw。与图2-139流程比较，节省加热热负荷324.7kw，节省冷却热负荷324.6kw。53.1.1冷热流体换热物流9出换热器的温度为

4、114.8℃，比进料板温度高41.8℃；物流RECYC出换热器的温度为148.4℃，比原工艺温度163℃低14.6℃。若维持原来两塔的操作条件不变，可加两个换热器进一步降温与加热，如图。与图2-139的流程比较，加热热负荷和冷却热负荷均降低179.2kw。设置了B4、B5、B6三台换热器后，入两塔的物流温度未变，故两塔的操作参数也不变。63.1.1冷热流体换热若希望进一步降低能耗，可把B1塔的塔釜液体作为B5换热器加热流体，如图。设置B5换热器的热负荷为36kw，物流1的出口温度为163℃。入两塔的物流温度未变，故两塔的操作参数也不变。B1塔釜液

5、的温度经换热后降温10.5℃。与图2-139的流程比较，加热负荷降低179.2+36=215.2kw，冷却负荷降低179.2kw。73.1.2热集成网络分析3.1.1节对双塔双压精馏分离乙醇与苯共沸物流程的节能模拟计算是基于直观的观察，若想获得更全面的节能方案，可以用Aspen的能量分析器软件（AspenEnergyAnalyzer）进行热集成网络分析，寻找可能的节能流程。热集成网络的分析与合成，本质上是设计一个由热交换器组成的换热网络，使系统中所有需要加热和冷却的物流都达到工艺流程所规定的出口温度，使得基于热集成网络运行费用与换热设备投资费用的

6、系统总费用最小。83.1.2热集成网络分析Aspen能量分析器软件采用过程系统最优化的方法进行过程热集成的设计，其核心是窄点技术。它主要是对过程系统的整体进行优化设计，包括冷热物流之间的恰当匹配、冷热公用工程的类型和能级选择；加热器、冷却器及系统中的一些设备如分离器、蒸发器等设备在网络中的合适放置位置；节能、投资和可操作性的三维权衡；最终的优化目标是总年度运行费用与设备投资费用之和（总年度费用目标）最小，同时兼顾过程系统的安全性、可操作性、对不同工况的适应性和对环境的影响等非定量的过程目标。93.1.2热集成网络分析例3-2.乙醇与苯双塔双压精馏

7、系统的热集成网络分析。用Aspen能量分析器软件对例2-19进行热集成网络分析，寻找更佳的节能方案，并根据热集成网络分析结果，推荐优化的乙醇与苯双塔双压精馏节能流程。103.1.2热集成网络分析推荐的乙醇与苯双塔双压精馏节能流程:与例2-19比较，换热器的数量相同，换热面积303.9m2，降低1.3%；热公用工程负荷降低28.9%，冷公用工程负荷降低28.0%；另外还产生了1024.9kw的低压蒸汽。换热器的设备成本指数降低2.1%，操作成本指数降低0.3%，总年度费用成本指数降低0.8%。不过，图3-22流程的控制操作条件要复杂一些。113.4

8、.1蒸汽优化配置蒸汽是化工企业能源的重要组成部分，合理使用价格昂贵的蒸汽越来越受到企业的重视。随着市场竞争的充分发展，如何降低成本成为每