《分离工程-第6章-分离过程及设备的效率与节能ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分离工程-第6章-分离过程及设备的效率与节能ppt课件.ppt（96页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人第第6 6章章 分离过程及设备分离过程及设备的效率与节能的效率与节能1烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人第六章第六章主要内容主要内容6.2分离过程的最小分离功分离过程的最小分离功6.3分离过程的节能分离过程的节能6.4分离过程系统合成分离过程系统合成本章小结本章小结6.1气液传质设备的效率气液传质设备的效率2烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病
2、人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人6.1气液传质设备的效率气液传质设备的效率1）理解、识记气液传质设备级效率的各种定义）理解、识记气液传质设备级效率的各种定义2）掌握影响级效率的因素和塔板上流动液相的）掌握影响级效率的因素和塔板上流动液相的三种混和类型三种混和类型3）掌握级效率计算方法中的机理模型方法）掌握级效率计算方法中的机理模型方法6.2分离过程的最小分离功分离过程的最小分离功1）理解分离过程的最小分离功定义）理解分离过程的最小分离功定义2）掌握多组分混合物的最小分离功、净功消耗、）掌握多组分混合物的最小分离功、净功消耗、热力学效率计算热力学效率计算本章要求本章要求3烧
3、伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人6.3分离过程的节能分离过程的节能1）理解分离过程热力学分析）理解分离过程热力学分析2）掌握节能的主要途径）掌握节能的主要途径3）识记有关分离操作的节能经验规则）识记有关分离操作的节能经验规则6.4分离过程系统合成分离过程系统合成1）理解离顺序数定义及计算公式）理解离顺序数定义及计算公式2）掌握分离过程系统合成三种方法）掌握分离过程系统合成三种方法3）掌握有序试探法中的四大规则）掌握有序试探法中的四大规则4烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积
4、烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人能源是发展工业的必要物质条件，据报导化学工能源是发展工业的必要物质条件，据报导化学工业是耗能较多的一个部门，我国化工能耗约占全业是耗能较多的一个部门，我国化工能耗约占全国能源消耗总量的国能源消耗总量的12.7%，折合标准煤为，折合标准煤为7848吨。吨。若以每万元产值能耗平均值计，为全国万元产值若以每万元产值能耗平均值计，为全国万元产值能耗平均值的能耗平均值的2.3倍。倍。化学工业中分离系统能耗更大，特别是精馏单元化学工业中分离系统能耗更大，特别是精馏单元操作，且余热量也大。据英、美等国统计，精馏操作，且余热量也大。据英、美等国统计，
5、精馏单元操作能耗约占全国能耗量的单元操作能耗约占全国能耗量的3%。发展化学工业，开创化学工业的新局面，节能问发展化学工业，开创化学工业的新局面，节能问题极为重要。确定具体混合物分离的最小能耗，题极为重要。确定具体混合物分离的最小能耗，了解影响能耗的因素，寻求接近此极限能耗的实了解影响能耗的因素，寻求接近此极限能耗的实际分离过程是很有意义的。际分离过程是很有意义的。5烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人6-1气液传质设备的效率气液传质设备的效率一、级效率的定义和影响因素一、级效率的定义和影响因素二、二、级效
6、率的计算方法级效率的计算方法三、气液传质设备的选择三、气液传质设备的选择6烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人6-1气液传质设备的效率气液传质设备的效率 为确定传质设备的高度，可通过多级平衡过为确定传质设备的高度，可通过多级平衡过程的计算，决定完成一定分离任务所需的程的计算，决定完成一定分离任务所需的理理论级数论级数 将其他因素的影响归于传质分离的将其他因素的影响归于传质分离的级效率级效率 板式塔板式塔:一种塔内浓度为一种塔内浓度为不连续不连续变化的逐板变化的逐板接触型设备，每一塔板就是一个传质交换级，接
7、触型设备，每一塔板就是一个传质交换级，并构成多级平衡过程的一个单元并构成多级平衡过程的一个单元 传质交换的两流体在一块塔板上接触后并不传质交换的两流体在一块塔板上接触后并不可能达到理论上的平衡状态，为表示板式塔可能达到理论上的平衡状态，为表示板式塔传质效率的大小，常用传质效率的大小，常用板效率板效率7烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 填料塔填料塔:一种塔内浓度为一种塔内浓度为连续变化连续变化的微分接触型设备的微分接触型设备 用相当于一个传质单元的高度，或一个理论用相当于一个传质单元的高度，或一个理论级
