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1、DistillationThere is no alternative, we must make it better!CRQQQinputFeed (L/V)BoilupN21fBottomsReflux F, zFD, xDB, xBDistillateQCQR潜热利用潜热利用CRQQ Feed (L/V)BoilupN21fBottomsReflux F, zFD, xDB, xBDistillateQCQRBut, TreboilerTcondenser能量驱动的精馏过程示意图能量驱动的精馏过程示意图 )1 ()1 (00LCHRnetTTQTTQWnetTWW0min,DRHQQQV
2、CR)1 ( 总费用总费用设备费设备费操作费操作费费用费用回流比回流比 RRoptRminminRR0 . 21 . 1 经验回流比范围经验回流比范围进料液的摩尔汽化热的热进料变成饱和蒸汽所需kmol1LVFVIIIIqqFLLFqVV1ABABA AB BABCABCA ABCBCA AB BC C 能量驱动的精馏过程示意图能量驱动的精馏过程示意图 空气源空调（热泵）致热模式空气源空调（热泵）致热模式蒸发器蒸发器压缩机压缩机节流阀节流阀冷凝器冷凝器致冷剂（氟利昂）循环致冷剂（氟利昂）循环低压液体低压液体低压蒸汽低压蒸汽高压蒸汽高压蒸汽高压液体高压液体室内（高室内（高温热源）温热源）室外（低室
3、外（低温热源）温热源）空气源空调（热泵）致冷模式空气源空调（热泵）致冷模式冷凝器冷凝器压缩机压缩机节流阀节流阀蒸发器蒸发器致冷剂（氟利昂）循环致冷剂（氟利昂）循环高压液体高压液体高压蒸汽高压蒸汽低压蒸汽低压蒸汽低压液体低压液体为什么冷凝器在为什么冷凝器在45度高温下操作？度高温下操作？室内（低室内（低温热源）温热源）室外（高室外（高温热源）温热源）（1 1）闭式）闭式A A型热泵精馏型热泵精馏特点：特点：特点：特点：问题：如塔顶温度为问题：如塔顶温度为20 20 ，塔底温，塔底温度为度为30 30 ，则压缩机出口高压蒸汽，则压缩机出口高压蒸汽的温度不低于多少？节流阀出口低压的温度不低于多少？节
4、流阀出口低压液体的出口温度应为多少？液体的出口温度应为多少？问题：如塔顶温度为问题：如塔顶温度为20 20 ，塔底，塔底温度为温度为30 30 ，则压缩机出口高压，则压缩机出口高压蒸汽的温度应为多少？节流阀出口蒸汽的温度应为多少？节流阀出口低压液体的出口温度应不高于多少？低压液体的出口温度应不高于多少？热泵精馏举例：分离丙烯热泵精馏举例：分离丙烯丙烷混合物丙烷混合物6.1689kPa塔顶低温塔顶低温热源直接热源直接利用！利用！热泵精馏举例：分离丙烯热泵精馏举例：分离丙烯丙烷混合物丙烷混合物6.1689kPa3-1 3-1 热泵精馏热泵精馏 热泵精馏举例：热泵精馏举例：分离丙烯分离丙烯丙烷混合物
5、丙烷混合物3-1 3-1 热泵精馏热泵精馏 1204161518553092总计总计1084010564040153504018159801841982费用，费用，美元美元/日日蒸汽蒸汽冷却水冷却水电电8.106.215.462.87热力学效率，热力学效率，%用塔底液体闪用塔底液体闪蒸的热泵蒸的热泵压缩塔顶蒸压缩塔顶蒸汽的热泵汽的热泵用外部致冷用外部致冷剂的热泵剂的热泵普通低温普通低温精馏精馏项目项目低温下丙烯低温下丙烯丙烷分离的热力学效率和公用工程费用比较丙烷分离的热力学效率和公用工程费用比较由数据可见，三种热泵系统的热力学效率均高于普通低温精由数据可见，三种热泵系统的热力学效率均高于普通低
6、温精馏，其公用工程费用明显低于普通精馏，其中用塔底液体闪馏，其公用工程费用明显低于普通精馏，其中用塔底液体闪蒸的热泵具有最高的热力学效率和最低的公用工程费用。蒸的热泵具有最高的热力学效率和最低的公用工程费用。二二次次蒸蒸汽汽加热蒸汽加热蒸汽冷却水冷却水完成液完成液料液料液一一效效多效蒸发多效蒸发冷凝水冷凝水水水二二效效三三效效二二次次蒸蒸汽汽二二次次蒸蒸汽汽三效蒸发举例三效蒸发举例采用多效蒸发的目的是什么？采用多效蒸发的目的是什么？（1）高压塔的冷凝器）高压塔的冷凝器也是低压塔的再沸器。也是低压塔的再沸器。（2）低压塔再沸器不）低压塔再沸器不需要外加能量，其热需要外加能量，其热量直接由高压塔塔
7、顶量直接由高压塔塔顶蒸汽冷凝提供。蒸汽冷凝提供。（3）高压塔不需要外）高压塔不需要外加冷却介质，其冷量加冷却介质，其冷量直接由低压塔液体再直接由低压塔液体再沸提供。沸提供。并流并流(a)型型并流并流(b)型型逆流型逆流型平流型平流型minTTTBD低高普通精馏普通精馏1%1%甲醇废水甲醇废水设计出逆流两效设计出逆流两效精馏流程，确定精馏流程，确定操作参数。操作参数。1001007070ABAB95%95%甲醇甲醇95%95%甲醇甲醇1%1%甲醇废水甲醇废水minTTTBD低高DT高BT低p p2 2=?=?结果表明：采用结果表明：采用两效精馏可节约两效精馏可节约能量达能量达35%35%在精馏塔
8、中精馏段适当位在精馏塔中精馏段适当位置增设中间冷凝器提供部置增设中间冷凝器提供部分低质的冷量（如冷却分低质的冷量（如冷却水），可降低塔顶高品位水），可降低塔顶高品位制冷剂的用量。制冷剂的用量。在精馏塔中提馏段适当位在精馏塔中提馏段适当位置增设中间再沸器提供部置增设中间再沸器提供部分低质的热量（如废热），分低质的热量（如废热），可降低塔底高品位加热介可降低塔底高品位加热介质的用量。质的用量。Q总总=QC1+QC2+QR1+QR2Q总总=QC+QR200QR=4.0 GJ/hCost=600$/h200QR=3.0 GJ/hCost=450$/h100QR=1.0 GJ/hCost=50$/hn
