化工节能原理与技术3

化工节能原理与技术北京化工大学2014.3（春季学期）1第2章节能的热力学2.4能量的火用计算2.4.6化学反应的最大有用功

稳定流动系统化学反应结论：可逆定温系统作出的最大反应有用功等于系统自由焓的减少。最大反应有用功是状态参数2第2章节能的热力学2.6装置的火用效率和火用损失系数火用效率火用效率反映了实际过程接近理想过程的程度，从能量的质来评价过程的优劣。例2-11试导出电热水器热效率与火用效率的数学表达式。设热水器绝热良好，通过器壁向环境散失的热量为0。并求当t1=t0=25℃Δt=50℃时的热效率和火用效率。

3第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.1流体流动降低火用损失采取的途径解决好能耗减少与投资增大的矛盾4第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.2流体机械提高流体机械本身的性能在流体机械的运行方面，提高节能潜力3.1.2.1选用合适的流体机械5第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.2流体机械3.1.2.1选用合适的流体机械6第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.2流体机械3.1.2.2选用合适的流量改变管路特性曲线：通过调节阀门的开度实现改变离心泵特性曲线：改变转速、切削叶轮直径以及采用泵的串联或并联7第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.2流体机械3.1.2.2选用合适的流量8第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.2流体机械3.1.2.2选用合适的流量改变管路特性曲线：通过调节阀门的开度实现改变离心泵特性曲线：改变转速、切削叶轮直径以及采用泵的串联或并联推荐的流量调节方式：（1）变频装置：负荷变化频繁且负荷变化大（2）采用不同的泵：调节幅度大、时间长（3）阀门调节：负荷变化频繁但负荷变化不大9第3章化工单元过程与设备的节能3.2换热3.2.1换热过程PHTHPLTL10第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.2换换热3.2.1换换热热过程程温差传传热引引起的的火用损损失：：采用用逆流流换热热、增增大传传热面面积、、强化化传热热以提提高传热热系数数。流动阻阻力引引起的的火用损损失作业：：如何何减少少温差差传热热；如如何减减少流流动阻阻力；；从这这两方方面，，总结结出减减少火用损损失的的措施施11第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.2换换热3.2.2设设备备和管管道的的保温温（1））管道道12第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.2换换热3.2.2设设备备和管管道的的保温温（2））平面面壁13第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发蒸发的的目的的（1））获得得浓缩缩的溶溶液（2））脱除除溶剂剂，后后续结结晶（3））脱除除溶剂剂中的的杂质质一侧为为蒸汽汽冷凝凝，一一侧为为液体体沸腾腾生蒸汽汽（或或加热热蒸汽汽）：：作为为热源源的水水蒸汽汽二次蒸蒸汽：：蒸发发产生生的蒸蒸汽14第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发3.3.1多多效蒸蒸发多效蒸蒸发的的原理理每一个个蒸发发器称称为一一效，，提高高了生生蒸汽汽的利利用率率W:蒸蒸发出出的水水量D:加加热蒸蒸汽（（生蒸蒸汽））用量量15第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发3.3.1多多效蒸蒸发多效蒸蒸发的的原理理每一个个蒸发发器称称为一一效，，提高高了生生蒸汽汽的利利用率率16第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发3.3.1多多效蒸蒸发多效蒸蒸发的的生蒸蒸汽利利用率率的提提高是是以降降低其其生产产强度度为代代价获获得的的。生产强强度：：通过过单位位传热热面的的传热热速率率表示示三效蒸蒸发器器单效蒸蒸发器器17第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发3.3.1多多效蒸蒸发多效蒸蒸发的的生蒸蒸汽利利用率率的提提高是是以降降低其其生产产强度度为代代价获获得的的。生产强强度：：通过过单位位传热热面的的传热热速率率表示示ΔtT:第第一效效加热热蒸汽汽的温温度-末末效效蒸发发室压压力下下蒸汽汽的饱饱和温温度有效温温度差差：生生蒸汽汽温度度––溶溶液沸沸点（（单单效））温度差差损失失：溶溶液沸沸点（（过热热蒸汽汽）-饱饱和和蒸汽汽温度度（（单效效）18第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发3.3.1多多效蒸蒸发多效蒸蒸发的的生蒸蒸汽利利用率率的提提高是是以降降低其其生产产强度度为代代价获获得的的。（1））并流流加料料19第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发3.3.1多多效蒸蒸发多效蒸蒸发的的生蒸蒸汽利利用率率的提提高是是以降降低其其生产产强度度为代代价获获得的的。