Aspen plus 节能分离过程

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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；
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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:
B5 RECYC
163 C
69.8 C
2RECYC
215.2 KW
B4
-1894.2 kw
D1
-869.1 kw 73 C
3.3 多效蒸发 丙烯腈装置废水双效蒸发模拟流程图:
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消耗蒸汽27850 kg/h，蒸发水分61580 kg/h。可以算出， 双效蒸发装置1kg蒸汽蒸发了2.21 kg水分，与单效蒸发流 19/47 程相比，节省蒸汽118%。
3.4 精馏过程 3.4.1 多效精馏 多效精馏是利用高压塔顶 蒸汽的潜热向低压塔的再沸器 提供热量，高压塔顶蒸汽同时 被冷凝的热集成精馏系统。根 据进料与压力梯度方向的一致 性，多效精馏可以分为： ①并流结构，即原料分配 南 京 到各热集成塔进料；
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3.4.2 多效蒸发 例3-4。某丙烯腈装置废水流率74332.1 kg/h，其中含有丙烯 腈聚合物（以C6H8N2O计算）816 kg/h，温度113℃，压力 600 kPa。 要求通过蒸发把废水中的水份蒸出83%，冷凝后的净化水作为 工艺循环水使用，使浓缩液中的丙烯腈聚合物浓度达到5.9% 以上。
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3.4.1 蒸汽优化配置 例3-2。用汽提罐低压蒸汽汽提方法降低二氯甲烷废水的浓度。 已知废水流率10×105 kg/h，二氯甲烷质量分数0.014，温度 40℃，压力2 bar。低压蒸汽饱和压力2 bar，汽提罐操作压力 不 低 于 1.2 bar 。 要 求 净 化 水 中 二 氯 甲 烷 质 量 分 数 不 高 于 150×10-6，求蒸汽消耗量。
化工计算与软件应用
第三章 节能分离过程
1
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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。
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3.1.2热集成网络分析 推荐的乙醇与苯双塔双压精馏节能流程:
与例2-19比较，换热器 的数量相同，换热面积 303.9 m2，降低1.3%； 热公用工程负荷降低 28.9%，冷公用工程负 荷降低28.0%；另外还 产生了1024.9 kw的低 压蒸汽。 换热器的设备成本指数 降低2.1%，操作成本指 数降低0.3%，总年度费 用成本指数降低0.8%。 不过，图3-22流程的控 制操作条件要复杂一些。
B6
2RECYC
D1
179.2 kw
9
-1894.2 kw
RECYC B4
-869.1 kw
PUM P D2 B2 2 3 B5
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-154.0 kw
1FEED B3 MIX B1
1923.9 kw
B
867.9 kw
E
36.0 kw
1
与图2-139的流程比较，加热负荷降低179.2+36=215.2 kw，冷却负荷降低 179.2 kw。
MP Steam
163 C
1 E-109
215.2 KW 69.8 C
2RECYC
RECYC
2
158.4 C
3 E-110
E-106
-869.1 kw
PUM P
4.54 kw 68 C 73 C
D2
-334.2 KW
M IXER
162.6 C
M IX B1 E-105 D1 8 9 B2
1FEED
869.0 kw
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D2
4 15 B7 5
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LP Steam 125 C
13
E-108 194.8 C
B
1924.0 kw
B10
12 10
B11
E 14 E-111 6
82 C
1024.9 kw soft water
11
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3.4.1 蒸汽优化配置 蒸汽是化工企业能源的重要组成部分，合理使用价格昂贵的 蒸汽越来越受到企业的重视。随着市场竞争的充分发展，如何 降低成本成为每个企业关心的头等大事。合理地设计、配置和 维护的蒸汽系统能够节约大量宝贵的能源、降低生产成本，提 高企业的竞争力。 在化工分离操作中，蒸汽是最广泛使用的能量分离媒介。对 于单一的分离单元，设计人员一般能够合理使用蒸汽。但对于 南 京 组合的分离单元，蒸汽的合理配置往往不能直接看出来，而软 工 业 件的优化功能则提供了一个有力工具。
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③错流流程。二次蒸汽依次通过各效，但料液则每效单独进 出，这种流程适用于有晶体析出的料液。
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3.3 多效蒸发 按溶液在蒸发器中的运动状况，蒸发器设备类型可分为循环型、 单程型、直接接触型三类： ①循环型。沸腾溶液在加热室中多次通过加热表面，如中央循 环管式、悬筐式、外热式、列文式和强制循环式等。 ②单程型。沸腾溶液在加热室中一次通过加热表面，不作循环 流动，即行排出浓缩液，如升膜式、降膜式、搅拌薄膜式和离 心薄膜式等。 ③直接接触型。加热介质与溶液直接接触传热，如浸没燃烧式 南 京 蒸发器。蒸发装置在操作过程中，要消耗大量加热蒸汽，为节 工 业 省加热蒸汽，可采用多效蒸发装置和蒸汽再压缩蒸发器。蒸发 大 学 器广泛用于化工、轻工等部门。
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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 更佳的节能方案，并根据热集成网络分析结果，推荐优化的乙 醇与苯双塔双压精馏节能流程。
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3.1 流体换热与热集成网络 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。
D2
PUM P
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M IXER
162.6 C
B1 M IX
158.4 C
9
68 C -334.2 KW
B2
1FEED
4.54 kw
1924.0 kw
B
194.8 C
869.0 kw
E
82 C
系统加热设备的热负荷汇总值是3008.2 kw，系统冷却设备的 4/47 热负荷汇总值是3097.5 kw。
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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。
3.1.1 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。
B6
148.4 C
RECY C
69.8 C
2RECY C
-1899.4 kw 158.4 C
D1 MIXER
179.2 kw
-873.5 kw
PUMP 9
68 C
36.0 kw
D1
179.2 kw 114.7 C
9 B4
-1894.2 kw
1
-869.1 kw
PUM P
158.4 C
-154.0 kw
2 D2
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B3 1FEED
162.6 C
MIX
B1
73 C
B2
4.58 kw
1924.0 kw 194.8 C
B
867.9 kw 82 C