化工单元过程的节能方法和措施

典型化工单元过程的节能方法和措施

1．流体流动

如果流动过程中温度和密度均无太大变化，则由于流体流动阻力所引起的用损失为：

e1=-vΔp×T0/T

从公式中可看出，要减少用损失，可从以下几个方面着手：

(1)流体的绝对温度

对于同样的压差，流体温度越低其损失越大。因此，在高温输送物料时，要注意保温；在低温输送物料时，尤其更要注意保冷。

(2)尽可能减少流动过程的压力降

①减少管道上的弯头和缩扩变化

②减少阀门等管件的数量

③适当加大管径

④降低流速

思考：如何选用合适的离心泵？

2．换热

在化工生产中，换热过程是最重要的单元操作之一，而换热造成的损失占石油化工生产总损失的10%以上。

当忽略流体压降时，传热损失为：

dE1 = T0(T H –T L)/( T H T L)Δq

(1)从公式可看出，传递单位热量的损失，不仅取决于冷热流体的温差，而且取决于冷热流体温度的乘积。因此，要减少传热损失，首先设法减小传热温差；此外，不同温位上的传热应取不同的传热温差。

例如，对于同样的传热量和同样的传热温差，50K级换热器的损失将为500K级换热器的100倍。所以，高温换热时温差可以大一些，以减小换热面积，而在低温工程中，要采用较小的传热温差，以减小损失。

减小传热温差的措施有：

①尽量采用逆流换热、增大传热面积、强化传热以提高传热系数来获得。

②增加流体的流速也可提高换热器内流体对流传热地给热系数

(2)设备和管道的保温

保温层越厚，保温效果就越好，散热损失越小，但是花费的成本就越高。所以，并不是越厚越好，而是应以全年通过保温层的热损失价值和全年保温投资的折旧费之和为最小，来求取保温层的经济厚度。

3．蒸发

(1)蒸发的主要目的

①获得浓缩的溶液为产品或半成品，以利于储运或加工利用；

②借蒸发以脱除溶剂，作为结晶等操作的前道工序；

③脱除溶剂中的杂质，制取较纯的溶剂组分，如制取蒸馏水。

(2)蒸发操作的主要节能措施有：

①较低温位的二次蒸汽的利用

②多效蒸发

多效蒸发的效数并不是越多越好。目前，对于无机盐溶液，由于其沸点升高较大，通常采用2~3效；对糖和有机溶液的蒸发，其沸点上升较小，所用的效数可以为4~6效；只有对海水淡化等极稀溶液的蒸发才用至6效以上。

③额外蒸汽的引出

只要二次蒸汽的温位能满足其它加热设备的需要，引出额外蒸汽是有利的，而且引出额外蒸汽的效数越往后移，生蒸汽的利用率越高。

④二次蒸汽的再压缩

⑤蒸汽动力压缩

⑥冷凝水热量的利用

3．精馏

精馏塔的热量衡算式为：

Q S + Q F = Q D + Q C + Q W

式中，Q S为再沸器的加热量；Q F为料液带进的热量；Q D为塔顶产品带出的热量；Q C为塔顶冷凝器中的冷却量；Q W为塔底产品带出的热量。

精馏塔的节能就是如何回收热量Q C、Q D和Q W，以及如何减少向塔内供应的热量Q S。

思考：如何合理利用精馏过程中的平衡线和操作线？

操作线越靠近平衡线，精馏过程的不可逆损失就越小，精馏过程所需的能量就越少。但操作线越靠近平衡线，所需塔板数就增加，使得投资增大。

节能措施有：

(1)预热进料

利用精馏塔采出液能预热进料，以较低温位的热能代替了再沸器所要求的高温位热能，无疑是低温位热能的有效利用方法。

(2)塔釜液余热的利用

(3)塔顶蒸汽余热的回收利用

有以下三种方式：

①直接热利用

②余热制冷

③余热发电

(4)多效精馏

(5)热泵精馏

热泵精馏类似于热泵蒸发，就是把塔顶蒸汽加压升温，使其返回用作本身的再沸热源，回收其冷凝潜热

(6)减小回流比

回流比的选择是个经济问题，回流比增大，则能耗上升，而塔板数减少；回流比减小，能耗下降，但塔板数增多。

(7)增设中间再沸器和中间冷凝器

即在提馏段设置第二蒸馏釜，在精馏段设置第二冷凝器，则精馏段和提留段各有两条操作线，见《化工节能技术与设备》P119图3-41(b)所示。与没有中间再沸器和中间冷凝器的精馏塔相比，操作线靠近平衡线，精馏过程损失减少。(8)多股进料和侧线出料

有如下三种方式：

①两塔方式用两个常规精馏塔分别处理两股原料液。

②原料液混合进料一塔式把浓度不同的两种原料液混合，形成进料液，用一个常规精馏塔处理。

③二段进料一塔方式采用具有两个进料板的一个复杂塔，两股原料液分别在

适当的位置加入塔内，即多股进料，进行蒸馏。

(9)热偶精馏