分离工程-6

（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程分离工程SeparationEngineering乔迁QQ:1983481611（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程分离工程第1章绪论第2章单级平衡过程第3章多组分多级分离过程分析与简捷计算第4章多组分多级分离的严格计算第5章分离设备的处理能力和效率第6章分离过程的节能第7章其它分离技术和分离工程的选择（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程第6章分离过程的节能（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程混合过程为不可逆过程，其逆过程（分离过程）耗能。学习本章意义：1确定完成一个分离过程所需理论最小能量；2确定接近此能量极限的实际过程，或减小使用昂贵能量的实际过程。（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程6.1分离的最小功和热力学效率6.2精馏的节能技术6.3分离顺序的选择第6章分离过程的节能（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程6.1分离的最小功和热力学效率6.1.1等温分离最小功6.1.2非等温分离和有效能6.1.3净功消耗和热力学效率（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程热力学第二定律：完成同一变化的任何可逆过程所需功相等。6.1.1等温分离最小功1,1,,1HiznmHmizmn,,,1,1,,1mHmizmn2,2,,2HiznWQ连续稳定分离系统：进出系统物流变量：n，zi，H，S，Q系统对环境作功：W（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程）（按热力学第一定律：出进（能量守恒）16WHnQHnkkjj）（自由焓定义：进出56min,jjkkTGnGnGWTSHG）（即：STHWTmin,][1626min,jjkkjjkkTSnSnTHnHnW进出进出）：）代入（将（）（设等温可逆过程：进出26][jjkkSnSnTQ（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程）（96])ln)ln[86ˆ,,,,min,jijijkikikTiiiiyynyynRTWPyfyz（（）：代入（进出6.1.1.1分离理想气体混合物])ˆln)ˆln[ˆlnˆln,,,,min,00jijijkikikTiiiiiifznfznRTWffRTzG（（）（混合物的自由焓：进出)86(例6-1；（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程6.1.1.2分离低压下液体混合物）（（（）：代入（进出116)]ln[])ln[86ˆ,,,,,,min,0jijijijkikikikTLiiiixxnxxnRTWfxf）（）（）（分：二元混合物分离成纯组126]lnln[,,,,,,min,FBFBFBFAFAFAFTxxxxnRTW例6-2（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程传热速率：进，出TjjkkWHnHnQmin负，过程为放热负偏差溶液：过剩焓为正，过程为吸热正偏差溶液：过剩焓为：过剩焓变化进出EjjEkkHnHn进出，）（非理想溶液：EjjEkkTHnHnWQmin◆TWQH，压力下进入和离开在环境温度和接近环境）。（故：焓变也为理想溶液液相混合物：min00◆TPTWQH，热为下进入和离开，且混合、物料在相同的）。（故：焓变为理想气体：min000◆（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程6.1.2非等温分离和有效能：过程对环境所作的功的热源向过程传递热量：从温度为）（进出SSjjkkWTQWQHnHn156）（）（）（）（）合并：）后与（乘（用产生进出176115616600000SjjjkkkWQTTSTSTHnSTHnT河水温度）（规定：海洋、大气、环境温度—设0T熵平衡：变：不可逆过程引起的熵）（产生进产生出SSTQSnSnkkjj1660（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程）（）（）代入（有效能定义：产生进出1861176000SjjkkWQTTSTBnBnSTHB非等温不可逆过程）分离净(BW）（净功消耗：产生分离产生进出净20600STBSTBnBnWWWjjkkSC—环境、热源温度—，—热量；—环境传热所作功）的热源向（温度为）（等当功：由卡诺循环，可逆热机TTQTTCTTQW0001分离过程有效能变化（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（可逆过程）分离净分离的热库交换。—过程的热量与温度为—）（有效能定义：STHBWWTSTHBWSTHBTT00min,000min,0226）产生（分离净非等温可逆过程：0SBW式（6-20），（6-22）中：)246()ln()236(,,,,,FFiiiFTiPiFiiFTiPiFiPxPRdTTTCxSdTTCxH（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程等温分离最小功分离理想气体混合物二元理想气体混合物分成纯组分总结：（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程)]ln()ln([min,BFBFBFAFAFAFFTxxxxRTnW进出，）（非理想溶液：EjjEkkTHnHnWQmin分离低压下液体混合物二元液体混合物分离成纯组分液体（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程非等温分离：系统的净功（总功）：过程可逆时，可得最小分离功：（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程6.1.3净功消耗和热力学效率通常，分离过程所需的能量多半是以热能形式而不是以功的形式提供的。