【DJFC】带槽双射流气膜冷却数值研究_廖高良

分子蒸馏技术原理

1、分子蒸馏技术的基本原理 分子蒸馏不同于一般的蒸馏技术。它是运用不同物质分子运动平均自由程的差别而实现物质的分离,因而能够实现在远离沸点下操作。 根据分子运动理论,液体混合物的分子受热后运动会加剧,当接受到足够能量时,就会从液面逸出而成为气相分子,随着液面上方气相分子的增加,有一部分气体就会返回液体,在外界条件保持恒定情况下,就会达到分子运动的动态平衡。从宏观上看达到了平衡。 液体混合物为达到分离的目的,首先进行加热,能量足够的分子逸出液面,轻分子的平均自由程大,重分子平均自由程小,若在离液面小于轻分子的平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一冷凝面,使得轻分子不断被冷凝,从而破坏了轻分子的动平衡而使混合液中的轻分子不断逸出,而重分子因达不到冷凝面很快趋于动态平衡,不再从混合液中逸出,这样,液体混合物便达到了分离的目的。 2、分子蒸馏技术的特点 由分子蒸馏的原理可以看出，分子蒸馏有许多常规蒸馏所不具备的特点。 2.1分子蒸馏的操作真空度高。 由于分子蒸馏的冷热面间的间距小于轻分子的平均自由程，轻分子几乎没有压力降就达到冷凝面，使蒸发面的实际操作真空度比传统真空蒸馏的操作真空度高出几个数量级。分子蒸馏的操作残压一般约为0.1～1Pa数量级。 2.2分子蒸馏的操作温度低。 分子蒸馏依靠分子运动平均自由程的差别实现分离，并不需要到达物料的沸点，加之分子蒸馏的操作真空度更高，这又进一步降低了操作温度。 分子蒸馏在蒸发过程中，物料被强制形成很薄的液膜，并被定向推动，使得液体在分离器中停留时间很短。特别是轻分子，一经逸出就马上冷凝，受热时间更短，一般为几秒或十几秒。这样，使物料的热损伤很小，特别对热敏性物质的分离过程提供了传统蒸馏无法比拟的操作条件。 3.4分子蒸馏的分离程度更高。 ,由分子蒸馏的相对挥发度可以看出： x式中：M1————轻分子分子量； M2————重分子分子量 而常规蒸馏相对挥发度α=P1/P2 ，由于M2 ＞M1 ，所以ατ＞α。2 q+ p1 d2 `1 J/ u 由以上特点可以看出，分子蒸馏技术，能分离常规蒸馏不易分离的物质，特别适宜于高沸点、热敏性物质的分离。 分子蒸馏是一种在高真空（<10Pa）条件下，在加热面上被蒸发的分子经过尽可能短的距离到达冷凝面进行冷凝，从而实现液-液分离的蒸馏过程。它具有蒸馏温度低、蒸馏真空度高、受热时间短、分离程度高等优点，是一种较新的尚未广泛运用于工业化生产的分离技术。 物料从上法兰盖进入分子蒸馏器，通过转子上的分配盘将物料连续均匀的分布到垂直的筒体加热面上，物料靠重力下降的同时，被旋转的刮膜装置在加热面强制形成极薄的湍流状液膜。 被蒸发的分子经过很短的距离到达内置冷凝器并冷凝下来，通过蒸发器底部的出料口排出，重组份进入短程蒸馏器的残渣收集槽并从侧面的出口排出。其蒸馏过程分以下几个步骤： 物料在加热面上形成液膜 分子在液膜表面上蒸发 被蒸发的分子从加热面向冷凝面运动 被蒸发的分子在冷凝面上冷凝 蒸馏物和残留物的收集排放 ◆真空度高、蒸馏温度低 分子蒸馏器及其配套设备充分考虑到分子蒸馏的要求，确保最小的空气泄漏率，并根据具体工艺要求，配置最合理的真空系统及其附属设备，使分子蒸馏器内部能稳定处于高真空状态（0.1Pa～10 Pa），此外由于刮膜装置在加热面上强制形成极薄的湍流状液膜，在较低的蒸馏温度下，被蒸发的分子经过很短的距离到达冷凝面并冷凝下来。