8、的填料高度来表示填料塔的传质效率，称级的填料高度来表示填料塔的传质效率，称之为之为传质单元高度传质单元高度或或理论板当量高度理论板当量高度 讨论传质分离的级效率，就是讨论影响板式讨论传质分离的级效率，就是讨论影响板式塔的板效率和填料塔的传质单元高度或理论塔的板效率和填料塔的传质单元高度或理论板当量高度的各个因素及其计算方法板当量高度的各个因素及其计算方法 8烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人塔型塔型板式塔板式塔填料塔填料塔条形条形方形方形圆形圆形泡罩塔泡罩塔筛板塔筛板塔浮阀浮阀浮舌浮舌筛板筛板泡罩泡罩填
9、料类型填料类型填料支撑填料支撑液体分液体分布装置布装置液体再液体再分布装置分布装置9烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人一、级效率的定义和影响因素一、级效率的定义和影响因素实际板和理论板的差异实际板和理论板的差异理论板（级）理论板（级）实际板（级）实际板（级）汽液两相完全混合，板上汽液两相完全混合，板上浓度均一，等于离开该板浓度均一，等于离开该板溢流液的浓度溢流液的浓度 离开板的汽液相浓度达到离开板的汽液相浓度达到平衡：平衡：传质量：传质量：均匀流动，各点停留时间均匀流动，各点停留时间相同相同无雾沫夹带、
10、漏液和液相无雾沫夹带、漏液和液相夹带汽相现象等夹带汽相现象等板上液相浓度径向分布，液板上液相浓度径向分布，液体入口处浓度高，进入的汽体入口处浓度高，进入的汽相各点浓度不相同相各点浓度不相同达到平衡要无限长时间达到平衡要无限长时间影响因素：平衡关系、塔板影响因素：平衡关系、塔板 结构，流动情况、物性结构，流动情况、物性不均匀流动，各点停留时间不均匀流动，各点停留时间有明显差异有明显差异雾沫夹带、漏液和液相夹带雾沫夹带、漏液和液相夹带汽相现象等汽相现象等10烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人级效率的定义级效
11、率的定义 1）全塔效率）全塔效率达到指定分离效果所需理论级数与实际级数达到指定分离效果所需理论级数与实际级数的比值，对板式塔又称为的比值，对板式塔又称为总板效率总板效率。全塔效率全塔效率:将影响传质过程的动力学因素全部归结将影响传质过程的动力学因素全部归结到总板效率内。到总板效率内。板式塔内各层塔板的传质效率并不相同，总板效板式塔内各层塔板的传质效率并不相同，总板效率简单地反映了整个塔内的平均传质效果。率简单地反映了整个塔内的平均传质效果。全塔效率很容易测定和使用，但若将全塔效率与全塔效率很容易测定和使用，但若将全塔效率与板上基本的传质、传热过程相关联，则相当困难板上基本的传质、传热过程相关联
12、，则相当困难11烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2）默费里）默费里(Murphree)板效率板效率（单板效率）（单板效率）指组分指组分i的气相或液相经过一层塔板前后的实际组成的气相或液相经过一层塔板前后的实际组成变化与经过该层塔板前后的理论组成变化的比值。变化与经过该层塔板前后的理论组成变化的比值。y*i,j 图图6-1板序号规定板序号规定也可液相浓度计算也可液相浓度计算且不同组分计算结果且不同组分计算结果不同（二元除外）不同（二元除外）但但12烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但
13、对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3）Murphree点效率点效率 塔板上的气液两相是错流接触的，实际上在塔板上的气液两相是错流接触的，实际上在液体的流动方向上，各点液体的浓度可能是变液体的流动方向上，各点液体的浓度可能是变化的。液体沿塔板流动的途径比板上的液层高化的。液体沿塔板流动的途径比板上的液层高度大很多，故在液流方向上比在气流方向上更度大很多，故在液流方向上比在气流方向上更难达到完全混合。若假定液体在垂直方向上是难达到完全混合。若假定液体在垂直方向上是完全混合的，则完全混合的，则13烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧
14、伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人4）传质单元高度）传质单元高度 NOG和和NOL分别为气相和液相总传质单元数分别为气相和液相总传质单元数HOG和和HOL分别为气相和液相的总传质单元的分别为气相和液相的总传质单元的填料层高度填料层高度kG，kL为气相、液相总传质系数；为气相、液相总传质系数；A为塔横截为塔横截面积；面积；a为填料的有效表面积为填料的有效表面积14烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人5）等板高度（）等板高度（HETP）一块理论板表示由一段填料上升的蒸气与自该段填一块理
