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化工节能技术|热偶精馏原理及应用

文章来源: 米乐M6app官网下载发布时间:2022-06-07 22:21
本文摘要:前言化学工业深入我们日常生活的方方面面,影响着我们的生活质量,是国家的重要支柱工业。化学工业的一个重要特点就是高能耗,但对能量的使用效率比力低,在我国能量的使用效率约莫是33%,比蓬勃国家约低10%。现在,人们越来越重视节能,外洋已经开发并应用了种种节能技术,作为化工专业的我们有须要相识这些节能技术。 现在比力常见的化工节能技术包罗热泵精馏、多效蒸发、多效精馏、侧线出料、热偶精馏(隔邻塔)、夹点技术等。科普化工将陆续推出化工节能技术专题系列,与大家一起交流学习。

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前言化学工业深入我们日常生活的方方面面,影响着我们的生活质量,是国家的重要支柱工业。化学工业的一个重要特点就是高能耗,但对能量的使用效率比力低,在我国能量的使用效率约莫是33%,比蓬勃国家约低10%。现在,人们越来越重视节能,外洋已经开发并应用了种种节能技术,作为化工专业的我们有须要相识这些节能技术。

现在比力常见的化工节能技术包罗热泵精馏、多效蒸发、多效精馏、侧线出料、热偶精馏(隔邻塔)、夹点技术等。科普化工将陆续推出化工节能技术专题系列,与大家一起交流学习。今天推出:热偶精馏原理及应用。

1. 热偶精馏事情原理热偶精馏就是一种通过气、液互逆流动接触来直接举行物料输送和能量通报的流程结构。在设计多塔时,为了制止在某些塔中使用冷凝器或者再沸器,可以从某个塔内引出一股液相物流作为另一塔的塔顶液相回流,也可以引出一股气相物流作为另一塔的塔釜的气相回流,从而实现热量的耦合,到达节能的目的,这就是热偶精馏的事情原理。

热偶精馏一般用于分散三组分体系的分散。2. 热偶精馏分类热偶精馏基本上可以分为不完全热偶精馏和完全热偶精馏。

不完全热偶精馏分为侧线蒸馏流程和侧线提馏流程,它比通例的双塔流程淘汰一个冷凝器或者再沸器,汽液流量相对好控。完全热偶精馏也叫Petlyuk热偶精馏,在工业上常将Petlyuk结构放在一个塔内,所以又叫隔邻塔(DWC),较通例的双塔精馏流程淘汰了冷凝器和再沸器,大大提高了热力学的分散效率。

2.1 不完全热偶精馏图1是不完全热偶精馏的侧线蒸馏流程,在侧线蒸馏塔流程中,可淘汰一个再沸器。图1 侧线蒸馏流程图1(a)在第一个塔塔底获得最轻的组分A,塔底采出重组分塔底釜液B和C的的液体混淆物,进入第二个塔,完成B和C的精馏历程,第一个塔的气相回流为第二个塔引出的气相B和C的混淆物,从而实现三个差别组分的分散。另一种侧线蒸馏结构如图1(b)所示,在主塔的塔顶的塔底划分获得最轻的组分A和最重的组分C,在加料板下方引出B和C重组分的气相混淆物,在侧塔举行分散,获得中间组分B,侧塔的液相回流物流侧塔冷凝器冷凝回流。

侧线提馏流程也是不完全热偶精馏流程,在侧线提馏塔流程中,可淘汰一个冷凝器,其精馏流程如图3(a)、(b)所示。图2 侧线提馏流程图3(a)在第一个塔塔底获得最重的组分C,塔顶采出轻组分塔底釜液A和B的的气体混淆物,进入第二个塔,完成A和B的精馏历程,第一个塔的页相回流为第二个塔引出的液相A和B的混淆物,从而实现三个差别组分的分散。

另一种侧线提馏结构如图3(b)所示,在主塔的塔顶的塔底划分获得最轻的组分A和最重的组分C,在加料板上方引出A和B轻组分的气相混淆物,在侧塔举行分散,获得中间组分B,侧塔的气相回流物流侧塔再沸器加热蒸汽回流。2.2 完全热偶精馏(DWC) 完全热偶精馏(DWC)是最常见的热偶精馏结构,其用主塔和副塔组成的庞大塔取代通例精馏塔序列,是具有可逆混淆特性的理想热力学系统。图3(a)是热偶精馏流程,副塔的作用是将混淆物举行开端分散,轻关键组分(A和B的混淆气体)全部由塔顶分出,而重关键组分(B和C的混淆液体)完全由塔釜采出,中间组分在塔顶、塔底之间分配。主塔的作用则是对副塔塔顶和塔底的物料进一步分散,在塔顶的到最轻的组分A,在塔底部获得最重的组分C,中间组分在主塔中部采得,实现了混淆产物的分散。