气膜孔的位置对涡结构和气膜冷却效率的影响

一收稿日期:２０１８￣０５￣０７一一一一一 一基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助(Ｎｏ.１７ｌｇｊｃ４１)? 一作者简介:陈志涯(１９９０￣)?男?博士研究生?主要从事流动结构研究? 气膜孔的位置对涡结构和气膜冷却效率的影响 陈志涯?詹杰民?龚也君?胡文清 (中山大学工学院应用力学与工程系?广州５１０２７５) 摘要:在燃气轮机中?气膜冷却技术能有效地从高温燃气中保护涡轮叶片?如何提高气膜冷却效率是气膜冷却研究的热点问题?使用大涡模拟(ＬＥＳ)模型分析了平板气膜孔在吹风比为０.５工况时气膜孔下游的速度分布?并与实验进行对比验证?在相同吹风比下?通过模拟叶片上不同气膜孔的位置相应的入口速度分布?研究其对气膜冷却效率的影响?以及对气膜冷却过程中占主导地位涡结构的形成和发展的重要影响?随着气膜孔的位置靠后?湍流边界层随之增厚?滚子涡和肾型涡对生成加快?涡强增大?涡核脱离壁面?从而影响气膜冷却效率?湍流边界层的变化对流向和展向的气膜冷却效率和冷却覆盖范围有明显的影响?关键词:燃气轮机?气膜冷却?大涡模拟?湍流边界层 分类号:ＴＫ４７一一一文献标识码:Ａ一一一文章编号:１００１￣５８８４(２０１９)０１￣００２９￣０４ ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｓｏｆＦｉｌｍ￣ｃｏｏｌｉｎｇＨｏｌｅＰｏｓｉｔｉｏｎｏｎＶｏｒｔｅｘＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＦｉｌｍＣｏｏｌｉｎｇＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＣＨＥＮＺｈｉ￣ｙａ?ＺＨＡＮＪｉｅ￣ｍｉｎ?ＧＯＮＧＹｅ￣ｊｕｎ?ＨＵＷｅｎ￣ｑｉｎｇ (１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ? ＳｕｎＹａｔ￣ｓｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０２７５?Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｇａｓｔｕｒｂｉｎｅ?ｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｏｔｅｃｔｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓｆｒｏｍｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｓ.Ｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓａｈｏｔｉｓｓｕｅｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇ.Ｔｈｅｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｆｌａｔｆｉｌｍ￣ｃｏｏｌｉｎｇｐｌａｎｅｗｈｅｎｂｌｏｗｉｎｇｒａｔｉｏｅｑｕａｌｓ０.５ｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇＬａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ(ＬＥＳ)ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ.Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ?ｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｂｌｏｗｉｎｇｒａｔｉｏ?ｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆｉｌｍ￣ｃｏｏｌｉｎｇｈｏｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｂｌａｄｅｏｎｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ.Ｉｔ'ｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒａｔｔｈｅｉｎｌｅｔｈａｖｅａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｄｏｍｉｎａｔｅｄｖｏｒｔｅｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ.Ｗｉｔｈｔｈｅｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇｏｆｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒ?ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｒｏｌｌｅｒｖｏｒｔｅｘａｎｄｋｉｄｎｅｙ￣ｔｙｐｅｖｏｒｔｅｘｐａｉｒｉｓａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ?ｔｈｅｖｏｒｔｉｃｉｔｙｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ?ａｎｄｔｈｅｖｏｒｔｅｘｃｏｒｅｉｓｓｅｐａｒａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｗａｌｌｓｕｒｆａｃｅ?ｔｈｅｒｅｂｙａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｈａｓｏｂｖｉｏｕｓｅｆｆｅｃｔｓｏｎｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｃｏｏｌｉｎｇｃｏｖｅｒａｇｅａｌｏｎｇｂｏｔｈｏｆｆｌｏｗｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｓｐａｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇａｓｔｕｒｂｉｎｅ?ｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇ?ｌａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒ ０一前一言 在燃气轮机中?气膜冷却技术能有效地防止叶片被高温的燃气过分加热而产生热疲劳?在气膜冷却的整个过程中?大量的涡结构由于冷却射流和主流边界层的强烈混合而产生?会极大地影响局部的传热系数和气膜冷却的效率?现阶段?国内外已经有众多实验研究提高气膜冷却效率?这些研究一部分集中于最优化气膜孔的形状?Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ等人[１]通过实验研究了不同形状的气膜孔和不同的空气密度的影响?发现通过扩大气膜孔的出口宽度可以很有效地提高气膜冷却效率?Ｇｒｉｔｓｃｈ等人[２]和Ｆｏｒｇｈａｎ等人[３]研究了扩张气膜孔对冷却效率的影响?刘晓红等人[４]通过设计不同的辅助性的小气膜孔?研究其对主要射流的气膜冷却效率的影响?Ｙｕｅｎ等人 [５] 和Ｌｅｅ等人 [６] 对不同射流夹角的气膜 孔模拟并研究了在气膜冷却过程中的特征结构?另一些研究通过改变射流喷射的方式来提高冷却效率?Ｅｋｋａｄ等人[７]研究周期性喷射的小孔对气膜冷却效率的影响?Ｃｏｕｌｔｈａｒｄ等人[８?９]和Ｂｉｄａｎ等人[１０?１１]发现在气膜孔周期性地开启射流时会产生强烈的扰动从而产生很强的涡结构?导致气膜冷却效率的降低?李硕等[１２]应用ＬＥＳ研究了不同吹风比对具体涡结构和冷却效率的影响? 气膜冷却效率不仅与气膜孔的形状和射流方式有关?还与其在叶片表面的位置有关?在涡轮叶片的不同位置具有不同的速度分布?距离叶片前缘越远?其湍流边界层越厚?本文关注在叶片不同位置的入口速度分布对气膜孔冷却效率的影响?应用大涡模拟方法模拟分析瞬态的气膜冷却过程中冷却射流与主流热气之间的强烈掺混过程?并研究气膜孔的位置对流向和展向的平均冷却效率的影响? 第６１卷第１期汽一轮一机一技一术Ｖｏｌ.６１Ｎｏ.１ ２０１９年２月 ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｆｅｂ.２０１９