15、论板表示由一段填料上升的蒸气与自该段填料下降的液体互成平衡，料下降的液体互成平衡，等板高度等板高度为相当于一个理为相当于一个理论板的分离程度所需的填料层高度论板的分离程度所需的填料层高度 等板高度越小，说明填料层的传质效率高，则完等板高度越小，说明填料层的传质效率高，则完成一定分离任务所需的填料层的总高度可降低。成一定分离任务所需的填料层的总高度可降低。HETP与填料的类型和尺寸、物性、操作条件、与填料的类型和尺寸、物性、操作条件、设备尺寸等因素有关设备尺寸等因素有关15烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病
16、人影响级效率的因素影响级效率的因素 1）点效率与传质间的关系）点效率与传质间的关系 16烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人双膜理论双膜理论17烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人影响级效率的因素影响级效率的因素 1）点效率与传质间的关系）点效率与传质间的关系 点效率点效率，P189（6-10）（6-11）式可经验求）式可经验求18烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮
17、肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人美国化工学会（美国化工学会（AIChE）对泡罩塔和筛）对泡罩塔和筛板塔提出了下列经验式：板塔提出了下列经验式：19烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2）液体混合情况对板效率的影响）液体混合情况对板效率的影响 点效率只反映塔板上局部位置的传质效果，为点效率只反映塔板上局部位置的传质效果，为了通过它来分析板效率的影响因素，还需找出板了通过它来分析板效率的影响因素，还需找出板效率与点效率的关系。效率与点效率的关系。如图如图6-2，对工业规模的筛板塔板上停留时间分，对工业
18、规模的筛板塔板上停留时间分布和流动形式的测定表明：沿塔板中心的液体流布和流动形式的测定表明：沿塔板中心的液体流速比靠壁处为快，而靠近塔壁处有反向流动和出速比靠壁处为快，而靠近塔壁处有反向流动和出现环流漩涡的趋势，并随流程的增长（塔径增大）现环流漩涡的趋势，并随流程的增长（塔径增大）变得更显著。液相在板上沿流动方向的混合程度变得更显著。液相在板上沿流动方向的混合程度影响板效率，按液相混合情况，可将流动分为三影响板效率，按液相混合情况，可将流动分为三种类型。种类型。20烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人板上
19、液体板上液体完全混合完全混合 板上液相各点浓度相同，并等于出板液相浓度。板上液相各点浓度相同，并等于出板液相浓度。各处点效率相等，并等于板效率。各处点效率相等，并等于板效率。塔板的气相板效率等于点效率塔板的气相板效率等于点效率21烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人液相液相完全不混合完全不混合活塞流活塞流 沿液流方向无任何返流，呈活塞流，此时浓度梯沿液流方向无任何返流，呈活塞流，此时浓度梯度最大度最大当当NOG一定时，液体混合一定时，液体混合作用减弱，使作用减弱，使EmV增大，增大，且且A越小，越小，Em
20、V越大越大22烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2)2)液体混合情况对板效率的影响液体混合情况对板效率的影响液体液体部分混合部分混合混合程度介于混合程度介于活塞流和完全活塞流和完全混合之间，常混合之间，常称为称为存在返混存在返混 23烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2)2)液体混合情况对板效率的影响液体混合情况对板效率的影响完全混合级效率等于点效率完全混合级效率等于点效率液相纵向不完全混合，使液相纵向不完全混合
21、，使EmV/EOG对对级效率起明显有利的影响级效率起明显有利的影响不均匀流动，环流会产生不利影响，不均匀流动，环流会产生不利影响，液相横向混合，能削弱这种影响，使液相横向混合，能削弱这种影响，使EmV/EOG随塔径增大，纵向不完全混合性的有随塔径增大，纵向不完全混合性的有利影响下降，不均匀流动趋于严重利影响下降，不均匀流动趋于严重24烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人液体部分混合液体部分混合AIChE完全混合完全混合 完全不混合完全不混合 25烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于
