第7章分离过程的节能优化与集成.ppt

传 质 分 离 过 程 第七章 分离过程的节能优化与集成 主要内容及要求： 学习并掌握分离过程的最小功和热力学效率，了解精馏的节能技术，分离方法选择的一般原则，分离序列的确定方法及分离过程的集成。 第七章 分离过程的节能优化与集成 7.1 分离过程的最小功和热力学效率 7.2 精馏的节能技术 7.3 分离流程的优化 7.4 分离流程的集成 7.1 分离过程的最小功和热力学效率Minimum Work and Thermodynamic Efficiency 7.3 分离流程的优化Separation Process Optimization 7.4 分离流程的集成Separation Process Integration 不同的流程往往有各自不同的优缺点，这些优缺点因不同情况而异，因此，分离方案的取舍不仅取决于每个塔系本身能耗的高低，而且还取决于不同分离流程所引起的其他工艺部分能耗的变化。分离流程的最终确定必须结合过程特点对全系统进行分析和计算，得到全面而正确的结论。 Note： 一、调优合成法 Optimization Method 以某个初始的流程为基础，经过一系列修正而合成接近最优系统的方法。 具体步骤： ① 利用已有流程或根据探试规则确定初步流程； ② 根据调优规则开发当前流程所允许的结构变化； ③ 对得到的各种结构变化进行分析，确定替代方 案，并选择其中最优的方案作为改进方案； ④ 以改进的方案为基础，再进行分析，作进一步 的改进，如此反复进行直到不再改动为止。 ① 有效性： 根据调优规则所产生的所有分离序列都 应当是可行的； 调优规则，应当具有下列特性： ② 完备性： 从任意初始流程开始，反复应用调优规则 能产生所有可能的流程； ③ 直观合理性： 根据调优规则所产生的流程与当前进行 调优的流程没有显著的区别。 规则1： 将一个分离任务移至所在分离序列的前一个位置。 两条常用的调优规则: 规则2： 改变一个分离任务的分离方法。 调优的速度和质量在很大程度上依赖于设计人员的素质和经验。 选择适宜的最优的分离方法时应考虑： Summary （1）可行性 （2）产品的价值 （3）产品的损坏 （4）过程的优缺点 （5）分子性质 （6）经验 在分离方法和设备选定后，操作中的波动和应对措施也是非常重要的。 7.4.1 反应精馏 Reactive Distillation7.4.2-1 精馏与萃取的集成7.4.2-2 精馏与膜分离过程的集成 化学吸收 化学萃取 反应精馏 膜反应器 控制释放 膜生物传感器 分离过程与反应过程的耦合 共沸精馏－萃取 共沸精馏－萃取精馏 渗透蒸发－精馏 渗透蒸发－吸附 渗透蒸发－吸收 蒸汽渗透－精馏 分离过程与分离过程的耦合 7.4.1 反应精馏Reactive Distillation 7.4.1 反应精馏 在反应同时，用精馏方法分离产物的过程。 类型： （1）利用精馏促进反应； （2）通过反应来促进精馏分离。 催化精馏： 如果反应是在固体催化剂上进行，将催化剂填充于精馏塔中，它既起加速反应的催化作用，又作为填料起分离作用，这种反应精馏称为催化反应精馏或催化精馏。 5. Presence of undesirable reactions at column temperatures. Distillation Factors which limit distillation separation efficiency (i) Thermally unstable components in the feed can undergo reactions leading to significant product loss or formation of byproducts difficult to separate; (ii) Column fouling rates may be high due to production of solid precipitates or polymers; (iii) Corrosion may necessitate use of rare metals of construction; (iv) Explosion hazards when feeds contain unstable materials causing free-radical reactions. 精馏是一个使用能量分离