多效精馏的原理及应用.pdf
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1、e多效精储的原理及应用CP目录前言精储是化工生产中的一个能耗大户,为了降低其 能耗,可以采用多种措施,多效精微就是其中行之 有效的工艺之一。多效精馆是将精福塔分成能位不同的多塔,能位 较高塔的塔顶蒸汽向能位较低塔的再沸器供热,同 时它自己也被冷凝。这样,在多效精储中只是第一 个塔的塔釜需要加入热量,最后一个塔的塔顶蒸汽 用冷却介质进行冷凝,而其余各塔则不再需要由外 界进行供热和冷却,所以它具有非常明显的节能 效果。1 f 42多效精馆原理分离过程是一个不可逆过程,要实现混合物的 分离必须消耗一定的外功。分离过程的功耗存在 一个最低限度,即分离最小功。只有当分离 过程完全可逆时,分离消耗的功才是
2、分离最小功。叱一是分离过程必须消耗的有效能的下限,而 实际过程的有效能消耗也要比叱mn大去多倍。用热力学效率来衡量有效能的利用率,即W T min,Tn 77=-2 f 42多效精馆原理对于精储操作,分离消耗的 是热能,而不是机械能。右图 简要示明了此分离过程。精福操作受温度右下向塔 釜加入的热量且驱动,同时 在冷凝器中于温度,下取走 热量4 O两者的有效能之差 为精镭操作的净功耗:叽二4ThQdTl3 f 42多效精馆原理由于热交换过程中推动力温 差存在造成的有效能损失七7。在塔顶冷凝器、塔底再沸器 和其他一些辅助换热设备中,均需有一定的传热推动力温差 存在。当的热量从温度为右 的热源传到温
3、度为TL的热阱 时,其有效能损失为:(1 13Q 5QTl ThSDm=To可见,有效能损失与传热温差成正比4 f 42多效精馆原理例:在20atm丙烯丙烷精像过程中,塔顶丙烯冷凝温度 为48,塔釜丙烷沸点为57,二者温差为9,理论上净功耗 5为理论净功耗的6.1倍。5 f 42多效精馆原理F 1 F?z FnW2 Dn_i Wn多效精储原理6 f 42多效精储的节能效果多效精储的节能效果是以其效数来决定的。从理论上讲,与单塔相比,由双塔组成的双效精储的节 能效果为50%,而三效精镭的节能效果为67%,四效精 福的节能效果为75%o以此推,对于N效精馈,其节能效 果可用一个公式来表示:N-1=
4、-xlOO%N效数2345678910节能效果(%)5066.7758083.385.787.588.9907 f 42多效精储的节能效果当冷热介质间温差一定时,随着效数的增加,各效之间热 交换器的温差减小,因而传热 面积增加,给热交换器的设计 和加工制造带来一定的困难。,随着效数增加,节能效果增加 的越来越少。每增加一效,需 要增加塔和热交换器各一台,即随着效数增加,装置的投资费 用则越来越大;因此实际应用 中,以双效节能居多。负面影响8 f 42双效精储的流程分类平流双效精馈流程9 f 42双效精储的流程分类顺流双效精像流程100/42双效精懦的流程分类叫 R逆流双效精播流程11 f 42
5、操作压力的影响双效精储操作压力的组合方式有三种:加压常压;加压减压;常压减压。选择操作压力应当遵循以下几 个原则:(a)操作温度和压力不能高于 塔的承受能力,应存有一定裕度。(b)对热敏性物质,前效塔釜温 度不能高于其热分解或聚合温度O(c)前效塔顶蒸汽和后效塔釜 间必须存在合理的温差,一般应 高于10c,以实现热量传递。另外,前效塔釜温度 最好低于可用的,价格 低廉的热源温度,以避 免用价格高昂的加热介 质;后效塔顶温度最好 低至可用循环水冷却。从这些方面着手设计可 在很大程度上降低单位 产品的投资和操作费用。12 f 42多效精储的应用某甲醇分离塔,要将质量分数为60%的甲醇水溶液提 纯。
6、试分别采用单塔与双效塔进行分离,并比较当两种流 程产品一致时的能量利用情况。已知条件如下:进料温度为20,压力为101.325kPa,流率为 100kg/ho单塔的压力为塔L 325kPa,理论板数N=22,进 料理论板塔顶产品流率为63kg/h,摩尔回流比为 0.65 o(1)单塔流程 r-0COLUMN i-m13 f 42多效精储的应用Specifications v包o 会国nsetu白团。如。口。伫9-0伫9。母向 回 囹田用 团 ffi 田Simulation Options Stream Class Substreams Costing Options Stream Price
7、Units-Sets Custom Units Report Options meritsSpeci i cati ons Assay/BlendLight-End Properties Petro Characterization P s eudo c omp orient s Attr-Comps Henry Comps Moi store Comps UNIFAC Groups Comp-Groups Comp-Listsa/Selection Petroleum Nonconventional/Enterprise Database|Component IDTypeComponent
8、nameFormulaCH40MConventionalMETHA NOLCH 40H20ConventionalWA TERH20米Find Elec Wizard User Defined Reorder Review网Process Flo.Components.输入组分14 f 42多效精储的应用。Specificationsv S faG 口翩 nComponentsO Specifications|Assay/Blend Light-End Properties|Petro Characterization P s eudo c omp orient s Attr-Comps|He