1-费维扬-化工分离过程强化的若干新进展

化工分离过程强化的若干新进展 费维扬，罗淑娟，赵兴雷 （化学工程联合国家重点实验室（清华大学），北京100084）摘要: 介绍了化工分离过程的重要性、复杂性、多样性及面临的机遇和挑战。分析分离过程强化的新特点，并对它在过程工业可持续发展中的意义和作用进行讨论。 关键词：分离过程；过程强化；新分离技术；新特点 Recent advances on separation process intensification FEI Wei-yang, LUO Shu-juan, ZHAO Xing-lei （State Key Laboratory of Chemical Engineering(Tsinghua University), Beijing 100084, China） Abstract: The importance, diversity, complexity of chemical separation process and the challenge it faced are introduced in this paper. The new characteristics of separation process intensification are analyzed. Its significance and impact on sustainable development of process industry are also discussed Key words: separation process; process intensification; new separation technology; new characteristic 1概述 1.1 化工分离过程的重要性 化工分离过程是化学工程的1个重要分支，从原料的精制，中间产物的分离，产品的提纯和废水、废气的处理都有赖于化工分离技术[1-2]。绝大多数反应过程的原料和反应所得到的产物都是混合物，需要利用体系中各组分物性的差别或借助于分离剂使混合物得到分离提纯（见图1）。化工分离过程的应用遍及能源、资源、环保、生物、新材料等领域，无论是石油炼制、塑料化纤、湿法冶金、同位素分离，还是生物制品精制、纳米材料制备、烟道气脱硫和化肥生产等等都离不开化工分离过程。它往往是获得合格产品、充分利用资源和控制环境污染的关键步骤。 图1 化工分离过程的重要性 分离过程是耗能过程，设备数量众多，规模巨大。在1 000万t常、减压和100万t乙烯等特大型石化装置中，塔径10m以上的分离塔比比皆是。随着新产品的不断出现，对分离过程提出了越来越高的要求。例如医用的O18稳定同位素分离需要约2 000个理论级。化工分离过程通常占过程工业设备费和操作费的40%～70％[3]，对过程的技术经济指标和产品的成本具有重要的影响。随着节能减排要求的提高