22、大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人液体部分混合液体部分混合图图6-5求求EMV/EOG值的图解线值的图解线26烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3）雾沫夹带雾沫夹带 两个相在传质交换后的分离，对塔设备就是两个相在传质交换后的分离，对塔设备就是气速较高时造成的气速较高时造成的雾沫夹带雾沫夹带 影响：影响：使重组分含量高的液体进入上层塔使重组分含量高的液体进入上层塔板，轻组分浓度下降板，轻组分浓度下降湿板效率湿板效率 e：单位液体流率的雾沫夹带量，对不同：单位液体流率的雾沫夹
23、带量，对不同的塔型，可用经验式估算的塔型，可用经验式估算eEa0.6m不受限制不受限制设备费用设备费用小塔：小塔：大大小小大塔：大塔：小小大大操作弹性：操作弹性：大大小小37烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3）塔的操作方式）塔的操作方式间歇精馏：填料塔（减少中间馏分的采间歇精馏：填料塔（减少中间馏分的采出）出）多股加料和侧线采出：板式塔（简便）多股加料和侧线采出：板式塔（简便）（2）填料的选择）填料的选择1）材质选择）材质选择陶瓷、金属、塑料陶瓷、金属、塑料考虑：价格、硬度、腐蚀性考虑：价格、硬度、腐
24、蚀性2）种类）种类考虑：效率、压力、表面积、操作弹性考虑：效率、压力、表面积、操作弹性38烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人6-2 分离过程的最小分离功分离过程的最小分离功一、分离的最小功一、分离的最小功二、二、非等温分离和有效能非等温分离和有效能（Exergy）三、三、净功和热力学效率净功和热力学效率 39烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 分离过程为什么要节能？分离过程为什么要节能？什么是分离过程的最小功？什
25、么是分离过程的最小功？分离过程的特征？分离过程的特征？据据热热力力学学基基本本原原理理可可知知，各各种种物物质质的的混混合合过过程程是是一一个个自自发发的的不不可可逆逆过过程程，若若将将一一个个均均相相混混合合物物，在在恒恒温温、恒恒压压下下分分离离成成各各个个不不同同组组成成的的产产物物时时，必必须须借借助助于于某某种种消消耗耗功功或或能能量装置。量装置。6-2 分离过程的最小分离功分离过程的最小分离功40烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人一、一、分离的最小功分离的最小功（1）定义）定义当分离过程完全
26、可逆时，分离消耗的功当分离过程完全可逆时，分离消耗的功完全可逆完全可逆体系内所有的变化过程必须是可逆的体系内所有的变化过程必须是可逆的体系只与温度为体系只与温度为T0（绝对温度）的环境进行可逆（绝对温度）的环境进行可逆的热交换的热交换 理想功是体系的状态变化以完全的可逆过程实理想功是体系的状态变化以完全的可逆过程实现时，理论上可能产生的最大功或必须消耗的现时，理论上可能产生的最大功或必须消耗的最小功，也就是分离的最小功。最小功，也就是分离的最小功。41烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人（1）定义定义物质
27、分离的难易程度，取决于待分离混合物和物质分离的难易程度，取决于待分离混合物和分离所得产物的组成分离所得产物的组成(xi，yi)、温度和压力、温度和压力42烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人（2）分离理想气体的混合物分离理想气体的混合物 理想气体混合物理想气体混合物 最小功与压力以及被分离组分最小功与压力以及被分离组分的相对挥发度无关的相对挥发度无关由混合物分离成纯组分由混合物分离成纯组分因为组成总是小于因为组成总是小于1的，故的，故Wmin必为正值。即等压等温地将混合必为正值。即等压等温地将混合物分离为
28、纯组分必须花费功。物分离为纯组分必须花费功。将等分子混合物等压等温地分离将等分子混合物等压等温地分离成两个纯组分时所需的功比分离其它浓度的混合物时要来得大成两个纯组分时所需的功比分离其它浓度的混合物时要来得大43烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人（3 3）分离低压的液体混合物）分离低压的液体混合物 分离成纯组分时所需最小功分离成纯组分时所需最小功 除温度外，最小功仅决定于进料组成和性质，由于物系除温度外，最小功仅决定于进料组成和性质，由于物系不同，不同，iF1为正偏差，所需功小，为正偏差，所需功小，iF
29、1为负偏差，所需为负偏差，所需功大，说明不同分子间吸引力大，物系难于分离。功大，说明不同分子间吸引力大，物系难于分离。44烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人二、非等温分离和有效能二、非等温分离和有效能（Exergy）若分离过程的产品温度与原料温度不同若分离过程的产品温度与原料温度不同时，分离过程所需的最小功，按物系在时，分离过程所需的最小功，按物系在分离过程中的分离过程中的有效能有效能的增量变化来表示的增量变化来表示 45烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健
