化工节能原理与技术(3)

1、化工节能减排技术 孙晓岩孙晓岩青岛科技大学青岛科技大学 化工学院化工学院过程系统工程研究所过程系统工程研究所第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能TTpvel/0第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能流体机械是系统的一部分，流体机械和系统之间要匹配良好！流体机械是系统的一部分，流体机械和系统之间要匹配良好！第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能QnnQ)/( HnnH2)

2、/( NnnN3)/( 第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能PH THPL TLHLdHdHQ)(01LHdSdSTdE)/()/()(01LLLHHHLHLHTdpVTdpVTTQTTTdE火用损失火用损失第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能)/()/()(01LLLHHHLHLHTdpVTdpVTTQTTTdEQTTTTTdELHLH)/()(01忽略流体压降忽略流体压降第第 3 3 章章 化

3、工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能)(2111ttkq)/(1)2/()/ln()2/()/ln()2/()/ln()/(1/132231201011ddddddddk护保12.2586.412散热损失：kJ/(m.h)第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能)(21ttkqpp21/1/1/1保保壁pk第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能生蒸汽和二次蒸汽区别在于温位，原因：生蒸汽和二次蒸汽区别在于温位，原因：（1）传热需要推动力，所以气化温度低）传热需要推动力，所以气化温度低于加热蒸汽温度；于加热蒸汽温度；（2）在一定压

4、力下，溶质的存在导致溶）在一定压力下，溶质的存在导致溶液沸点升高。液沸点升高。第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能1111tAKQ2222tAKQ3333tAKQ333222111321tAKtAKtAKQQQQTtKAtttKAQ)(321TtKAQ三效蒸发器单效蒸发器第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工

5、单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能DW 11112EDEWW21223EEDEWW2132123EEDWWWW3/3/23/21EEWDnEnEnnEnnWDn/./)2(/) 1(/121推广至 n 效第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能ENWrPER/第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过

6、程与设备的节能化工单元过程与设备的节能)(12hhWNcshhhh/ )1212（32)hWWhWWh（加热蒸汽变饱和蒸汽所注入水量第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能)1/(umD喷射泵的高压工作蒸汽量1)/()(765. 05432hhhhu第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能211Dhhmmh)/()(1221hhmhhm第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第

7、第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能WCDFSQQQQQ第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能设计要点设计要点：（：（1）选择精馏塔操作压力；（）选择精馏塔操作压力；（2）回收的是低压蒸汽，适当加以利用）回收的是低压蒸汽，适当加以利用（3）选择适合于所利用蒸汽压力特性

8、的蒸汽喷射泵）选择适合于所利用蒸汽压力特性的蒸汽喷射泵第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第

9、第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能t t 1,31,3= 21.9 , t = 21.9 , t 2,32,3 4 4 第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的

10、节能化工单元过程与设备的节能以下）；适用于塔压高，并且少一个换热器，设备投资少适用于塔压高，并且少一个换热器，设备投资少第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能DLR/第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能特点特点:（1）：进料处操作线斜率不变，总冷热负荷不变。但第二蒸

11、馏釜可使）：进料处操作线斜率不变，总冷热负荷不变。但第二蒸馏釜可使用较低温度热源，第二冷凝器可在较高温度下排出热量；用较低温度热源，第二冷凝器可在较高温度下排出热量；（2）存在理论上的极限，每一层都设置中间再沸或中间冷凝，过程可）存在理论上的极限，每一层都设置中间再沸或中间冷凝，过程可逆逆（3）增设条件：不同品质的热源或冷源）增设条件：不同品质的热源或冷源（4）与常规塔相比，塔两端汽液流量减小，缩小相应塔径）与常规塔相比，塔两端汽液流量减小，缩小相应塔径常减压装置流程图常减压装置流程图第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能特点：特点：（1）两段进料复杂塔，操作线接

12、近平衡线，不可逆损失降低，热能两段进料复杂塔，操作线接近平衡线，不可逆损失降低，热能消耗降低；消耗降低；（2）但是回流比减小，所需塔板数增加）但是回流比减小，所需塔板数增加思考：为什么混合后需要热能增加？思考：为什么混合后需要热能增加？ 例：采用一个常规塔将F1(A,B)分离成A,B两组分，另一个常规塔将F2(B,C)分离成B,C两组分，如果两个精馏塔的处理量和内部回流不差别不大，就可以采用下图所示精馏工艺取而代之。不过这种情况是以塔内相对挥发度顺序不变为前提，并应按沸点由低到高的次序自上而下进料。存在问题：存在问题：（1）难以设定与原料组成变动等外部因素相对应的最适宜侧线出料）难以设定与原料

13、组成变动等外部因素相对应的最适宜侧线出料量，故保持侧线出料量一定，这样精馏塔分离技能就不能充分得到量，故保持侧线出料量一定，这样精馏塔分离技能就不能充分得到利用；利用；（2）增加侧线出料，但操作变量没有增加，只能对几个组分中的一）增加侧线出料，但操作变量没有增加，只能对几个组分中的一个组分进行质量控制。个组分进行质量控制。 进一步，如果分离A,B和C,D 的两个精馏塔的内部回流比大致相同，而B-C的相对挥发度比A-B及C-D间的相对挥发度大的话，也可以考虑下面的工艺：常减压装置流程图常减压装置流程图特点特点：热偶精馏在热力学上是最理想的系统结构，既可节省设备投资，热偶精馏在热力学上是最理想的系

14、统结构，既可节省设备投资，又可以节省能耗。比两个常规精馏节能又可以节省能耗。比两个常规精馏节能20%-40%。几十年来，热偶精馏并没有在工业上得到广泛应用，原因：几十年来，热偶精馏并没有在工业上得到广泛应用，原因： （1）主副塔之间汽液分配难以在操作时保持设计值；）主副塔之间汽液分配难以在操作时保持设计值； （2）分离难度越大，其对汽液分配偏的灵敏度越大，操作难以稳定。）分离难度越大，其对汽液分配偏的灵敏度越大，操作难以稳定。注意湿度的变化，湿度决定了循环量注意湿度的变化，湿度决定了循环量气气-气换热传热系数较小，近年来使用热管换热器取得良好效果。气换热传热系数较小，近年来使用热管换热器取得良

15、好效果。图图2.1 2.1 热管示意图热管示意图1管壳；管壳；2管芯；管芯；3蒸汽腔；蒸汽腔；4工作液工作液 热管换热器热管换热器Montedison三段转化流程三段转化流程BUSS 喷射反应器喷射反应器（1）反应与反应组合（2）反应精馏（3）膜反应器第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能第第 3 3 章章 化工单元过程与设备的节能化工单元过程与设备的节能a=22.0 mm, b=1.25mm, c=3.0mm, d=2.5mm, e=1.0mm CH4+H2O=CO+3H2H1 = +206.1kJmol-1CO+H2O=CO2+H2H2 = -41.0kJmol-1CH4+2H2O=CO2+4H2H3 = +164.0kJmol-1甲烷蒸汽重整：甲烷蒸汽重整：催化燃烧催化燃烧 蒸汽重整蒸汽重整 CH4+2O2 = CO2+2H2OH4 = -200.0kJmol-1甲烷催化燃烧甲烷催化燃烧:Stainless steel第第