第四章新型节能设备方法

第四章新型节能设备方法第一页，共八十一页，编辑于2023年，星期五第四章新型节能设备方法热管换热器热泵膜分离蓄热器变压吸附第二页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.3膜分离第三页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.3.1膜分离概念膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层，允许某些组份透过而保留混和物中其他组份，从而达到分离目的的技术总称。压力第四页，共八十一页，编辑于2023年，星期五概述膜分离过程(1)膜分离技术发展的历史膜分离技术已被国际上公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途、甚至会导致一次工业革命的重大生产技术，所以可称为前沿技术，是世界各国研究的热点。如果将20世纪50年代初视为现代高分子膜分离技术研究的起点，截止现在，其发展致可分为三个阶段：①50年代为奠定基础阶段；②60年代和70年代为发展阶段，③80年代至今为发展深化阶段。目前，研制和开发出的分离膜及应用技术有很多种，如微虑、超虑、反渗透、渗透蒸发等第五页，共八十一页，编辑于2023年，星期五(2)膜分离技术在分离工程中的重要作用

膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量要求低，因此和蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异；膜分离的条件一般都较温和，对于热敏性物质复杂的分离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的合适方式。此外它操作方便、结构紧凑、维修费用低、易于自动化，因而是现代分离技术中一种效率较高的分离手段，在生化分离工程中具有重要作用。第六页，共八十一页，编辑于2023年，星期五（3）膜在分离过程中具有如下功能①物质的识别与透过；②界面；③反应场。物质的识别与透过是使混合物中各组分之间实现分离的内在因素；作为界面，膜将透过液和保留液(料液)分为互不混合的两相；作为反应场，膜表面从孔内表面含有与特定溶质具有相互作用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度。生物分离过程中采用的膜分离法主要是利用物质之间透过性的差别，而膜材料上固定特殊活性基团，使溶质与膜材料发生某种相互作用来提高膜分离性能的功能膜研究也很多，代表了膜分离技术的发展方向。第七页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.3.2膜的定义和分类1、膜（分离膜）的定义

分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜厚度要远小于其比表面积。2、膜的分类

按膜结构分：有对称膜和不对称膜按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜等

无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等

按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜

第八页，共八十一页，编辑于2023年，星期五膜结构1.孔道结构2.膜的孔道特性3.水通量第九页，共八十一页，编辑于2023年，星期五膜结构1.孔道结构

膜的孔道结构因膜材料和制造方法而异。膜的孔道结构对膜的透过通量、耐污染能力等操作性能具有重要影响。早期的膜多为对称膜(symmetricmembrane)，即膜截面的膜厚方向上孔道结构均匀。对称膜的传质阻力大，透过通量低，并且容易污染，清洗困难。60年代开发的不对称膜解决了上述对称膜的弊端，从而开创了膜分离技术发展的新篇章。不对称膜(asymmetricmembrane)主要由起膜分离作用的表面活性层(0.2～0.5）和起支撑强化作用的惰性层(50～100μm)构成。惰性层孔径很大，对透过流体无阻力，由于不对称膜起膜分离作用的表面活性层很薄，孔径微细，因此透过通量大、膜孔不易堵塞、容易清洗。日前的超滤和反渗透膜多为不对称膜。高分子微滤膜以对称膜为主。新型无机陶瓷微滤膜多为不对称膜。第十页，共八十一页，编辑于2023年，星期五膜结构对称膜不对称膜第十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期五膜结构2.膜的孔道特性膜的孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。超滤和微滤膜的孔径、孔径分布和孔隙率可通过电子显微镜直接观察测定。Millipore公司PTGC超滤膜的孔径分布第十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期五膜结构3.水通量

水通量是在一定的条件下(一般压力为0.1MPa，温度为20度)通过测量透过一定量纯水所需的时间来测定。第十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期五第十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.3.3膜分离技术优点★

处理效率高，设备易于放大；★可在室温或低温下操作，适宜于热敏感物质分离浓缩；★化学与机械强度最小，减少失活；★

无相转变，省能；★

有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的；★选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率；★系统可密闭循环，防止外来污染；★