气膜冷却流场和温度场特性的高速纹影研究

目录 摘要................................................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................................... II 第一章绪论 (1) 1.1课题研究的背景、目的及意义 (1) 1.2气膜冷却技术研究综述 (1) 1.2.1国内气膜冷却技术研究 (2) 1.2.2国外气膜冷却技术研究 (3) 1.3流体显示与测量技术 (5) 1.3.1国内流体显示与测量技术研究 (5) 1.3.2国外流体显示与测量技术研究 (5) 1.4纹影技术研究综述 (6) 1.4.1国内纹影技术研究 (6) 1.4.2国外纹影技术研究 (8) 1.5本课题主要内容 (8) 1.5.1研究目的 (8) 1.5.2研究内容 (8) 1.5.3创新点和重点 (8) 第二章实验部分 (10) 2.1实验装置介绍 (10) 2.1.1纹影光路系统 (10) 2.1.2直流风洞系统 (11) 2.1.3射流供气系统 (11) 2.1.4高速摄影系统 (12) 2.2纹影技术概述和基本原理 (12) 2.2.1纹影技术概述 (12) 2.2.2纹影技术基本原理 (16) 2.2.3纹影仪的操作方法和注意事项 (18) 2.3纹影光学系统验证实验 (19)

化工过程强化的发展现状

化工过程强化的发展现状 目录 1.前言 (2) 2. 发展 (2) 2.1 起源和历史 (2) 2.2 以硬件为主的化工过程强化 (3) 2.3 强调硬件和软件结合的化工过程强化 (3) 2.4 耦合技术迅速发展 (3) 2.5 信息技术对化工过程强化发挥越来越大的作用 (3) 2.6 从实现可持续发展的高度来推动化工过程强化 (4) 3. 化工过程强化的作用 (4) 4. 化工过程强化手段分析 (4) 4.1 化工过程强化设备 (4) 4.1.1 多功能反应器 (4) 4.1.2 微反应器 (5) 4.1.3 旋转盘反应器和超重力反应器 (5) 4.1.4 新型催化反应器 (6) 4.1.5 超声波反应器 (6) 4.2 化工过程强化技术 (7) 4.2.1 膜技术 (7) 4.2.2 脉动燃烧干燥技术 (7) 4.2.3 超临界流体技术 (7) 4.2.4 离子液体 (7) 4.2.5 微化工技术 (8) 4.3 其它方法 (8) 5. 化工过程强化应用实例 (9) 5.1 超重力法合成纳米颗粒 (9) 5.2 悬浮床催化蒸馏的应用(SCD新工艺合成异丙苯) (10) 6. 问题与挑战 (11) 参考文献 (12)