30、康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人三、净功和热力学效率三、净功和热力学效率 净功净功离开系统的热量送入一个可逆热机所做功离开系统的热量送入一个可逆热机所做功与输入系统热量送入可逆热机所做功之差。与输入系统热量送入可逆热机所做功之差。46烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人热力学效率热力学效率 可逆过程消耗的最小功与实际过程的净功之比可逆过程消耗的最小功与实际过程的净功之比若分离过程是完全可逆的，热力学效率为若分离过程是完全可逆的，热力学效率为1.0实际过程为不可逆过程，故必定小于实际过程为不可逆
31、过程，故必定小于1.0例题例题6-2P19847烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人典型化工产品精馏比能耗典型化工产品精馏比能耗6-3分离过程的节能分离过程的节能组分组分比能耗比能耗kJkg-1组分组分比能耗比能耗kJkg-1原油精馏原油精馏乙烯和丙烯乙烯和丙烯丁二烯丁二烯乙二醇乙二醇乙醇乙醇448.93528.57329.26501.220952.6醋酸醋酸丙酮丙酮甘油甘油邻二甲苯邻二甲苯氧和氮氧和氮6710.55052.134587.614000.2367.548烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮
32、肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人对于已确定的分离任务对于已确定的分离任务,分离过程所需最小功是由分离过程所需最小功是由原料和产品的组成，温度和压力所决定的，若要提原料和产品的组成，温度和压力所决定的，若要提高该过程的热力学效率，只能采取如何高该过程的热力学效率，只能采取如何降低分离过降低分离过程的净耗功程的净耗功的措施来解决，也就是如何通过的措施来解决，也就是如何通过减少分减少分离过程的不可逆性离过程的不可逆性来提高其热力学效率。来提高其热力学效率。精馏过程热力学不可逆性精馏过程热力学不可逆性过程中存在压力梯度的动量传递过程中存在压力梯度
33、的动量传递过程中存在温度梯度的热量传递过程中存在温度梯度的热量传递存在浓度梯度下的传质传递存在浓度梯度下的传质传递存在不可逆化学反应存在不可逆化学反应49烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人精馏过程的不可逆性精馏过程的不可逆性1）流体流动）流体流动流体流动时有压力降，当塔板数较多流体流动时有压力降，当塔板数较多时，压力降也要加大，同时塔顶釜的时，压力降也要加大，同时塔顶釜的温差也会加大，亦即温差也会加大，亦即W净净增大增大措施：措施：增大塔径，降低板面液层厚度增大塔径，降低板面液层厚度,改变板式塔为高效低
34、压降填料塔改变板式塔为高效低压降填料塔 50烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2）传热）传热 一定温度梯度的热量传递一定温度梯度的热量传递因温差传热过程而引起的有效能损失为因温差传热过程而引起的有效能损失为措施：措施：使传热温差减小，则传热面积需增大使传热温差减小，则传热面积需增大 可换用高效换热器或改进操作方式，如热可换用高效换热器或改进操作方式，如热虹吸式再沸器或特制循环式塔换热器虹吸式再沸器或特制循环式塔换热器 不同温度物流的直接混合不同温度物流的直接混合 51烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康
35、皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3）传质）传质 通过一定浓度梯度的质量传递或不同通过一定浓度梯度的质量传递或不同化学位物流的直接混合化学位物流的直接混合即上升蒸汽与下流液体进行传质过程即上升蒸汽与下流液体进行传质过程时，两相浓度与平衡浓度的差别时，两相浓度与平衡浓度的差别化学位是传质的推动力，正是由于两相化学位是传质的推动力，正是由于两相间的化学位有差异，导致传质过程发生间的化学位有差异，导致传质过程发生有效能的损失有效能的损失 52烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们
36、想一想如何来治疗该病人节省精馏过程能耗的一些措施节省精馏过程能耗的一些措施 精馏是工业上应用最广的分离操作，消耗大量的能量，精馏是工业上应用最广的分离操作，消耗大量的能量，提高精馏的热力学效率，将带来显著的经济效益。提高精馏的热力学效率，将带来显著的经济效益。1）有效能的充分回收及利用）有效能的充分回收及利用采用加强设备的保温以及回收利用物流的部分采用加强设备的保温以及回收利用物流的部分显热或潜热等措施显热或潜热等措施2）减少过程的净耗功）减少过程的净耗功采用改变分离过程操作条件的方法来减少过程的采用改变分离过程操作条件的方法来减少过程的净耗功，如严格控制设计富裕度，选定最佳回流净耗功，如严格