不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循环使用，降低了成本，并减少对环境的污染。第十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期五存在的问题在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低，故有必要采用与工艺相适应的膜面清洗方法;从目前获得的膜性能来看，其耐药性、耐热性、耐溶剂能力都是有限的，故使用范围受限;单独采用膜分离技术效果有限，因此往往都将膜分离工艺与其他分离工艺组合起来使用。第十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.3.4各种膜分离技术分离范围膜过程分离机理

分离对象

孔径（nm）粒子过滤体积大小

固体粒子

>10000

微滤体积大小

0.05~10μm的固体粒子

50~10000

超滤体积大小

1000~1000000道尔顿

2~50

的大分子，胶体

纳滤溶解扩散

离子、分子量<100的有机物

<2

反渗透

溶解扩散

离子、分子量<100的有机物

<0.5

渗透蒸发溶解扩散

离子、分子量<100的有机物

<0.5

第十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期五膜分离法传质推动力分离原理应用举例微滤（MF）压差0.05～0.5筛分除菌，回收菌，分离病毒超滤压差0.1～1.0筛分蛋白质、多肽和多糖的回收和浓缩反渗透压差1.0～10筛分盐、氨基酸、糖的浓缩、淡水制造渗析浓差筛分脱盐，除变性剂电渗析电位差电荷、筛分脱盐，氨基酸和有机酸分离渗透气化压差、温差溶质与膜的亲和作用有机溶剂与水的分离，共沸物的分离4.3.5各种膜分离法的原理和应用范围第十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期五(1)微滤分离原理利用筛分原理，分离、截留直径为0.05m到10m大小的粒子，即微滤膜的孔径为0.05m到10m。采用压力为0.05～0.5MPa。水分子离子大分子颗粒与胶体图示第十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期五(2)超滤分离原理超滤的分离原理也可基本理解为筛分原理，但在有些情况下受到粒子荷电性及其与荷电膜相互作用的影响。它可分离分子量从1000到1000000道尔顿的可溶性大分子物质，对应孔径为20~500埃（0.002m到0.05m）。采用压力为0.1~1MPa。水分子离子大分子颗粒与胶体图示第二十页，共八十一页，编辑于2023年，星期五(3)反渗透分离原理

在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而所有溶液中大分子、小分子有机物及无机盐全被截留住。理想的反渗透膜应被认为是无孔的，它分离的基本原理是溶解扩散（也有毛细孔流学说）。“膜孔径”为1到10埃。采用压力为1～10Pa.水分子离子大分子颗粒与胶体图示第二十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期五反渗透制淡水原理渗透和反渗透半透膜开始时两边液面相同由于浓度差存在，半透膜又不允许溶质通过，所以水透过膜，使浓水一边液面升高，产生渗透压在浓水边加压，当压力超过渗透压时，则水透过半透膜，即反渗透，实现净化过程。第二十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期五中空纤维反渗透组件简图

进水浓水透过水多孔进水管浓水出口淡水出口密封中空纤维膜外径50－200μ内径25－42μ密封耐压容器第二十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期五反渗透的应用和特点应用：反渗透是一项高新膜分离技术，其孔径很小，大都≤10×10–10（10A），它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物，如细菌、病毒等。它已广泛用于海水或苦咸水淡化、电子、医药用纯水、饮用蒸馏水、太空水的生产，还应用于生物、医学工程。特点：常温条件下，可以对溶质和水进行分离或浓缩，因而能耗低；杂质去除范围广，可去除无机盐和各类有机物杂质；较高的水回用率；

分离装置简单，容易操作和维修。第二十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期五(4)扩散渗析（diffusiondialysis）

1、渗析：把水溶液中溶质透过半透膜而溶质被截留的现象称为渗析。 半透膜：起渗析作用的薄膜，对溶质具有选择性。半透膜的发展：动物的膀胱膜、肠膜、羊皮纸；离子交换膜：阳离子交换膜、阴离子交换膜

