分离过程节能

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3.3分离过程与设备的节能 分离过程与设备的节能 塔设备节能：降低压降、减少回流比、预热进料、 塔设备节能：降低压降、减少回流比、预热进料、塔顶 余热利用、使用串联塔、采用热泵、采用中间再沸器和中间 余热利用、使用串联塔、采用热泵、 冷凝器等 。 精馏过程节能： 精馏过程节能： 精馏是分离互溶液体的最常用方法，也是化工中最大的 精馏是分离互溶液体的最常用方法， 耗能操作。精馏过程具有热力学不可逆性，其原因是： 耗能操作。精馏过程具有热力学不可逆性，其原因是：①具 有压力梯度的动力传递； 有压力梯度的动力传递；②一定温度梯度的热量传递或不同 温度流体的混合； 温度流体的混合；③一定浓度梯度的质量传递或不同化学位 物流的直接混合。减小压力降、减少温度差、 物流的直接混合。减小压力降、减少温度差、减少传质过程 两相浓度与平衡浓度的差别将有助于节能。 两相浓度与平衡浓度的差别将有助于节能。
多 效 精 馏
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利用外 部制冷 剂、压 缩塔顶 蒸汽、 蒸汽、 闪蒸塔 底流体
热 泵 精 馏
利用膨胀阀和压缩机改变冷凝和沸腾温度
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中 间 再 沸 器 与 冷 凝 器
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塔 顶 蒸 汽 发 电
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节能的基本经验法则： 节能的基本经验法则： （1）分离同样量的物质，机械分离过程需要的能量比 ）分离同样量的物质， 传质分离过程要小得多，所可将机械分离过程作为预处理。 传质分离过程要小得多，所可将机械分离过程作为预处理。 （2）优先使浓度低的组分发生相变； ）优先使浓度低的组分发生相变； （3）优先选择分离因子高的方案； ）优先选择分离因子高的方案； （4）优先选用能量分离剂； ）优先选用能量分离剂； （5）优先选用相变潜热较低的分离剂； ）优先选用相变潜热较低的分离剂； （6）平衡分离过程能耗小于速率分离过程； ）平衡分离过程能耗小于速率分离过程； （7）避免过度分离； ）避免过度分离； （8）适当多地采用多级或组合分离； ）适当多地采用多级或组合分离；
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第十章 分离过程节能
中北大学化工与环境学院 2011年 2011年
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1概述 1.1能源及其分类 1.1能源及其分类 能源是指可以直接或通过转换，为人类生产与生活提 能源是指可以直接或通过转换，为人类生产与生活提 供能量和动力的物质资源。 供能量和动力的物质资源。 世界能源大会推荐的能源类型有：固体燃料（如煤、 世界能源大会推荐的能源类型有：固体燃料（如煤、 焦炭等）、液体燃料（石油、酒精等）、气体燃料（ 焦炭等）、液体燃料（石油、酒精等）、气体燃料（天然 ）、液体燃料 ）、气体燃料 气、煤气、氢气等）、水力、电能、核能、太阳能、风能、 煤气、氢气等）、水力、电能、核能、太阳能、风能、 ）、水力 地热能、海洋能、生物质能等。 地热能、海洋能、生物质能等。 这些能源能够根据人类的需要转化为热能、机械能、 这些能源能够根据人类的需要转化为热能、机械能、 电能、光能、声能及化学能等各种形式而加以利用。 电能、光能、声能及化学能等各种形式而加以利用。