9、nry Comps Moi sture Comps UNIFAC Groups Comp-Groups Comp-Lists|Polymers Attr-ScalingProperti esO Speci i cationsy|Property Methods|Estimation|Molecular Structurev|Parameters|Pure ComponentE Binary Interaction/Global|Flowsheet Sections|ReferencedProperty methods&modelsProperty method:Process type:ICO
10、MMON 1|nrtl B ase method:NRTL Henry components:Petroleum calculation optionsFree-water method:Water solubility:STEA M-TA Electrolyte calculation options Chemistry ID:|三“Use true-componentsI Modify property modelsQProcess Flo.Properties S.选择物性方法p厂厂15 f 42效精储的应用输入进料(FEED)条件孑的应用输入模块(COLUMN)参数17 f 42 多效
11、精储的应用lerrrO Setupa.rm iruviV包坐METCBA RVG,会N,XSetupRate-based Distillation SetuDesign SpecsVaryHeaters CoolersPumparoundsDecantersEfficienciesReactionsCondenser HcurvesReboiler HcurvesNQ CurvesTray Si zingTray RatingPack SizingPack RatingPropertiesEstimatesConvergenceAnalysisReportFeed streamsNameSta
12、geConventionFEEDEil男A bove-StageProduct streamsNameStagePhaseBasis Flow UnitsFlow ratioFeed specsDIST1LiquidMoleFeed basisBOT22LiquidMole科Process Flo.Block COLU.输入模块(COLUMN)进料位置18 f 42g的应用g Setup V 包|塞|metcbar v|ah-V N回 COLUMN 4O Setup。Rate-based Distillation Setu Design Specs亡)VaryM Heaters Coolers
13、PumparoundsDecantersM EfficienciesM Reactions|Condenser Hcurves Reboiler Hcurves亡NQ Curves|Tray Sizing|Tray Rating|Pack Sizing|Pack Rating,PropertiesM EstimatesM Convergence。Analysis四 Report4Configuration/Streams/Pressure/Condenser Therm口冲上|yReboiler|View:Top/BottomT op stage I Condenser pressureSta
14、ge 1 I Condenser pressure:1101.325|kPaStage 2 pressure(optional)Q Stage 2 pressure:barC Condenser pressure drop:barPressure drop for rest of column(optional)Stage pressure drop:Column pressure drop:g|Process Flo.Block COLU.输入模块(COLUMN)压力19 f 42 多效精储的应用Q Results 向弱 v/NStreamsBlocks司 COLUMNResultsSumm
15、ary Balance I Split FractionasaaaaaaProfiles Interface Profiles Efficiencies and HETP Transfer Coefficients Dimensionless Numbers EO Variables Stream Results Custom Stream ResultsResults Summary Run Status Strea/ns Convergence Utilities Custom Stream Summary Unit Operation Summary Equipment SummaryQ
16、DDaD科Process Flo.Control PanelBlock COLU.View:I Reboiler/Bottom stage 色 Basis:|Mole|Reboiler/Bottom stage performanceT emperature:Heat duty:Bottoms rate:Boilup rate:Boilup ratio:D100.017833 c(344559?|kW 二2.05380962|kmol/hr 二J3.56004431|kmol/hr 二|1.73338574Block COLU.查看再沸器结果20 f 42多效精储的应用Q Streams回重)
17、|v Results v H蒯等N+初 Streams日 Blocks-回 COLUMNResults Profiles|Interface Profiles Q Efficiencies and HETP Transfer Coefficients|Dimensionlews Numbers(.EO Variables Stream Results Custom Stream ResultsIts Summary Run Status Streams Convergence Utilities Custom Stream Summary Unit Operation Summary Equi
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