2、扩散渗析的原理

利用离子交换膜的选择透过性，以浓度差为推动力来实现酸与盐或者碱与酸的分离。第二十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期五离子交换膜离子交换膜作用机理示意图第二十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期五扩散渗析回收酸原理示意图(1)—原液室；(2)—回收液室；A—阴离子交换膜残液/渗析液H2O回收液/扩散液废酸液A（2）（1）H+H+SO42-H+H+SO42-Fe2+SO42-扩散渗析法回收酸的原理⑴为原液室，⑵为回收室，向⑴室自下而上引入料液(H2SO4和FeSO4的混合液)，另向⑵室自上而下引入水流。由于⑴室中的酸及盐的浓度较大，其中的Fe2＋、H＋、SO42-均有向⑵室扩散的趋势，因阴离子交换膜对离子具有选择透过性，只允许阴离子SO42-通过而不让阳离子透过，所以Fe2＋受到阴膜的阻挡而不能进入⑵室，而H＋则因性质特殊，其水合离子半径小，迁移速度快，也能跟随SO42-一起进入⑵室，以保持溶液的电中性。这样，⑴室中的H2SO4就不断扩散进入(2)室，而FeSO4被阻挡在⑴室中，从而实现了酸与盐的分离。第二十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期五优缺点：优点：能耗小，设备结构简单，操作方便，不需要对膜进行酸碱再生，分离过程中不需要加入其它化学药剂。缺点：渗析速度慢，分离效率低。应用：在生物医学上的应用最为广泛，主要的用途是血液渗析法（又称为人工肾），此外还有人工肺。在工业方面的应用从钢铁工业酸洗废液中回收硫酸及在其它废酸液中回收硝酸等；从化工厂人造丝浆压液中回收NaOH第二十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期五（5）电渗析的基本原理电渗析是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。第二十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期五++++++阳极－－－－－－阴极Cl-Na＋阳膜阳极室Cl-Cl-Cl-Na＋Na＋Cl-Na＋Na＋Cl-Cl-Na＋Na＋浓缩室淡化室浓缩室阴极室阴膜阳膜阴膜电渗析过程原理图阴极第三十页，共八十一页，编辑于2023年，星期五阳极反应：阴极反应：第三十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期五电渗析在废水处理中的应用目前，电渗析在废水处理实践中应用最普遍的有：⑴造纸工业废水处理，利用电渗析法处理造纸工业的亚硫酸纸浆废液和洗浆废水及碱法造纸黑液，从中回收化学药品，已得到工业应用。⑵从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠。⑶从酸洗废液中制取硫酸和沉淀重金属离子。⑷电镀废水和废液处理，含Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等重金属离子和氰化物的电镀废水都适宜用电渗析法处理，其中应用最成熟的是含镍废水处理。⑸从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋。第三十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期五（6）渗透汽化分离原理

它的基本原理是利用膜与被分离有机液体混和物中各组份的亲合力不同而有选择地优先吸附溶解某一组份，及各组份在膜中扩散速度不同来达到分离的目的，因此它不存在蒸馏法中的共沸点的限制，可连续分离、浓缩，直至得到纯有机物。第三十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期五渗透气化的原理示于左图。疏水膜的一侧通入料液，另一侧(透过侧)抽真空或通入惰性气体，使膜两侧产生溶质分压差。在分压差的作用下，料液中的溶质溶于膜内，扩散通过膜，在透过侧发生气化，气化的溶质被膜装置外设置的冷凝器冷凝回收。因此，渗透气化法根据溶质间透过膜的速度不同，使混合物得到分离。膜与溶质的相互作用决定溶质的渗透速度。渗透气化法利用溶质之间膜透过性的差别，特别适用于共沸物和挥发度相差较小的双组分溶液的分离。例如，利用渗透气化法浓缩乙醇，由于膜的选择性透过乙醇的特性、可消除共沸现象，得到高浓度乙醇。因此，渗透气化又称膜蒸馏。渗透气化膜主要为多孔聚乙烯膜、聚丙烯膜和含氟多孔膜等。由于膜材料的进步，80年代以后渗透气化技术实现了产业化，在乙醇、丁醇等挥发性发酵产物的发酵－分离耦合过程中的应用开发研究非常活跃。第三十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.3.6