在热力学上与完全热偶精馏塔完全相同的是分开壁精馏塔,如图3(b)所示,分开壁精馏塔在精馏塔中间部门部设一垂直壁, 将精馏塔分成上段、下段及由隔板离开的精馏进料段及中间采出段四部门, 这一结构图3 完全热偶精馏流程可认为是完全热偶流程的的主塔和预分塔置于同一塔内,划分位于分开壁的两侧。3.热偶精馏的应用热偶精馏常用于分散三组分的系统,已乐成应用在工业上。本次模拟是分散乙醇-正丙醇-正丁醇体系,部门数据参考包老师的《化工盘算与软件应用》P153内容,大部门属于原创。

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3.1传统双塔精馏模拟假设有股物流,流量为5000kg/h,质量分数为乙醇0.2,正丙醇0.6,正丁醇0.2,分散要求为各组分的接纳率不低于0.99,物性方程选择wilson方程,泡点进料,压力为常压。在举行精馏模拟前,我们只知道分散要求,其他操作参数我们并不知道,因此我们可以通过DSTWU简捷模块获得其开端的操作参数。由于篇幅有限,且比力简朴,故本文不再详细先容,只给出模拟效果,效果见表3-1。

表3-1 简捷模拟效果塔1塔2理论板2220进料板88回流比3.211.07D:F0.24740.7853由简捷模拟得出的开端参数可以作为严格模拟的输入参数,但在大多数的模拟中简练模拟得出的参数并不准确,在严格模拟时很可能达不到分散要求,因此我们需要使用其模块中的设计划定功效对参数举行调整,接纳率设定为0.99,历程省略,效果见3-2。表3-2 严格模拟效果塔1塔2理论板2220进料板88回流比7.4663.421D:F0.24740.7806分散获得的三种产物质量分数划分为乙醇0.9706,正丙醇0.9932,正丁醇0.9709。3.2 热偶精馏(DWC)模拟按Columns/Multifrac/Petlyuk顺序找到Petlyuk模块(分壁塔模块),建设如图4的模拟流程。

图4 模拟流程图打开如下页面,并点击new,建立副塔2,如图5。图5 建立副塔2完成上述操作后可以依次完成塔的操作参数。首先是塔1,塔1仍然可以看作普通的严格精馏模块,因此其参数输入和严格精馏模块的输入参数一样,输入界面如图6图6 塔1参数输入对于理论板数我们可以凭据前面的传统双塔精馏模拟的数据举行估算,这里我们可以估算的大一点,不妨我们就取前面两塔的理论板数之和,即42块,其实这个数字已经大于其最优的理论板了,后期可以举行优化和分析选取合适的理论板数,这里不再讨论。

凭据上面的模拟效果我们先就选回流比为8,塔顶釆出乙醇,釆出量为1000kg/h。此外我们还需要对塔板温度举行估算,由于塔顶产物为乙醇,塔底产物为正丁醇,而且其纯度变化不会很大,故我们可以将传统双塔精馏模拟的塔板温数据填进去,只需填第一块和最后一块塔板温度,如图7。图7 塔板温度估算塔2的相关参数如图8所示。图8 塔2的操作参数接下来是收支物流的参数如图9图9 收支物流的参数设置完成上述参数后,还需完成最重要的一步,即联络线的参数设置。

主塔和副塔的联络需要4条物流线,所以我们要建立四条物流线,2条液相线,2条气相线。首先是第一条联络线,如图10。

图10 主塔到副塔的液相线参数设置第一条联络线即从主塔到副塔的液相线,凭据传统双塔流程的参数,取第8块塔板为联络线所在的塔板位置,其流率取公共段的液相下降流率的1/3,通过盘算可得约为2700kg/h。第二条联络线即从主塔到副塔的气相线,其设置如图11。凭据上面的效果,主塔到副塔的气相线所在的塔板位置为第28块,其流率取公共段的气相上升流率的1/3,盘算可得其流量为4500kg/h。

图11 主塔到副塔的气相线参数设置第三,四条联络线即从副塔到主塔的气液相线,其参数设置如图12和图13图12 从副塔到主塔的气相线参数设置图13 从副塔到主塔的液相线参数设置完成上述参数设置后,便可以直接运行,运行后效果如图14。由图14可以看到其基本到达传统双塔精馏分散效果。图14 运行效果4. 节能效果比力凭据对模拟盘算效果,我们很容易看到热偶精馏具有很好节能效果。

表4-3塔顶冷凝器热负荷(kw/h)塔底再沸器热负荷(kw/h)传统精馏-4544.74506.7热偶精馏-2112.82079.4节能(%)53.5153.86。


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