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1、第四章工业过程的耦合与强化第1页，此课件共25页哦主要内容主要内容过程耦合与过程强化;过程耦合与过程强化的基本原理；过程耦合与过程强化的应用；例子一：一个理想二元蒸馏塔的耦合设计例子二：一个理想二元蒸馏塔的强化设计第2页，此课件共25页哦过程耦合过程耦合(Process Integration)过程耦合的定义；通过物质与能量利用的优效关联,提高系统的热力学效率。过程耦合的分类；1.物质耦合(Mass Integration)2.能量耦合(Energy Integration)第3页，此课件共25页哦过程强化过程强化(Process Intensification)过程强化的定义；将多个操作多个
2、操作耦合在一个单元之中,加强物质与能量耦合的效果,能降低投资费用和操作费用。过程强化的特点；打破了常规设计在系统结构上的制限。第4页，此课件共25页哦耦合设计的指导思想耦合设计的指导思想追求平衡操作的极限;第5页，此课件共25页哦强化设计的指导思想强化设计的指导思想打破平衡的制限;反应平衡反应蒸馏塔汽液平衡超重力蒸馏塔，膜蒸馏塔第6页，此课件共25页哦进行耦合与强化设计的意义进行耦合与强化设计的意义节省操作能耗与/或设备投资成本；推动绿色工业设计的实现；第7页，此课件共25页哦例子例子:一个理想二元蒸馏塔设计一个理想二元蒸馏塔设计给定一个二元精馏塔，分离由物质A和B组成的混合物。进料流量为10
3、0mol/s,进料浓度是A:B=0.5:0.5。塔顶产品浓度为0.95(A),塔底产品浓度也为0.95(B)。操作压力是9bar。气化潜热为6944cal/mol(满足衡分子流假设)。塔板稳态滞液量为1mol。冷凝器和再沸器的稳态液量分别为30mol。第8页，此课件共25页哦汽液平衡计算汽液平衡计算塔内气液平衡按下式计算：Pj=xA,jPAs+xB,jPBs(1)yi,j=xi,jPis/Pj(2)饱和蒸汽压按下式计算：LnPis=Avp,iBvp,i/Tj(3)A(Avp/Bvp)=11.6531/3862B(Avp/Bvp)=12.3463/3862第9页，此课件共25页哦理想二元蒸馏塔的
4、基本结构理想二元蒸馏塔的基本结构第10页，此课件共25页哦理想二元蒸馏塔的能量耦合设计理想二元蒸馏塔的能量耦合设计-对提馏段放热设计对提馏段放热设计Qcon A A/B B Qreb Qs Qcon T H Qreb Qs 第11页，此课件共25页哦理想二元蒸馏塔的能量耦合设计理想二元蒸馏塔的能量耦合设计-对精馏段吸热设计对精馏段吸热设计Qcon T H Qreb Qs Qcon A A/B Qreb Qs 第12页，此课件共25页哦理想二元蒸馏塔的能量耦合设计理想二元蒸馏塔的能量耦合设计-内部热耦合蒸馏塔的概念内部热耦合蒸馏塔的概念第13页，此课件共25页哦理想二元蒸馏塔的能量耦合设计理想二
5、元蒸馏塔的能量耦合设计-外部热耦合蒸馏塔的概念外部热耦合蒸馏塔的概念第14页，此课件共25页哦三元蒸馏塔物质耦合设计三元蒸馏塔物质耦合设计-隔离壁蒸馏塔隔离壁蒸馏塔第15页，此课件共25页哦三元蒸馏塔物质耦合设计三元蒸馏塔物质耦合设计-隔离壁蒸馏塔隔离壁蒸馏塔DWC与常规精馏序列的比较第16页，此课件共25页哦常规制造过程的缺陷常规制造过程的缺陷先反应后分离的设计理念;需要多个设备相连接,较高的投资成本;拓扑结构限制了耦合设计的可能性。第17页，此课件共25页哦反应蒸馏塔的提出反应蒸馏塔的提出第18页，此课件共25页哦反应蒸馏塔的强化设计反应蒸馏塔的强化设计Li,Ping,Kejin Huan
6、g,QuanquanLin;“AGeneralized Method fortheSynthesisandDesignof Reactive DistillationColumns,”ChemicalEngineering Research&Design,x,x x(2011).第19页，此课件共25页哦现有的反应蒸馏塔的强化设计现有的反应蒸馏塔的强化设计(a aA A a aC a aD a aB B)第20页，此课件共25页哦我们提出的反应蒸馏塔我们提出的反应蒸馏塔的强化设计的强化设计(a aA A a aC a aD a aB B)Chen Haisheng,Kejin Huang,an
7、d Shaofeng Wang;“Reactive Distillation Design for Mixtures with the Most Unfavorable Relative Volatilities,”AIChE Journal(submitted).第21页，此课件共25页哦总结总结本章介绍了工业过程的耦合设计与强化设计的基本概念与原理,前者能提高操作效率,而后者既能提高操作效率,又能降低投资成本。耦合设计与强化设计依赖于对过程的深刻认识与理解，需要高度的技巧。通过一个理想二元蒸馏塔,显示了进行耦合设计与强化设计的有效性。第22页，此课件共25页哦作业作业-1:根据下图,分析过程耦合与过程强化的可能性。CA,B,DABA,BDA+BC+D第23页，此课件共25页哦作业作业-2:试通过计算说明内部热耦合蒸馏塔节能的可能性。第24页，此课件共25页哦阅读文献阅读文献1.Smith,R.;Chemical Process Design,McGraw-Hill,New York(1995).2.M.M.El-Halwagi,Pollution Prevention through Process Integration(1st ed.),Academic Press,New York,USA(1997).第25页，此课件共25页哦