1.前言 我们的生活与化学工业息息相关，医药、塑料、橡胶、汽油等都是化学工业制造的，这些工业是高利润的产业，是国民经济的支柱，但在这些产品的化工生产过程中所存在的高能耗、高污染等问题一直以来都是实现可持续发展首要解决的问题[1]。强化化工过程使之达到高效、节能和无污染，是解决过程工业带来的“发展-污染”的矛盾和实现可持续发展的有效手段。 化工过程强化就是通过技术创新，改进工艺流程，在实现既定生产目标的前提下，通过大幅度减小生产设备的尺寸、减少装置的数目等方法来使工厂布局更加紧凑合理，单位能耗更低，废料、副产品更少。广义上说，过程强化包括新装置和新工艺方法的发展：一是生产设备的强化，包括新型反应器、新型热交换器、高效填料、新型塔板等；二是生产过程的强化，如反应和分离的耦合（如反应精馏、膜反应、反应萃取等）、组合分离过程（如膜吸收、膜精馏、膜萃取、吸收精馏等）、外场作用（离心场、超声、太阳能等）以及其他新技术（如超临界流体、动态反应操作系统等）的应用等[2]。所以过程强化是国内外化工界长期奋斗的目标，也是化学科学和工程研究的主要成果之一。 化工过程强化是国内外化工界长期奋斗的目标，近年来更加引起了人们的重视。在美国等许多发达国家，化工过程强化被列为当前化学工程优先发展的三大领域之一。英国将重点放在基础研究上，法国则重视理论模型的建立，德过侧重实验技术和工程研究等，日本在生物工程和新材料的研究方面投入了很大的力量，加拿大和澳大利亚则以资源利用为研究重点等。我国化学工程研究和应用也取得了重大的进展。例如石油工业的崛起大大推动了催化剂、反应工程和精馏技术的发展，核燃料后处理和湿法冶金的发展推动了溶剂萃取技术水平的提高等[1~2]。目前，化工过程强化技术已被列为“十一五”首批启动的国家“863”计划的中的项目之一，以实现节能减排。 2. 发展 随着现代过程工业的发展，产品不断更新，环保要求日益提高，建设生态经济和实现可持续发展的要求更为迫切。因此，人们力图灵活应用化学工程的原理和方法，致力于过程强化，即通过技术创新，改进工艺流程，提高设备效率，使工厂布局更紧凑，单位能耗更低，三废更少。应该说，过程强化是国内外化工界长期奋斗的目标，也是化学科学和工程研究的主要成果之一，化工过程强化被列为当前化学工程优先发展的领域之一。可以说，当前人们对化工过程强化认识达到了前所未有的高度。从最初对化工过程的认识到现在多种多样的化工过程强化技术的产生，化工过程强化经历了许多转变和发展。 2.1 起源和历史 过程强化的历史最早可追溯到上世纪70年代末。当时，英国化学工业公司首先将此概念用于生产过程，以减少投资。上世纪90年代中期，国际上出现的以节能、降耗、环保、集约化为目标的化工过程强化技术，是当前化学工程优先发展的三大领域之一。2005年7月，在英国召开的第七届世界化学工程学术会议上，过程强化是最热门的研究方向之一。自此，人们对化

化工过程强化技术研究进展

化工过程强化技术研究进展 摘要：化工过程强化技术是节能减排的重要途径，简要介绍了化工过程强化技术及其实现途径，阐述了静态混合反应器、膜催化反应器、反应蒸馏、超临界萃取和超声波反应器等化工过程强化技术。 关键词：化工过程强化化工装置化学反应化学过程 1前言 化工过程的最终目标是将原材料全部转换为符合要求的产品，实现生产过程的零排放。化学工业生产的一个明显趋势是安全、清洁、高效节能的生产[1]。目前我国的能源消耗主要集中在化工生产过程中。“十一五”期间国家制定了节能减排的目标，化工界刮起了一阵低碳经济节能减排的热风。如何在化工生产过程中有效地降低能耗，是科学家、工程师以及化工企业管理者的共同目标。为了实现这一目标，我们既可以从化学反应本身入手，寻找新的催化剂和工艺过程，也可以从反应器和设备入手，采用新的技术和设备，实现化工过程的强化。其中，化工过程强化是实现化工生产过程节能减排降低能耗的有效手段。 2化工过程强化及其实现途径 化工过程强化技术是指能显著减小工厂和设备体积、高效节能、清洁和可持续发展的化工新技术[2]。化工过程强化的实现途径主要包括设备强化和过程集成两个方面。 设备的强化也就是设备的小型化微型化，主要包括反应器和单元操作设备两个方面，如撞击流式反应器、静态混合反应器、超重力吸收反应器、微分反应器、超声波反应器等。随着科技的不断进步，近些年来开发了许多新型的反应器和单元操作设备，其中有不少应经应用于工业生产，并取得了显著的效果。这些新型的反应器被运用于合适的化工过程中，可以显著减小设备的体积，并能够显著增加设备的生产能力，从而强化了生产过程。 过程集成主要是指化工过程集成化，主要包括化学反应与分离、换热、物质相变的集成，组合分离，还有替代能源，超临界流体和离子液体，非定态操作等新技术。过程集成的技术实质是反应-分离多序的综合，质量交换网络、热量交换网络等多种综合优化，不仅要考虑稳态过程的综合，同时又考虑动态过程的特性，是一项系统的生产优化和设计优化技术[3]。 3化工生产中的过程强化技术 3.1静态混合反应器

