化工节能与过程热集成.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * 第三章 化工单元过程与设备的节能 塔顶气体经压缩升温升压后进入塔底再沸器，冷凝给热使釜液再沸，冷凝液经节流阀减压后一部分作为产品采出，另一部分作为回流。 气体直接压缩式： 第三章 化工单元过程与设备的节能 单独工质循环式： 高压气态工质在再沸器中冷凝给热后经节流阀减压降温，入塔顶冷凝器中吸热蒸发，形成低压气态工质返回压缩机压缩，开始新的循环。 第三章 化工单元过程与设备的节能 闪蒸再沸 以釜掖为工质 ；在塔压高时有利 第三章 化工单元过程与设备的节能 蒸汽喷射泵方式 优点： (1). 新增的设备只有蒸汽喷射泵，设备费低 (2). 蒸汽泵射泵没有转动部件，容易维修 (3). 发生喘振和阻流现象，但没有设备损坏的危险 适用场合： (1). 精馏塔塔底和塔顶的压差不大； (2). 减压精馏的真空度比较低 第三章 化工单元过程与设备的节能 蒸汽喷射泵方式 第三章 化工单元过程与设备的节能 塔顶蒸汽加压升温后，也可作为其他系统的热源。 第三章 化工单元过程与设备的节能 （5）热偶精馏 三元混合物A、B、C分离可用一个全塔和一个副塔代替两个完整的塔。 从全塔内引出一股液相物流直接作为副塔塔顶的液相回流。引出一股汽相物流直接作为副塔塔底的汽相回流，使副塔不使用冷凝器和再沸器，实现了热量的耦合，故称为热耦精馏。 第三章 化工单元过程与设备的节能 优点： 在热力学上是最理想的系统结构，可节省设备投资和能耗； 缺点： 主、副塔之间汽液分配难以保持设计值； 分离难度大的物系，操作灵敏度大，控制困难。 第三章 化工单元过程与设备的节能 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 化工节能与过程热集成 常州大学 石油化工学院 刘英杰第三章 化工单元过程与设备的节能 3. 3 精馏 精馏过程是一个不可逆过程，火用损失由下列不可逆引起： (1)流体流动阻力造成的压力降（压差）； (2)不同温度物流间的传热或不同温度物流的混合（温度差）； (3)相浓度不平衡物流间的传质或不同浓度物流的混合（浓度差或化学势差） 第三章 化工单元过程与设备的节能 以板式塔为例，从下面上升进入某块板的汽相温度比上面板上流下来的液相温度要高些，而易挥发组分的含量则低于与下降液相浓度相平衡的浓度，两股物料在温度和组成上均不平衡。在塔板上发生的热量和质量传递均是不可逆的，必然造成火用的损失，这是精馏塔内部火用损失的主要部分。 第三章 化工单元过程与设备的节能 这主要是由于化学位有差异而导致传质过程从而有效能损失。如图所示，在图中平衡线和操作线之间所夹面积表明了塔内传热传质的不可逆程度。因此，操作线越靠近平衡线，精馏过程不可逆损失越小，所需能量也越少，但理论板数会增加，设备投资增大。 第三章 化工单元过程与设备的节能 降低火用损：减小不可逆性，降低推动力 （压差、温差和浓度差） 精馏：需要推动力 适当推动力 第三章 化工单元过程与设备的节能 精馏塔的热量衡算 QS: 再沸器的加热量； QF: 料液带进的热量； QD: 塔顶产品带出的热量； QC: 塔顶冷凝器的冷却量； QW: 塔底产品带出的热量； 第三章 化工单元过程与设备的节能 3.3.1 不改变流程的节能技术 （1）预热进料 以较低温位的热能 代替再沸器要求的 高温位热能 第三章 化工单元过程与设备的节能 （2） 塔釜液余热的利用 塔釜液的显热变为潜热来利用 第三章 化工单元过程与设备的节能 第三章 化工单元过程与设备的节能 （3） 塔顶蒸汽余热的回收利用 直接热利用：产生低压蒸汽 余热制冷：采用吸收式制冷装置产生冷量 余热发电：用塔顶余热产生低压蒸汽驱动透平发电。 第三章 化工单元过程与设备的节能 第三章 化工单元过程与设备的节能 （4） 减小回流比 回流比减少，操作线上移靠近平衡线，火用损失小；因而热负荷小，但塔板数N↑,即设备费用加大； 回流比增加，能耗上升，塔板数减少； 在最小回流比下，过程仍存在不可逆性。 第三章 化工单元过程与设备的节能 最优回流比反应了设备费和操作费用的最佳权衡。 最优设计回流比为最小回流比的 1.2 – 2 倍； 最佳回流比与能源价格的关系 第三章 化工单元过程与设备的节能 对于已定的精馏塔和分离物系，R与产品纯度密切相关。为了确保得到纯度合格的产品，设计时都有一定的回流余量。余量越大，能耗越高。对于回流余量较大的精馏塔，在不降低产品质量等级的情况下，只要降低R，即可降低塔底再沸器的能耗。例如