9、nn+1n+1Vn+1,yn+1V Vs s, ,y ys sVn,ynLn-1,xn-1Ls,xsQsL Ln n, ,x xn nsteam过程集成技术过程集成技术（Process integration technology)采用这种形式的热泵采用这种形式的热泵同连接塔顶和塔底的同连接塔顶和塔底的热泵具有什么优越性？热泵具有什么优越性？Freshwater的思想的思想Freshwater D C. Thermal economy indistillation, Trans. Inst. Chem. Eng, 1951, 29: 149 具有附加回流和汽相蒸发的精具有附加回流和汽相蒸发的精
10、馏简称，由中间再沸、中间冷馏简称，由中间再沸、中间冷凝和热泵精馏技术发展形成的凝和热泵精馏技术发展形成的过程集成技术。过程集成技术。汽体汽体液体液体产品产品产品产品这种节能流程目前的这种节能流程目前的研究现状如何？是否研究现状如何？是否已经实现工业化？已经实现工业化？ 另塔提供液相回流另塔提供液相回流另塔提供汽相回流另塔提供汽相回流带有侧线精馏的热偶合带有侧线精馏的热偶合复杂塔复杂塔(Column with side (Column with side rectifier)rectifier)带有侧线汽提的热偶合带有侧线汽提的热偶合复杂塔复杂塔(Column with (Column with
11、 side stripper)side stripper)-25.17x106Kcal/hrHSR : 921 T/D (4.39 wt%)STM1 : 1313 Kg/hrKERO : 1,333 T/D (6.35 wt%)STM2 : 1243 Kg/hrLGO : 3,822 T/D (18.2 wt%)STM3 : 3418 Kg/hrRESIDUE : 11,375 T/D (54.16 wt%)11015283138434956STM4 : 11603 Kg/hr161oC1.41K364oC358oC349oC, 1.85K180oC, 1.53K219oC, 1.68K209
12、oC169oC265oC273oC, 1.76K192oC132oC228oC168oCLSR : 3,549 T/D (16.9wt%)OFF GASCRUDE : 21,000 T/D-13.94x106Kcal/hr 376,130 Kg/hr-9.14x106Kcal/hr 234,857 Kg/hr-12.25x106Kcal/hr 298,087 Kg/hr 123oC0.97K60oC0.97K-27.80 x106Kcal/hr-16.50 x106Kcal/hr268oC15oC221oC281oC完全热偶合塔完全热偶合塔(Full thermally (Full therm
13、ally coupled column)coupled column)带有预分馏器的三带有预分馏器的三产品精馏塔产品精馏塔Dividing-Wall Dividing-Wall Column (KaibelColumn (Kaibel, , 1987)1987) 直接顺序（直接顺序（A|BCB|C）间接顺序（间接顺序（AB|CA|B）BABCCA1324BABCCA1234问题：用简单塔分离问题：用简单塔分离ABCDABCD四组分混合物为纯组分，需要四组分混合物为纯组分，需要多个精馏塔，共有哪些方案？多个精馏塔，共有哪些方案？A|BCDB|CDABC|DCDABC|DAB|CABA|BCDAB
14、|CDA|BABC|DCDABC|DA|BCABCDB|CA|BCDBC|DABCDB|C 用简单精馏塔分离不同组分的方案数用简单精馏塔分离不同组分的方案数组分数组分数方案数方案数组分数组分数方案数方案数21713232842945914305141048626421116796)!1( !)!1(2NNNSN组组合合爆爆炸炸问问题题研研究究方方法法1、经验规则法、经验规则法5、数学规划法、数学规划法4、热力学分析法、热力学分析法2、进化调优法、进化调优法3、人工智能技术、人工智能技术6、随机优化方法、随机优化方法 ？共需要几个共需要几个塔？共有多塔？共有多少种可行的少种可行的分离方案？分离方
15、案？C3，iC4，nC4，iC5，nC5塔塔1 1塔塔4 4iC4C3nC41 12 23 34 4最易分离的前面分离最易分离的前面分离次易分离，近等摩尔分配次易分离，近等摩尔分配最优序列最优序列C3，iC4，nC4，iC5，nC5最难分离的最后分离最难分离的最后分离 注意与多效精馏的区别。注意与多效精馏的区别。T=380KT=380K1010组分混合物分离问题组分混合物分离问题进料流率（进料流率（Feed flow）= 1000 kmol/h0.050.100.100.050.150.200.150.050.100.05n-propane (丙烷丙烷)n-butane（丁烷）（丁烷）n-Pentane (戊烷戊烷) n-Hexane (己烷己烷)n-Heptane (庚烷庚烷)n-Octane (辛烷辛烷)n-Nonane (壬烷壬烷)n-Decane (癸烷癸烷)n-Undercane (十一烷十一烷)n-Dodecane (十二烷十二烷)ABCDEFGHIJ摩尔分率（摩尔分率（Mole fraction）混合物组分（混合物组分（Mixture components）研究论文研究论文I I计算程序计算程序研究论文研究论文IIII