膜组件由膜、固定膜的支撑体、间隔物(spacer)以及收纳这些部件的容器构成的一个单元(unit)称为膜组件(membranemodule)或膜装置。膜组件的结构根据膜的形式而异，目前市售商品膜组件主要有管式、平板式、螺旋卷式和中空纤维(毛细管)式等四种，其中管式和中空纤维式膜组件根据操作方式不同，又分为内压式和外压式。下图为主要膜组件的结构示意图。第三十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.3.6

膜组件1.管式膜组件管式膜组件是将膜固定在内径10～25mm，长约3m的园管状多孔支撑体上构成的，l0～20根管式膜并联，或用管线串联，收纳在筒状容器内即构成管式膜组件。管式膜组件的内径较大，结构简单，适合于处理悬浮物含量较高的料液，分离操作完成后的清洗比较容易。但是管式膜组件单位体积的过滤表面积(即比表面积)在各种膜组件中最小，这是它的主要缺点。第三十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期五2.平板膜组件平板膜组件与板式换热器或加压叶滤机相似，由多枚圆形或长方形平板膜以1mm左有的间隔重叠加工而成，膜间衬设多孔薄膜，供料液或滤波流动。平板膜组件比管式膜组件比表面积大得多。第三十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期五3.螺旋卷式膜组件螺旋卷式膜组件是将两张平板膜固定在多孔性滤液隔网上(隔网为滤液流路)，两端密封。两张膜的上下分别衬设一张料液隔网(为料液流路)，卷绕在空心管上，空心管用于滤液的回收。螺旋卷式膜组件的比表面积大，结构简单，价格较便宜。但缺点是处理悬浮物浓度较高的料液时容易发生堵塞现象。第三十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期五反渗透膜与装置超滤膜装置第三十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.中空纤维(毛细管)式膜组件中空纤维或毛细管膜组件由数百至数百万根中空纤维膜固定在圆筒形容器内构成。严格地讲，内径为40～80um的膜称中空纤维膜，而内径为0.25～2.5mm的膜称毛细管膜。由于两种膜组件的结构基本相同，故一般将这两种膜装置统称为中空纤维膜组件。毛细管膜的耐压能力在1.0MPa以下，主要用于超滤和微滤；中空纤维膜的耐压能力较高，常用于反渗透。由于中空纤维膜组件由许多极细的中空纤维构成，采用外压式操作(料液走壳方)时，流动容易形成沟流效应(channelling)，凝胶吸附层的控制比较困难；采用内压式操作(料液走腔内)时，为防止堵塞，需对料液进行预处理，除去其中的微粒。第四十页，共八十一页，编辑于2023年，星期五中空纤维超滤膜组件第四十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期五膜断面图

第四十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期五外压式膜组件结构内压式膜组件结构第四十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期五膜分离技术的特点回顾（a）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最低；（b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩；（c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点；（d）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高，有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离法在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回用处理。第四十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.3.6膜分离的应用领域

（1）化学/染料工业

活性染料的脱盐、纯化、浓缩与回收食品染料的脱盐、纯化、浓缩与回收催化剂与贵金属的回收利用脱氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脱氢反应中液体的分离、纯化甘油/己内酰胺/苯/染料活性剂等有机化工原料的回收汽车/仪表及其它工业涂漆的浓缩回收第四十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期五（2）食品/饮料工业

啤酒/果酒/黄酒/葡萄酒的澄清除菌过滤苹果、梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的澄清除菌过滤苹果、梨、凤梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的脱水浓缩葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香气味的浓缩保留豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/单糖/多糖溶液的澄清与浓缩乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脱盐与浓缩蔬菜抽提汁/西红柿汁的脱水浓缩

