第三章化工单元过程设备的节能

二次蒸汽
二次蒸汽
料液
加热蒸汽 冷凝水 冷凝水
料液
冷凝器 料液
冷凝水
冷凝器
完成液
完成液
完成液
3.3.1 多效蒸发
① 利用二次蒸汽的潜热 ② 利用冷凝水的显热（如预热原料液) 多效蒸发蒸汽的经济性（利用率）
1kg的二第次蒸一汽效，：W将D1此11kg二次蒸D（
W1
W1
，1kg生蒸汽在第一效中可产生 ）引入第二效又可蒸发1kg水，即
改变出口阀开度改变管路特性曲线
泵的流量调节方式
优点：流量随转速 下降而减小，动力 消耗也相应降低， 节能；
缺点：需要变速装 置或价格昂贵的变 速电动机。
改变泵的转速改变泵的特性曲线
3.2 换热
在工业生产中，换热过程是最重要
的单元操作之一，而换热造成的 损失
占石油化工总
10％以上。
3.2 换热
蒸发节能的途径
多效蒸发 额外蒸汽的引出 二次蒸汽的再压缩 冷凝水热量的利用
3.3.1 多效蒸发
① 利用二次蒸汽的潜热 ② 利用冷凝水的显热（如预热原料液) 多效蒸发蒸汽的经济性（利用率）
多效蒸发示意图
二次蒸汽（W）
料液
加热蒸汽 （D）
冷凝水
冷凝器 水
完成液
多效蒸发示意图
二次蒸汽
3.2 换热
冷流体 pL，TL
pH，TH 热流体 逆流换热器的微元体积
假定：换热器的绝热良好。散热损失略去不计， 动能变化和位能变化均不考虑。
在稳定的流动下，微元的换热量为：
该微元过程的
Q dHL dHH
dE1 T0 (dSH dSL )
换热器的 损失
根据热力学的基本关系式
dH T dS Vdp
δ壁
δ保
α1 α2
qp k p (T1 - T2 )kJ/(m2 h)
1 1 壁 保 ＋ 1 k p 1 保 2
3.3 蒸发
（1）蒸发操作的目的 ① 获得浓缩的溶液直接作为 化工产品或半成品。 ② 脱除溶剂，将溶液增溶至 饱和状态，随后加以冷却， 析出固体产物，即采 用蒸发， 结晶的联合操作以获得固体 溶质。 ③ 除杂质，获得纯净的溶剂。
（2）蒸发的流程
蒸发流程示意图
二次蒸汽
料液
Baidu Nhomakorabea
加热蒸汽 冷凝水
冷凝器 水
完成液
（3）加热蒸汽和二次蒸汽
蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水 蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是 水蒸气。为了区别，将加热的蒸汽称为加热蒸汽，而由溶液 蒸发出来的蒸汽称之为二次蒸汽。
（4）分类
管道 平面壁
管道保温
d0
每米管长的散热损失：
d1 d2
d3
q1 k1 (T1 - T2 )kJ/(m h)
1 1 ln( d1 / d0 ) ln( d2 / d1) ＋ln( d3 / d2 ) ＋ 1
k1 1d0
2
2保
2护
2d3
平面壁保温
每平方米平面壁的散热损失：
dH L TL
(VLdpL TL
VHdpH TH
)
因为 Q dHL dHH
dE1

T0

Q(TH
TH
TL
TL
)
(VLdpL TL
VHdpH TH
)
传热 损失
流动阻力 损失
高温
传热 损失
低温
减小传热温差
同样温差ΔT 损失小
损失大
设备和管道的保温
① 按蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，或者减压 （真空）蒸发。
② 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发。
（5）特点：沸点升高
蒸发的物料是溶有不挥发溶质的溶液。由拉乌尔定律可 知：在相同温度下，其蒸汽压比纯溶剂的低，因此，在相同 的压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。故当加热蒸汽温 一定时，蒸发溶液时的传热温差就比蒸发纯溶剂时来得小， 而溶液的浓度越大，这种影响就越显著。
效数
D W min W D max
单效 1.1 0.91
双效 0.57 1.75
三效 0.4 2.5
四效 0.3 3.33
五效 0.27 3.70
多效蒸发的生产能力、蒸发强度和效数的限制
多效蒸发的生产（蒸发）能力
若忽略热损失和蒸发浓缩热效应，则蒸发器的生产能力 用下列方式来表示： (1)单位时间内水分的总蒸发量W； (2)通过传热面的传热速率。 在三效蒸发器中，各效单位时间内所传递的热量为：
Q1 K1A1t1
Q2 K2 A2t2
Q3 K3 A3t3
三效的总传热速率为：
Q Q1 Q2 Q2 K1A1t1 K2 A2t2 K3 A3t3
假设: 各效的传热面积相等， 即 A1＝A2＝A3＝A 各效的总传热系数也相等，即 K1＝K2＝K3＝K
d2
采用添加减阻剂
3.1 流体流动与流体的输送机械
（2）流体机械：泵、鼓风机、压缩机等
选用合适的流体机械 选择合适的流量调节方法
离 心 泵
离心泵
离心泵的特性曲线
离心泵的工作点
选择合适的泵，使工作点在最高效率的92％以上。
泵的流量调节方式
优点：调节迅速方便， 流量可连续变化； 缺点：流量阻力加大， 要多消耗动力，不经济
THdSH dHH VHdpH
TLdSL dHL VLdpL
所以
dE1
T0 dHH
VH dpH TH

dH L
VLdpL TL


T0

dH H TH
dHL TL
(VLdpL TL
VHdpH TH
)
dE1

T0

dH H TH
第二效： W2 W1 D ，1kg生蒸汽在双效中的总蒸发量
W W1 W2 2D
， 所以 W 2
D
n 依次类推： 三效 W 3 ，……， D
效
W n D
节能率
多效蒸发蒸汽的经济性（利用率）
但实际上，由于热损失，温度 差损失等原因，单位蒸汽消耗量不 可能达到如此经济的程度，根据生 产经验，最大的 W / D 的值大致如 下：
化工节能原理与技术
第三章 化工单元过程与设备的节能
化工单元过程与设备的节能原理： 流体流动与流体的输送机械 传热 蒸发 精馏 干燥 化学反应
3.1 流体流动与流体的输送机械
（1）流体流动的 损失
e1

vp
T0 T
传热损失
保温
损失
压头损失
局部阻力 沿程阻力
减少弯头、缩扩变化、阀门等 加大管经 p l u2