一般以W净计算能量：净功消耗：—W净=W入—W出一般分离过程：原料产物QCQRTCTR）（）（可逆热机功：出入CCCRRRTTTQWTTTQW00（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程）（）（）（过程消耗的净功：出入净25600CCCRRRTTTQTTTQWWW1净分离率：定义分离过程热力学效WB分离净产生分离净有：）：由（BWSTBW0206QQQCR有：料的焓差别极小，分离过程产生的焓与原）为：（256)266(0110）（净RCTTQTW非等温可逆过程为1。（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程T0=294K)/(79.65/38.1740/16.2722027,2.325KkmolkJFSkmolkJFHhkmolkPaK)/(10.66/37.3073/95.1124.2068,8.330KkmolkJWSkmolkJWHhkmolkPaK)/(69.74/9.12793/21.1595.1930,8.319KkmolkJDSkmolkJDHhkmolkPaKQC=32401526kJ/h例6-3某丙烯-丙烷精馏塔按附图条件操作，环境温度为294K，计算其热力学效率。（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程净分离WB解：计算基准：1小时热力学效率η有效能变化和净功消耗再沸器负荷（冷凝器负荷给定）（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程由图得：D=159.21kmol/hW=112.95kmol/hF=272.16kmol/h全塔热量衡算：QR=34311918.14kJ/h（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程进出分离已知hkJBnBnBkmolkJSTHBkmokJSTHBkmolkJSTHBKTjjkkFFFWWWDDD/1483509/88.17601/03.16360/96.91642940000hkJTTQTTQWWWCCRR/3.63871131100）（）（出入净%23.23净分离WB（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程6.2精馏的节能技术6.2.1精馏过程的热力学不可逆性分析6.2.2多效精馏6.2.3低温精馏的热泵6.2.4设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程6.2.1精馏过程的热力学不可逆性分析1净分离WB即：使过程尽量接近可逆过程）分离净（非等温可逆过程：BW，使若净W●—不可改变—、组成有关、与分离PTSTHB0●热力学不可逆性：1.通过一定压力梯度动量传递2.通过一定温度梯度热量传递3.通过一定浓度梯度质量传递（或不同化学位物流直接混合）（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程使净功降低的方法：降低压差减少温差减少浓度与平衡浓度差1）塔设备若N越多，使△P↑，不可逆性越大可使：气速↓，液层高度↓；使△P↓但是：气速↓，生产能力不变时D↑，投资费↑液层高度↓，板效率↓改进方式：1.选择合适的塔径、液层高度2.改板式塔为高效填料塔（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程2）再沸器、冷凝器若传热温差小，不可逆性减小但是：传热面积↑，设备费用↑改进方式：1.采用高效换热器2.改进操作方式3）传热推动力、传质推动力精馏操作：Ln+1，Vn-1进入n板，对Vn，Ln在n板温度和浓度相互不平衡（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程改进方式：1.传热推动力△T=（Tn-1—Tn）↓2.传质推动力△y=（KnXn,i—yn-1,i）↓即：y-x图中，操作线向平衡线靠近△T↓△y↓RRmyAXAXAyAR=RmN=∞换热器∞台塔径：中间大，两头小XAyA可逆精馏操作线与平衡线重合XAyA分段精馏增加两个换热器（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程6.2.2多效精馏多效精馏：能量减少30—40%图6-7：多效精馏塔的基本方式特点：高压塔气相采出是低压塔塔釜的热源；用一倍的热处理两倍之多进料。（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程(a)分别进料(b)低压塔产物进高压塔（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程(C)产物前馈进料（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程%35643.0/1019.9/1043.167节能约单双双单QQhkJQhkJQ（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程6.2.3低温精馏的热泵用于：组分沸点差较小的低温精馏采用：膨涨阀、压缩机三种：1.外部制冷剂图6-92.压缩塔顶蒸汽图6-103.用再沸器气体闪蒸图6-11表6-1低温下丙烯—丙烷分离的热力学效率和公用费用（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程（2015-2016第2学年)吉林大学珠海学院分离工程6.2.4设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏1.使操作向可逆精馏方向趋近2.采用中等温度的再沸器和冷凝器图6-12