第四十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期五（3）制药/生物工程

抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶等发酵液的澄清除菌过滤抗生素、维生素、有机酸、氨基酸等发酵液的蛋白剔除酶、蛋白质、多糖制备过程中细胞碎片的剔除抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、酶、多糖、蛋白质的纯化与浓缩6-APA、7-ACA、7-ADCA及其他半合成抗生素的脱盐浓缩中成药、保健品口服液的澄清除菌过滤动物血浆、血清的浓缩精制其他相关的脱盐浓缩、澄清除菌、蛋白剔除、细胞收集等分离过程第四十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期五（4）空气过滤

喷雾干燥过程中染料、抗生素、奶粉等的回收

电池厂金属镉、氧化铅粉尘的收集

粉碎过程中磷酸盐、氧化镁、二氧化钛、碳粉、水泥、碳酸钙的回收包装过程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收干燥过程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的回收合成氨尾气中氢气的回收利用

其他一切有关的粉尘收集及空气除尘过程第四十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期五（5）水处理

饮用纯水（太空水）的制备

医药工业中注射用水/洗瓶水及其他无菌水的制备

电子工业中超纯水的制备

火力发电厂锅炉补给水的制备

饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备

制造业中终端洗涤水的制备

饮用水纯化/苦碱水脱盐/海水淡化

废水循环与再生利用（零排放）

BOD/COD的最小化

垃圾填埋场渗出水的浓缩处理

染料、颜料、油漆、含油废水的处理

纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收

金属、食品、皮革、农药和除草剂废水的处理

纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用第四十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.4蓄热器第五十页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.4蓄热器蓄热器是一种平衡工厂企业用汽负荷波动的节能设备蒸汽蓄热器是蓄积蒸汽的压力容器，用于调节和平衡热源供汽与用户用汽之间的矛盾。第五十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期五蒸汽蓄热器的工作示意图用户第五十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期五蒸汽蓄热器的工作原理蒸汽蓄热器是热能的吞吐仓库，一般为卧式圆筒体，内装软化水。当用汽负荷下降时，锅炉产生的多余蒸汽以热能形式通过充热装置充入软水中贮存，使器内水压力、温度上升，形成一定压力下的饱和水（充热过程）；当用汽负荷上升，锅炉供汽不足时，随着压力下降，器内饱和水成为过热水而产生自蒸发，向用户供汽（放热过程）。通过蓄热器对热能的吞吐作用，使供用热系统平稳运行，从而可使锅炉在满负荷或某一稳定负荷下平稳运行。蓄热器中的水既是蒸汽和水进行热交换的介质，又是蓄存热能的载体。第五十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期五集中蓄热器实质上相当于增加了锅炉的容量。当用汽量较小时，锅炉产生的多余蒸汽通过蓄热器的喷嘴注人一定压力下的水中，逐渐使水温升高到饱和温度。当负荷超过供汽量时，锅炉来不及反应，不能及时补充蒸汽，造成蓄热器内压力降低，这时蓄热器内的饱和热水就会闪蒸供汽，所产生的蒸汽量不依赖于时间，而是取决于压差。蒸汽蓄热器的工作过程分为蓄热过程、放热过程以及热平衡过程。蓄热器连接方式分为串联和并联。不同连接方式的蓄热器工作原理不同。第五十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期五在一定压力下，虽然相同重量的蒸汽比水的焓值高得多，但蒸汽比容很大，因此相同容积的水的含热量远远大于蒸汽的含热量，这就是蒸汽蓄热器能够吞吐大量热能的原理。

