精馏过程的节能优化综合课件.ppt

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1、化学工程与工艺专业本科生专业课化工分离工程分离过程的节能、优化及综合第一节：精馏过程用能特性及热力学分析第二节：分离过程操作参数的优化第三节：精馏过程节能技术第四节：分离过程的综合蒸馏只需要提供能量和冷却剂就能得到高纯度的产品，操作简单成熟，是石油和化工等过程工业中应用最广的分离操作（据估计，90%~95%的产品提纯和回收由蒸馏来实现）。然而，正是因为蒸馏的实现需要以能量作为过程进行的推动力，其能量消耗在整个过程工业中占有重要的位置。有人估计，分离过程的能耗中95%是蒸馏过程消耗的。引言、分离过程节能的重要性在石油化工企业中，分离过程不仅设

2、备投资费用大（一般占总投资50一90%），并且能耗高（大约占整个化学工业用能的40%）。特别是以能量为过程推动力的分离单元（蒸馏、汽提、蒸发、蒸出等），能耗占化工过程总能耗的60%以上。美国曾经统计（1999年）全国40，000多个精馏塔所消耗的能量相当于每天1.9亿升石油，几乎占全国能耗的3%。我国目前精馏塔的数目已超过10万个（2003年数据）。DistillationThereisnoalternative,wemustmakeitbetter!引言（三）、什么是分离过程节能、优化和综合通常所说的节能主要指降低能量消耗或操作费用。任何

3、过程节能是基于系统热力学分析提出的（热力学第一定律和第二定律），节能不仅表现在数量上，更表现在品位上，同时要明确节能和节钱的概念。分离过程的优化包括分离方法的选择、流程结构的优化和操作参数的优化等。优化的目标通常是系统的经济性，还包括多个目标的优化（安全性、操作性、对环境的影响等）。优化不仅可能节能，同时一定节钱。过程综合（过程合成，Processsynthesis）是按照规定的设计要求，寻求所需系统的结构及各子系统的性能，并使系统按规定的目标进行最优组合。在设计新建工厂时，运用系统综合方法可以从众多的方案中选择、设计出一个或几个较优的流程

4、结构方案供设计参考。过程综合是当今工程节能的主要手段。第一节精馏过程用能特性及热力学分析1-11-2热力学第一定律分析热力学第二定律分析从热力学第一定律分析(能量的数量），精馏中再沸器加入的热量QR又同时被塔顶冷凝器的冷却剂取走，所以能量的浪费非常大(只利用5%)。据此，回收和利用塔顶蒸汽的冷凝热是精馏过程节能需要考虑的重点问题之一。此外，显热利用和加强塔的保温绝热等也是需要考虑的重要环节。1-1热力学第一定律分析Feed(L/V)BoilupN21fBottomsRefluxF,zFD,xDB,xBDistillateQCQR对精馏系统做

5、热量衡算得：潜热利用第一节精馏过程用能特性的热力学分析1-2热力学第二定律分析第一节精馏过程用能特性的热力学分析Feed(L/V)BoilupN21fBottomsRefluxF,zFD,xDB,xBDistillateQCQRBut,Treboiler>Tcondenser1-2热力学第二定律分析精馏过程是一个不可逆过程，再沸器输入高品位的能量而冷却水带走的为低品位能量,即能量贬值。从热力学第二定律（能量的品位）分析，节能的关键在于提高系统的有效能（火用）或热力学效率。能量驱动的精馏过程示意图过程所消耗的有效能Wnet（或净功耗）和热力学

6、效率η为：由于实际的分离过程都是不可逆的，所以热力学效率总是小于1。可逆过程分离需要的最小功第一节精馏过程用能特性的热力学分析(a)流体流动阻力造成的压降损失;(b)相浓度不平衡物流间的传质或不同浓度物流间的混合造成的有效能损失。(c)不同温度两相物流间的传热或不同温度物流间的混合造成的有效能损失等。第一节精馏过程用能特性的热力学分析造成精馏过程有效能损失的原因：由以上分析可知，利用精馏过程的汽体冷凝潜热、构造可逆的分离塔结构、减少流体流动的阻力、减少每块板上传质、传热推动力等都是提高精馏系统能量效率的主要途径。本章内容围绕此分析结论展开！

7、第二节分离（精馏）过程操作参数的优化1-11-21-31-4选择合适的操作压力选择合适的回流比选择合适的进料热状态选择合适的组分回收率第二节精馏过程操作参数的优化1选择合适的操作压力在分离多组分混合物时，调节压力还是解决精馏塔之间、塔和过程其它部分之间进行热集成的最有效手段。操作压力对精馏过程的影响表现：（1）塔顶蒸汽冷凝温度和塔釜加热温度（2）组分间的相对挥发度（3）塔的操作费用和造价操作压力的确定在第二章多组分精馏塔的简捷设计中已有详细说明！第二节精馏过程操作参数的优化2选择合适的回流比总费用设备费操作费费用回流比RRoptRmin经验

8、回流比范围此值已从原来平均的1.2降低到现在的1.12!第二节精馏过程操作参数的优化3选择合适的进料热状态当塔的能量受提馏段支配（再沸器负荷）时，进料的预热使q变小，从而可以减小