37、控制设计富裕度，选定最佳回流比促使设备投资费与操作费降为最少比促使设备投资费与操作费降为最少53烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3）减少质量传递中的浓度梯度（）减少质量传递中的浓度梯度（）从二元系的图中可从二元系的图中可看出，若将操作线看出，若将操作线向平衡线靠近，即向平衡线靠近，即能减少传质推动力，能减少传质推动力，从而减少了精馏过从而减少了精馏过程的不可逆程度，程的不可逆程度，降低净功耗降低净功耗为此采用中间冷凝为此采用中间冷凝及中间再沸手段及中间再沸手段 54烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康
38、皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人采用中间冷凝及中间再沸手段采用中间冷凝及中间再沸手段将精馏塔上、下各分成几段。所用的中间冷凝及将精馏塔上、下各分成几段。所用的中间冷凝及中间再沸可采用不同级别的介质进行传热，又能中间再沸可采用不同级别的介质进行传热，又能充分回收过程的余热（显热和潜热充分回收过程的余热（显热和潜热)。必须指出，由于增设中间冷凝器及中间再沸器后，必须指出，由于增设中间冷凝器及中间再沸器后，分离过程的总设备投资费用有所增加，对具体实分离过程的总设备投资费用有所增加，对具体实例需要作必要的经济比较作最后选择。如大型乙例需要作必要
39、的经济比较作最后选择。如大型乙烯精馏塔，设计中若采用一个中间再沸器后，所烯精馏塔，设计中若采用一个中间再沸器后，所增加的设备投资费用一年之内即可回收，并且由增加的设备投资费用一年之内即可回收，并且由于利用了低温热源作介质，节能显著，优越性很于利用了低温热源作介质，节能显著，优越性很大。大。55烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3）减少质量传递中的浓度梯度（）减少质量传递中的浓度梯度（）56烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来
40、治疗该病人3）减少质量传递中的浓度梯度（）减少质量传递中的浓度梯度（）57烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人4）多效精馏多效精馏多效精馏原理类似于多效蒸发，利用若干压力多效精馏原理类似于多效蒸发，利用若干压力不同的精馏塔，按压力高低顺序进行组合，使相不同的精馏塔，按压力高低顺序进行组合，使相邻两塔之间将高压塔顶的蒸汽作为低压塔顶的再邻两塔之间将高压塔顶的蒸汽作为低压塔顶的再沸器的预热介质沸器的预热介质多效精馏比单效精馏可节省多效精馏比单效精馏可节省加热蒸汽的加热蒸汽的30%-50%58烧伤病人的治疗通常
41、是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人4 4）多效精馏）多效精馏流程的特点：分别将原料流程的特点：分别将原料进入两个塔内，以高压塔进入两个塔内，以高压塔顶蒸汽作为低压塔釜再沸顶蒸汽作为低压塔釜再沸器的加热剂，同时得两个器的加热剂，同时得两个塔釜产品及两个塔顶产品。塔釜产品及两个塔顶产品。以一个塔的塔釜加入热量以一个塔的塔釜加入热量（高压塔）来完成两个塔（高压塔）来完成两个塔的分离任务。并且更有效的分离任务。并且更有效的利用了热源与冷源之间的利用了热源与冷源之间的较大温度差。的较大温度差。并流型（并流型（低沸成分低沸成分高沸成
42、分高沸成分）59烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人流程（流程（b）的特点是单的特点是单位输入热量位输入热量是不能加热是不能加热两倍的料，两倍的料，但能改变精但能改变精馏过程的不馏过程的不可逆程度，可逆程度，有较良好的有较良好的效果。效果。混流型混流型60烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人5 5）热泵精馏）热泵精馏将温度较低的将温度较低的塔顶蒸汽经压塔顶蒸汽经压缩后作为塔底缩后作为塔底再沸器的热源再沸器的热源称为热
43、泵精馏。称为热泵精馏。消耗一定量的消耗一定量的机械功来提高机械功来提高低温蒸汽的能低温蒸汽的能位而加以利用位而加以利用 123461烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人例、某丙烯例、某丙烯-丙烷精馏塔按下表中条件操作。丙烷精馏塔按下表中条件操作。假设环境温度假设环境温度294K，进料为泡点液体，进料为泡点液体，塔顶冷凝器用温度为塔顶冷凝器用温度为305.4K的冷却水冷凝，的冷却水冷凝，其热负荷为其热负荷为32401526kJ/h，塔釜再沸器用温，塔釜再沸器用温度为度为377.6K的蒸汽加热，计算的蒸汽加热