例如在0.78MPa（绝压）时，饱和蒸汽焓为2767kJ／kg、密度4.08kg／m3，每立方米蒸汽的含热量为11,289kJ；相同压力下的饱和水的焓为739kJ／kg、密度898kｇ/m3，每立方米饱和水含热量为663,622kJ，即相同容积饱和水的含热量是蒸汽的58.8倍。一台50m3的蒸汽蓄热器（容水系数取0.9），假如充热压力为0.98ＭPa，放热压力为0.39ＭPa，其自蒸发能力可达2500kg（供汽压力低于0.98ＭPa），相当于一台4t／h锅炉在中等负荷时的供汽量（调节能力）。第五十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期五蒸汽蓄热器的工作示意图用户第五十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期五蒸汽蓄热器第五十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期五串联蓄热器的工作原理串联蓄热器工作时，从热源(上游)来的蒸汽全部通过蓄热器，经蓄热器内的蒸汽分配管和喷嘴凝结于水中。蓄热器始终处于工作过程，上述蓄热、放热和热平衡过程都是动态进行的。当用户用汽时，蓄热器内闪蒸产生蒸汽供给用户。当热源供汽量大于用户用汽量时，蓄热器进汽速率大于排汽速率，蓄热量增加，蓄热器处于蓄热过程;当热源供汽量小于用户用汽量时，蓄热器进汽速率小于排汽速率，蓄热量减少，蓄热器处于放热过程;当热源供汽量恰好等于用户用汽量时，蓄热器进汽速率等于排汽速率，蓄热器处于动平衡状态。串联系统可以稳定锅炉的运行压力，当锅炉生产的负荷变化较大时，减小对下游热用户的用汽产生影响;当下游部分用户负荷变化时，减小对其他用户用汽的影响。此外，由于经过蒸汽蓄热器后释放的蒸汽均为饱和蒸汽，串联蓄热器适合用于用户需要饱和蒸汽的场合。第五十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期五串联蓄热器2、锅炉1、蒸汽蓄热器第五十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期五并联蓄热器的工作过程并联蓄热器工作时，其工作过程可分为:蓄热过程、放热过程以及热平衡过程。当用户用汽量小于上游供汽能力时，多余的蒸汽便流人蓄热器，蓄热器内的温度、压力、水位同时升高，蓄热器处于蓄热过程;当用户用汽量大于上游的供汽能力时，蓄热器排汽管中压力下降，此时因水温高于降压后的压力所对应的饱和温度，蓄热器内的高压饱和水迅速汽化产生闪蒸送往用户，蓄热器处于放热过程;上游供汽量与用户用汽量平衡时，蓄热器既不进汽也不供汽，液面上的闪蒸与凝结处于动平衡过程。并联蓄热器可用于用户要求过热蒸汽或饱和蒸汽的场合。第六十页，共八十一页，编辑于2023年，星期五并联蓄热器2、锅炉1、蒸汽蓄热器第六十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期五安装位置蒸汽供热系统中，根据安装位置的不同，可将蒸汽蓄热器分为集中蓄热器和局部蓄热器。集中蓄热器安装在热源或热网干线上，用来稳定运行工况下锅筒的压力和供汽压力。对于用户负荷随时间波动较大的热网系统，用蒸汽蓄热器可调节供热系统负荷的波动。一方面，使锅炉始终在最佳工况条件下稳定运行，蒸汽出力和压力保持不变，使其热效率趋近热平衡试验效率;另一方面，相当于增加了热源的容量和提高了调节能力，当部分用户用汽量波动时，减小对其他用户的影响。从而获得节能、生产和环保等方面的综合经济效益。由于集中蓄热器可调节的用户的范围大，当用户负荷不稳定时，不能满足个别用户的用汽参数。局部蓄热器直接安装在支线上、一个或几个用户处。对某些对供汽压力要求严格的用户，可采用这种蓄热器，该用户热负荷的波动依靠局部蓄热器的调节能力来补偿，不受其他用汽用户的干扰。局部蓄热器的调节范围较小，但对稳定一些重要用户或特殊用户的用汽要求有较好的效果。第六十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期五蒸汽蓄热器的主要应用范围