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节能潜力可从不同角度分析： 节能潜力可从不同角度分析： （1）从单位产值能耗估计节能潜力 我国GDP单耗比发达国家高1 我国GDP单耗比发达国家高1－3倍。 GDP单耗比发达国家高 （2）从提高能源利用率看节能潜力 目前，我国能源利用效率为32％，比发达国家低10个 目前，我国能源利用效率为32％，比发达国家低10个 32％，比发达国家低10 百分点。基数大，每提高1个百分点，可省150万吨标煤。 150万吨标煤 百分点。基数大，每提高1个百分点，可省150万吨标煤。 （3）从主要产品单位能耗的差距分析节能潜力 合成氨与乙烯高出1 合成氨与乙烯高出1倍；烧碱高40％；电石高20％。 烧碱高40％；电石高20％。 40％；电石高20 （4）从主要耗能设备技术水平分析节能潜力 工业锅炉平均热效率55％－60％，发达国家在80％。 工业锅炉平均热效率55％－60％，发达国家在80％。 55％－60％，发达国家在80
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3.2流程节能 流程节能 多组份混合物分离顺序的合理选择有助于节能降耗。 多组份混合物分离顺序的合理选择有助于节能降耗。 以精馏过程为例介绍。除简单塔外，可采用多段进料、 以精馏过程为例介绍。除简单塔外，可采用多段进料、侧 线采出、侧线气提和热耦合等方式构成复杂塔及塔系， 线采出、侧线气提和热耦合等方式构成复杂塔及塔系，综 合利用能源。 合利用能源。 简单塔分离顺序的合成，分离 种混合物 种混合物， 种流程 种流程。 简单塔分离顺序的合成，分离4种混合物，5种流程。 确定精馏塔分离顺序的经验法则： 确定精馏塔分离顺序的经验法则：①按相对挥发度递 减的顺序逐个从塔顶分离出各组分； 减的顺序逐个从塔顶分离出各组分；②最困难的分离放在 最后； 各塔的馏出液与釜液的摩尔数尽量接近； 最后；③各塔的馏出液与釜液的摩尔数尽量接近；④分离 很高回收率的组分放在最后； 很高回收率的组分放在最后；⑤进料中含量高的组分提前 分离。互相矛盾，需综合考虑。 分离。互相矛盾，需综合考虑。
分离工程 2分离的最小功和热力学效率
分离最小功表示了分离过程能耗的下限，与组成、 分离最小功表示了分离过程能耗的下限，与组成、压 力及温度等因素有关。可逆时最小。 力及温度等因素有关。可逆时最小。最小分离功的大小标 志着物质分离的难易程度。评价不同方案时， 志着物质分离的难易程度。评价不同方案时，最小功具有 重要的意义。 重要的意义。
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1.2节能的潜力与意义 1.2节能的潜力与意义 化学工业的特点之一就是， 化学工业的特点之一就是，煤、石油、天然气等，既 石油、天然气等， 是化学工业的能源又是化学工业的原料。化学工业成为工 是化学工业的能源又是化学工业的原料。 业部门中的第一用能大户。 业部门中的第一用能大户。 节能就是应用技术上可行、经济上合理、环境和社会 节能就是应用技术上可行、经济上合理、 可以接受的方法，来合理有效地利用能源。节能并不是少 可以接受的方法，来合理有效地利用能源。 用能源，而其实质是充分有效地发挥能源的作用。 用能源，而其实质是充分有效地发挥能源的作用。 节能潜力有两种：一种是节能总潜力；二是可实现的 节能潜力有两种：一种是节能总潜力； 节能潜力。前者是技术极限值，重点讨论可实现的节能潜 技术极限值， 节能潜力。前者是技术极限值 力。