精馏过程的节能降耗

炼油、石化生产过程中大量存在的分离、换热和反应工序,节能潜力巨大。能源是社会发展和进步的重要物质基础。我国的能源储量以及一次能源的开发和消费量居世界前列,而能源的总利用率则远低于欧美和日本。化学工业是个耗能大户,能耗量约占全国能源总消费的9%-10%,占工业用能的13%-15%,因此,化工节能对缓解我国能源的供需矛盾影响很大。在当前世界性的能源危机面前,化学工业必须首先关注节能降耗和节能新技术的研究应用。本文就我国化学工业中最普通也是能耗较多的分离过程这一领域中的一些节能现状作一粗略介绍。 一精馏过程的节能降耗 精馏技术是化工领域中最为成熟，应用最为广泛且必不可少的单元操作，同时也是工业过程中能耗和设备投资高的设备，在炼油、石化等行业中，其能耗占全过程总能耗的一半以上。因此对精馏过程节能技术的研究具有极其重要的意义。国内外已开发并应用了一些节能型耦合精馏塔，如反应精馏塔（Reactive Distillation Column）、热耦合精馏塔（Petlyuk Column）、隔板精馏塔（Dividi Wall Column，简称DWC）等。 精馏过程的节能主要有以下几种基本方式:提高塔的分离效率,降低能耗和提高产品回收率;采用多效精馏技术;采用热泵技术等。 1.1板式塔 1.1.1高效导向筛板 高效导向筛板具有生产能力大、塔板效率高、塔压降低、结构简单、造价低廉、维修方便的特点,目前已广泛应用于化学工业、石油化工、精细化工、轻工化工、医药工业、香料工业、原子能工业等。 1.1.2板填复合塔板 板填复合塔板充分利用板式塔中塔板间距的空隙,设置高效填料,以降低雾沫夹带,提高 气体在塔内的流速和塔的生产能力。同时气液在高效填料表面再次传质,进一步提高了塔板效率。由于负荷下限未变而上限大幅度提高,因此塔的操作弹性也大为提高。板填复合塔板已在石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多种物系中得到成功应用。 1.1.3复杂精馏塔 传统的精馏塔及其精馏序列已不适应当前过程集成、设备集成的发展趋势。武吴宇【1】等进行了复杂精馏塔的研究,与传统精馏塔的一股进料二股产品的精馏塔比较,能够产生相当大的能量消耗及成本上的节约。复杂塔还适合更新设计,因为它经常可以通过对现有塔进行微小的改动来实行。在所有可能的多组分精馏过程新方案中,热偶精馏在能量和投资费用的节约上都非常有前途。他们采用Underwood方程和Vmin分析了多组分热偶精馏的最小能耗;主要探讨了用详细的塔模型来进行多组分热偶精馏塔的设计,所建立的塔模型既能够描述传统塔又可以描述热偶精馏塔,并允许不同的选择结构互相比较:提出了以能量消耗最小为目标的,多组分混合物分离的热偶精馏序列的整体优化方法。他们以四组分烷烃混合物的分离为例,根据详细的热偶精馏塔数学模型,计算了热偶精馏的能耗、年总费用,并比较了各种热偶方案的节能效果。以能量消耗最小为目标,对两种热偶精馏序列进行了整体优化。 1.2填料塔 填料是填料塔最重要的传质内件,其性能主要取决于填料表面的湿润程度和气液两相流体分布的均匀程度。 1.2.1新型高效规整填料 高效导向筛板是北京化工大学科研人员在对包括筛板塔板在内的各种塔板进行深入研究、综合比较的基础上,结合塔板上流体力学、传质学的研究结果。 新型高效规整填料主要包括金属板波纹填料和金属丝网波纹填料两大类,在将其进行物理的和化学的方法处理后,填料的分离效率大为提高。主要优点有:(1)理论塔板数高,通量大,压力降低;(2)低负荷性能好,理论板数随气体负荷的降低而增加,没有低负荷极限;(3)放大效应不明显;(4)适用于减压精馏,能够满足精密、大型、高真空精馏装置的要求,为难分离物系、热敏性物系及高纯度产品的精馏分离提供了有利的条件。 1.2.2新型高效散堆填料 (1)金属鲍尔环填料,它采用金属薄板冲轧制成,由于在环壁上开了许多窗孔,使得填料层 内的气、液分布情况及传质性能比拉西环有较大的改善。(2)金属阶梯环填料,这种填料降低