第三章 节能分离过程 化工计算和 与软件应用课件.pptVIP

3.4.1 多效精馏 例3-5。甲醇~水溶液双效精馏。 ⑵ 顺流双效精馏。 由回流比1.57可算出C1塔顶汽相流率V=(R+1)D1=2.57×429.4=1103.6 kmol/h。 由D1 + D2 = 1000 kmol/h算出D2=1000-429.4=570.6 kmol/h。 把辅助双塔系统计算出的参数代入顺流双效精馏流程，运行结果表明比单塔精馏节省加热能量51.3%，另外还节省了C1塔塔顶冷凝水消耗。 3.4.2 热泵精馏 通过外加功将热量自低位传至高位的系统称为热泵系统。热泵是以消耗一定量的机械功为代价, 把低温位热能温度提高到可以被利用的程度。由于所获得可利用热量远远超过输入系统的能量, 因而可以节能。 热泵精馏的出发点是提高精馏过程中一部分能量的等级，用于自身的再沸器。热泵精馏尤其适用于低沸点物质的精馏，即塔顶气相需要用冷冻水或其他制冷剂冷凝的系统，通常不用于多组分精馏或相对挥发度较大的系统。 根据热泵所消耗的外界能量不同，热泵精馏分为蒸汽压缩式热泵精馏和吸收式热泵精馏。根据压缩机工质的不同，蒸汽压缩式热泵精馏又分为塔顶蒸汽直接压缩式、塔底液体闪蒸式和间接式三种类型，具体的流程结构如图3-73所示。 3.4.2 热泵精馏 （a）塔顶气体压缩式 （b）塔底液体闪蒸式 （c）间接式蒸汽压缩 南京工业大学 包宗宏 化工计算与软件应用 第三章 节能分离过程 化工过程是一个技术密集、资金密集型的行业，也是耗能大户。我国炼油、化工等过程工业的能耗占全国总能耗的一半左右，如何提高过程工业能源的利用率已经成为影响国民经济发展的重要因素。 目前全球能源日趋紧张，我国更是一个能源匮乏的国家，原油的对外依存度超过50%，节能减排已成为我国的基本国策。在化工设计过程中，采用新技术精心设计，从化工生产的源头上节能降耗，是每一个化工设计人员义不容辞的责任。 在化工生产流程中，分离过程是能耗比重最大的部分。所有的分离过程都需要以热和(或)功的形式加入能量，其费用与设备折旧费相比占首要地位，是生产操作费用的主要部分。 因此，在化工设计过程中，应该优先选用节能的分离方法。 3.1.1 冷热流体换热 在化工流程中，从原料到产品的整个生产过程，始终伴随着能量的供应、转换、利用、回收、生产、排弃等环节。 例如，进料需要加热，产品需要冷却，冷、热流体之间换热构成了热回收换热系统。 加热不足的部分就必须消耗热公用工程提供的燃料或蒸汽，冷却不足的部分就必须消耗冷公用工程提供的冷却水、冷却空气或冷量；泵和压缩机的运行需要消耗电力或由蒸汽透平直接驱动等。 若能巧妙地安排流程中的冷热流体相互换热，则可减少外部公用工程的消耗，以降低操作成本。 3.1 流体换热与热集成网络 3.1.1 冷热流体换热 例3-1．乙醇与苯双塔双压精馏系统内冷热流体换热。 在例2-19中，设计了一个双塔双压精馏分离乙醇与苯共沸物的流程: 系统加热设备的热负荷汇总值是3008.2 kw，系统冷却设备的热负荷汇总值是3097.5 kw。 3.1.1 冷热流体换热 例3-1解。可以把这两股冷热流体换热，如图。但在设计这一换热流程时，应该考虑换热器热端温差、冷端温差的限制。 加热热负荷2683.5 kw，冷却热负荷2772.9 kw。与图2-139流程比较，节省加热热负荷324.7 kw，节省冷却热负荷324.6 kw。 3.1.2热集成网络分析 3.1.1节对双塔双压精馏分离乙醇与苯共沸物流程的节能模拟计算是基于直观的观察，若想获得更全面的节能方案，可以用Aspen的能量分析器软件（Aspen Energy Analyzer）进行热集成网络分析，寻找可能的节能流程。 热集成网络的分析与合成，本质上是设计一个由热交换器组成的换热网络，使系统中所有需要加热和冷却的物流都达到工艺流程所规定的出口温度，使得基于热集成网络运行费用与换热设备投资费用的系统总费用最小。 3.1.2热集成网络分析 Aspen能量分析器软件采用过程系统最优化的方法进行过程热集成的设计，其核心是窄点技术。 它主要是对过程系统的整体进行优化设计，包括冷热物流之间的恰当匹配、冷热公用工程的类型和能级选择；加热器、冷却器及系统中的一些设备如分离器、蒸发器等设备在网络中的合适放置位置；节能、投资和可操作性的三维权衡； 最终的优化目标是总年度运行费用与设备投资费用之和（总年度费用目标）最小，同时兼顾过程系统的安全性、可操作性、对不同工况的适应性和对环境的影响等非定量的过程目标。 3.1.2热集成网络分析 例3-2. 乙醇与苯双塔双压精馏系统的热集成网络分析。 用Aspen能量分析器软件对例2-19进行热集成网络分析，寻找更佳的节