（2））逆流流加料料20第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发3.3.1多多效蒸蒸发多效蒸蒸发的的生蒸蒸汽利利用率率的提提高是是以降降低其其生产产强度度为代代价获获得的的。（3））错流流加料料；；（（4））平流流加料料21第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发3.3.2额额外蒸蒸汽的的引出出额外蒸蒸汽的的效数数越往往后移移，生生蒸汽汽的利利用率率越高高。22第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发3.3.2额额外蒸蒸汽的的引出出额外蒸蒸汽的的效数数越往往后移移，生生蒸汽汽的利利用率率越高高。推广至至n效23第3章章化化工工单元元过程程与设设备的的节能能3.3蒸蒸发3.3.3二二次蒸蒸汽的的再压压缩机械压压缩蒸汽动动力压压缩3.3.3.1机机械压压缩比较不不同能能源为为动力力的系系统时时，采采用一一次能能源利利用系系数。。24第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.3蒸蒸发3.3.3二二次蒸汽的的再压缩3.3.3.1机械压压缩经优化设计的的机械压缩式式热泵蒸发，，其一次能源源利用率高于于八效蒸发。。25第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.3蒸蒸发3.3.3二二次蒸汽的的再压缩3.3.3.1机械压压缩电热比价和压压缩机的压比比是决定经济济效益的关键键因素；根据总费用最最小来确定蒸蒸发器的最佳佳传热温差；；经优化设计的的机械压缩式式热泵蒸发系系统，其年度度总成本介于于三效到四效效之间；压缩机所需压压缩功的计算算式为：加热蒸汽变饱饱和蒸汽所注注入水量26第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.3蒸蒸发3.3.3二二次蒸汽的的再压缩3.3.3.2蒸汽动动力压缩与机械压缩式式相比，蒸汽汽动力式的能能量利用率较较低，节能率率介于二效和和三效之间，经济济效益也介于于二效和三效效之间。27第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.3蒸蒸发3.3.3二二次蒸汽的的再压缩3.3.3.2蒸汽动动力压缩喷射系数：单单位工作蒸汽汽所能引射的的二次蒸汽量量h2:喷射泵工工作蒸汽的焓焓；h3:喷射泵喷喷嘴出口蒸汽汽的焓；h4:喷射泵扩扩压管出口混混合蒸汽的理理论焓；h5:喷射泵扩扩压管入口混混合蒸汽的实实际焓；喷射泵的高压压工作蒸汽量量28第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.3蒸蒸发3.3.3二二次蒸汽的的再压缩3.3.3.2蒸汽动动力压缩喷射泵的热量量衡算：h:喷射泵出出口处混合蒸蒸汽的实际焓焓；h1:二次蒸汽汽的焓；h2:喷射泵工工作蒸汽的焓焓；m:被引射的的二次蒸汽量量作业：如何提提高m,从而提高能能量利用率?29第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.3蒸蒸发3.3.3二二次蒸汽的的再压缩3.3.3.2蒸汽动动力压缩采用多效蒸发发提高能量利利用率喷射泵起到增增加一效的作作用30第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.3蒸蒸发3.3.3二二次蒸汽的的再压缩3.3.3.2蒸汽动动力压缩并列组合式热热泵蒸发工艺艺思考：画出完完整的并列组组合式热泵蒸蒸发工艺示意意图31第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.3蒸蒸发3.3.4冷冷凝水热量量的利用直接利用冷凝凝液显热来预预热料液，也也可采用自蒸蒸发方式回收收潜热。32第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.4精精馏精馏是分离互互溶液体混合合物的最常用用方法，分离离依据是各组组分挥发性不不同33第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.4精精馏精馏塔的热量量衡算QS:再沸器的的加热量；QF:料液带进进的热量；QD:塔顶产品品带出的热量量；QC:塔顶冷凝凝器的冷却量量；QW:塔底产品品带出的热量量；34第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.4精精馏精馏过程是一一个不可逆过过程，火用损失由下下列不可逆引引起：流体流动阻力力造成的压力力降（压差））；不同温度物流流间的传热或或不同温度物物流的混合（（温度差）；；相浓度不平衡衡物流间的传传质或不同浓浓度物流的混混合（浓度差差或化学势差差）35第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.4精精馏预热进料，以以较低温位的热能代代替再沸器要求的高温位位热能思考：对于难难分离体系，为什么么降低进料液预热温温度有利于分离？？36第3章化化工单元元过程与设备备的节能3.4精精馏3.4.2塔塔釜液余热热的利用塔釜液的显热热变为潜热来来利用37第3章章化