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1.3节能的途径 1.3节能的途径 能耗水平是由自然条件、经济体制、经济因素、 能耗水平是由自然条件、经济体制、经济因素、管理 水平、政策倾向、社会因素、技术水平及人的观念等有关。 水平、政策倾向、社会因素、技术水平及人的观念等有关。 将这些因素归纳为结构节能、管理节能和技术节能。 将这些因素归纳为结构节能、管理节能和技术节能。 结构节能：产业、产品、企业、地区结构等。 结构节能：产业、产品、企业、地区结构等。 管理节能：宏观调控和企业经营管理。 管理节能：宏观调控和企业经营管理。 技术节能：工艺节能（分离工程、反应工程）、流程 技术节能：工艺节能（分离工程、反应工程）、流程 ）、 节能、化工单元操作设备节能（ 节能、化工单元操作设备节能（泵、压缩机、换热设备、 压缩机、换热设备、 蒸发设备、塔设备、分离设备等） 系统节能（ 蒸发设备、塔设备、分离设备等）及系统节能（从宏观系 统合理用能的角度出发，所进行的节能工作）。 统合理用能的角度出发，所进行的节能工作）。
分离工程 3技术节能途径
3.1工艺节能 工艺节能 就是通过选择和设计合适的分离过程来节能， 就是通过选择和设计合适的分离过程来节能，包括选 择合适的分离方法与分离助剂。 择合适的分离方法与分离助剂。 研发更加高效的分离工艺也是节能的重要途径。举例： 研发更加高效的分离工艺也是节能的重要途径。举例： 二氧化碳的脱除，热碳酸钾法－－NHD。 二氧化碳的脱除，热碳酸钾法－－ －－ 。 采用多种分离过程的组合可以比只采用一种分离方法 过程能耗低，但往往以增加设备投资为代价。 过程能耗低，但往往以增加设备投资为代价。但只要总体 来讲经济效益明显，就可采用。桔皮直接干燥；压榨－－ 来讲经济效益明显，就可采用。桔皮直接干燥；压榨－－ 多效蒸发－－干燥空气再利用等。 多效蒸发－－干燥空气再利用等。 －－干燥空气再利用等
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能源是经济发展的源动力，是现代文明的物质基础。 能源是经济发展的源动力，是现代文明的物质基础。 由于能源消费急剧增加，造成能源供应紧张； 由于能源消费急剧增加，造成能源供应紧张；容易被 利用的能源资源有限， 利用的能源资源有限，世界各国都在寻求各种方法更加有 效地开发和利用能源。 效地开发和利用能源。 能源的分类方法很多， 来源分为来自地球以外天体 能源的分类方法很多，按来源分为来自地球以外天体 的能量（主要是太阳，煤炭、石油、天然气、水能、 的能量（主要是太阳，煤炭、石油、天然气、水能、风能 及海洋能）、地球本身蕴藏的能量（地热能及原子核能） 及海洋能）、地球本身蕴藏的能量（地热能及原子核能） ）、地球本身蕴藏的能量 及地球与其它天体之间相互作用而产生的能量（潮汐能）； 及地球与其它天体之间相互作用而产生的能量（潮汐能）； 转换和利用层次分为一次能源 自然界存在）、 分为一次能源（ ）、二次能 按转换和利用层次分为一次能源（自然界存在）、二次能 源（电、蒸汽、煤气、焦炭等）及终端能源；按使用状况 蒸汽、煤气、焦炭等）及终端能源； 分为常规能源和新能源；清洁能源和非清洁能源。 分为常规能源和新能源；清洁能源和非清洁能源。
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节能的意义： 节能的意义： 节能是保持人类社会可持续发展的重要措施， 节能是保持人类社会可持续发展的重要措施，科学发 展观的内涵：以人为本，全面、协调、可持续发展。 展观的内涵：以人为本，全面、协调、可持续发展。 的内涵 节能有利于环境保护。（灰尘、硫有其它污染物） 节能有利于环境保护。（灰尘、硫有其它污染物） 。（灰尘 节能也就意味着节省宝贵的化工原料（资源）。 节能也就意味着节省宝贵的化工原料（资源）。 节能可促进生产。（生产更多的产品） 节能可促进生产。（生产更多的产品） 。（生产更多的产品 节能可降低生产成本，增加利润，提高企业竞争力。 节能可降低生产成本，增加利润，提高企业竞争力。 节能可促进管理的改善和技术的进步。 节能可促进管理的改善和技术的进步。