44、，计算再沸器负再沸器负荷；荷；有效能变化；有效能变化；净功消耗；净功消耗；热力热力学效率。学效率。62烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人进进料，料，F塔塔顶顶，D塔釜，塔釜，WC3H6，kmol/h163.3157.625.68C3H8，kmol/h108.861.590107.27T，K325.5319.8330.8p，kPa20271930.32068.4H，kJ/kmol1740.3812793.93073.37S，kJ/kmol.K65.7974.6966.1063烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人
45、的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人解：计算基准为解：计算基准为1小时小时（1）物料衡算）物料衡算D=157.62+1.59=159.21kmol/hW=5.68+107.27=112.95kmol/hF=163.3+108.86=272.16kmol/h作全塔热量衡算作全塔热量衡算F.HF+QR=D.HD+W.HW+QCQR=159.2112793.9+112.953073.37+32401526-272.161740.38=34311918.14kJ/h64烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人
46、来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人65烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人6-4分离过程的分离过程的系统合成系统合成 一、多组分精馏分离流程方案数一、多组分精馏分离流程方案数二、安排分离流程的一些经验规则二、安排分离流程的一些经验规则 66烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人湖南与江苏两厂能耗对比结果湖南与江苏两厂能耗对比结果6-4分离过程的分离过程的系统合成系统合成 厂地厂地产品纯度产品纯度塔塔数
47、数合计合计总塔总塔高高m热耗热耗MJt-1冷耗冷耗MJt-1蒸汽蒸汽消耗消耗tt-1邻氯邻氯甲苯甲苯对氯对氯甲苯甲苯湖南湖南江苏江苏97%97%97%98%53134.893.452016465562225464709.5733.17167烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人一、多组分精馏分离流程方案数一、多组分精馏分离流程方案数1）简单精馏塔分离，简单）简单精馏塔分离，简单-清晰的分割清晰的分割只用简单塔将有只用简单塔将有c个组分所组成溶液分个组分所组成溶液分离成离成c个产品时，需要个产品时，需要c-1
48、个塔个塔 若为若为5组分，则组分，则Sc=14以精馏为例，若欲将一个多组分溶液分离成两个以以精馏为例，若欲将一个多组分溶液分离成两个以上的不同产品时，一般情况就不可能只用一个精馏上的不同产品时，一般情况就不可能只用一个精馏塔，此时就有一个选择塔序的问题。塔，此时就有一个选择塔序的问题。若为若为10组分，组分，Sc=4862 68烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2）多方法分离情况）多方法分离情况 应用只有普通情况的流程方案，并非是最经济的，应用只有普通情况的流程方案，并非是最经济的，应考虑进行选择；应考
49、虑进行选择；若考虑复杂塔或特殊精馏以及若考虑复杂塔或特殊精馏以及应用吸收，其总顺序为应用吸收，其总顺序为 T为所考虑的不同分离方法数为所考虑的不同分离方法数，若组分数为，若组分数为5则则若采用三种方法进行分离则若采用三种方法进行分离则可能的顺序数为只考虑简单塔的可能的顺序数为只考虑简单塔的81倍，如何从众多倍，如何从众多的流程方案中选出最经济的流程，一般应用经验规的流程方案中选出最经济的流程，一般应用经验规则，其依据是料液的性质（相对挥发度，热敏性，则，其依据是料液的性质（相对挥发度，热敏性，沸点等）沸点等）,以节省分离系统能量消耗和设备投资。以节省分离系统能量消耗和设备投资。69烧伤病人的治
50、疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3）多组分分离序列多组分分离序列 70烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3）多组分分离序列多组分分离序列 71烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3）多组分分离序列多组分分离序列 72烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