1．应用于用汽负荷波动较大的供热系统，例如制浆造纸、化纤、纺织等行业。

2．应用于瞬时用汽量较大的供热系统，例如使用蒸汽喷射真空泵的行业，间隙制气的煤气厂，氮肥厂等．

3．应用于汽源供汽不稳定的供热系统，例如采用余热锅炉供气，采用汽化冷却供汽的体系．锅炉负荷往往受余热量变化的影响而不能稳定，采用蓄热器后可使热系统稳定运行。

4．应用于需要随时供汽，随时用汽的供热系统，例如间断用汽（不连续），随时用汽（早晚用汽多，中午用汽少，白天用汽多，晚上用汽少）的宾馆、饭店等。总之，蓄热器可有效地解决蒸汽的供需矛盾，从而稳定锅炉运行工况，达到提高蒸汽品质，稳定生产工艺、节能降耗的目的，凡是蒸汽负荷不稳定的供热系统，使用蒸汽蓄热器都可收到良好效果。第六十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期五使用蒸汽蓄热器的效益

1.提高锅炉运行效率、节约燃料。实践表明，使用蒸汽蓄热器，一般可节约燃料5%，有时超过10%。

2.保证汽压稳定，生产正常，提高产品产量和质量。

3.使锅炉稳定运行，消除锅炉因经常赶火、压火、拨火等不正常运行而可能引起的损坏、延长其使用寿命。

4.减轻司炉人员的劳动强度，提高锅炉安全运行率。

5.锅炉工况稳定后，可以方便的控制风煤比，鼓引风比稳定，改善燃烧过程、减少因不完全燃烧造成的环境污染。

6.增大供热能力、减少基建投资。在供热能力低于用热负荷的企业恰当的安装使用蓄热器，可使供汽量提高，避免锅炉增容而起到减少基建投资的效果。第六十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.5变压吸附原理、应用第六十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.5.1变压吸附发展历史变压吸附（PSA）循环是Skarstrom(美国）和Guerin-Domine（法国）于1958年发明的。很快Skarstrom将变压吸附技术用于工业规模的空气干燥。1962年美国联合碳化物公司建立了第一套空气干燥工业装置，从而加速了PSA的工业应用，成为空气干燥、氢气纯化、正构烷烃脱除和中小规模空气分离的主要技术。上世纪80年代后，PSA技术已被用于天然气和煤层气中CH4的分离，同时在CO2、He、有机蒸汽、石油气等吸附性质相近的混合气体分离中也得到了应用。我国于上世纪70年代开始进行PSA空气分离富氧工艺试验。于1982年研制出第一套PSA工业装置，用于从合成氨释放气体中回收H2。至今国内外已有500余套PSA装置并在九个领域得到相应的应用。第六十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.5.2变压吸附原理变压吸附气体分离过程是利用吸附剂的两个基本性质来实现的:一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压不同而有显著变化。利用吸附剂的性质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其他组分得以提纯。通过吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体的目的。根据吸附剂的第二性质可知，在压力一定时，随着温度的升高，吸附容量逐渐减小。在温度一定时，随着分压的升高，吸附容量逐渐增大。变压吸附过程正是利用吸附剂的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常温高压下，大量吸附原料气中的某些杂质组分，然后降低杂质的分压，使杂质得以解吸。第六十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期五变压吸附分离是借助下述三种效应之一来实现的，位阻效应、动力学效应和平衡效应。目前为止，在已应用的吸附分离技术中除了用5A沸石从异烷烃和环烷烃中分离正烷烃用3A沸石进行干燥是利用位阻效应分离、和用炭分子筛分离空气是动力学分离之外，其它的PSA过程都是混合气体通过在吸附柱上产生气体平衡或竞争吸附来完成气体分离的。AB吸附剂吸附剂BA++吸附加压+吸附剂BB吸附剂+减压脱附第六十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期五溶质的吸附曲线第六十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期五吸附－脱附循环图第七十页，共八十一页，编辑于2023年，星期五4.5.3变压吸附制氧变压吸附条件：吸附剂：活性炭、活性氧化铝、5A分子筛、沸石分子筛、碳分子筛等压力：吸附，0.5MPa～2.5MPa；脱附，常压或负压温度：常温纯氧收率：大于95%氧气纯度：大于90%气源：空气第七十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期五吸附机理氮气与吸附剂的作用大于氧气的作用。当吸