丙烯-丙烷热泵精馏节能分析.doc

热泵精憾分离丙烯-丙烷过程的节能分析1. 热泵精惚通过外加功将热量口低位传至高位的系统称为热泵系统热泵是 以消耗一定量的机械功为代价，把低温位热能温度提高到可以利用的 程度由于所获得的可以用热量远远超过输入系统的能量，因而节能热泵精馆的出发点是提高精馅过程中…部分能量的等级，用于自 身的再沸器加热需要热泵精镭尤其适用于低沸点物质的精馆，即塔 顶汽相需要冷冻水或其他制冷剂冷凝的系统；塔顶和塔底温差较小的 塔；被分离的物质沸点相近的难分系统丙烯沸点-47・4°C,丙烷沸点-42. 09°C,精憾时塔顶温度5.8°C, 塔底17°C,满足热泵精惚条件，可采用塔底液体闪蒸式热泵精啊， 如图1所示，以塔底液体为工质，塔底液体经减压阀闪蒸降温后，与 塔顶汽相换热，使之冷凝，同时使自身汽化，然后经压缩机压缩到与 塔底温度、压力和同状态后送入塔底作为塔釜加热热源，塔顶汽和冷 凝后回流图1•塔底液体闪蒸式热泵精僻示意图2. 分离任务现有压力为7. 70bar的一股饱和液休丙烯-丙烷混合物含丙烯0.6 （摩尔分数），流量为250kmol/h,精啊塔塔顶压力为6. 9bar, 塔底压力为7. 75baro用塔底液体闪蒸式热泵精精憾分离成摩尔分数 为0. 99的丙烯和0. 99的丙烷。

两组分的收率不低于0. 99o3. 单塔精馆采用Aspen Plus v7・2软件计算，先采用简捷精憾模块DSTWU,确定理论板数、进料位置以及回流比如图2所示图2. DSTWU简捷精憾因为丙烯-丙烷属于桂类组分，精憾过程加压操作，可以选择Peng-Rob方程，操作回流比取最小回流比的1. 6塔顶采用全凝器，模拟结果如表1所示表1. “DSTWU”模块计算结果最小回流比:9.35864816实际回流比:14.9738371最小理论板数:68.621192实际理论板数:98. 8847326进料位置:58.517693进料以上实际板数:57.517693再沸器热负荷:10.3866017MW冷凝器热负荷:10.4019928MW塔顶温度:5. 76868275°C塔底温度:17. 04931951采出率D/F:0. 601改用"RadFrac"严格精憾模块核算上述计算结果，并采用设计规定，使其达到分离要求，模拟流程如图3图3. "RadFrac"模块模拟流程回流比为16.3,进料位置65块板时达到分离要求计算结果如表2所示表2•严格精憾"RadFrac"模块计算结果单位D2F2W2物流來源T102T102物流去向T102相液相液相液相C3H6KMOL/HR149. 0031500. 997C3H8KMOL/HR1.24710098. 753WATERKMOL/IIR000C3H6摩尔分率0. 9920. 60.010C3H8摩尔分率0. 0080.40. 990塔顶温度5.8°C,冷凝器热负荷-11.24MW,塔底再沸器温度17 摄氏度，热负荷11.23MW,塔底釜液蒸发比26. 14o塔顶与塔底温差 仅11.2°C,温差很小，可以设置热泵把汽相压缩升温作为塔底再沸 器的热源，从而省去冷凝器和再沸器，节省能源。

4. 丙烯-丙烷热泵精憾计算塔底液体闪蒸式热泵计算流程图如图4所示图4.塔底液体闪蒸式热泵精憾计算流程图参照单塔计算结果设置热泵精憾，进料第65块塔板，无冷凝器 和再沸器，冷凝冋流液RECYCL位于第一块板，闪蒸再沸汽体RECYCL 位于第99块板上塔顶蒸发比26. 14,计算出闪蒸器FLASH的汽化 分率为：26. 14/ (1+26. 14) =0. 9634塔底温度17°C,设置闪蒸器出口温度17°Co塔顶回流比16.4,分流器D3的分流比:1/ (16.3+1) =0. 05747 o一般换热器设计吋，热端温差不能小于20°C,冷端温差不能小 于5°C,设置节流阀V103出口压力2. 5bar,节流闪蒸后的温度为 -19.5°C,与5.8°C的塔顶汽相物流换热，升温到-0.3°Co此时冷端 温差6. TC,热端温差25, 5°C,比较合适设置好模块以及流股后, 模拟计算结果如表3表3.塔底液体闪蒸式热泵精懾计算结果14)15202223 D3F31.RECYCLRECYCVVW3FroaV103El 03PIMPEl 03COMPRESSSPLITDUP1.T103SPLITFLASHT103FLASHToE103PUMPSPLITCOMPRESSFLASHT103V103T103T103E103Substream: MIXEDPhase:MixedLiquidLiquidVaporVaporLiquidLiquidLiquidLiquidVaporVaporLiquidComponent Mole F1owC3H6KMOL/HR31.216882593. 9072593. 90731.2168831.21688149.071815031.216882444.83530. 281982593. 9070.931904C3H8KMOL/HR2695. 13819.9086419. 908642695. 1382695. 1381. 144151002695. 13818.764492596. 28619.9086498.8527WATERKMOL/HR00000000Zoj00Component Mole Fract ioriC3H60.011450.9923830.9923830.011450. 011150. 9923830.60.011450. 9923830.011530. 9923839.34E-03C3H80. 988557. 62E-037.62E-030.988550.988557. 62E-030.40. 988557.62E-030. 988477. 62E-030.990661WATER00000000000刁Mole FlowKMOL/HR2726.3552613.8162613.8162726.3552726. 355150.2162502726.3552163. 62626. 5712613.81699. 7846Mass FlowKG/HR1. 20E+051. 10E+051.10E+051.20E+051.20E+056323.49110721. 751.20E+05L04E+051. 16E+051. 10E+05_4398. 275Volume FlowCUM/IIR5093. 192204. 1079204. 15562339& 78601.22711.7328220. 52139-.ri；192.42276929. 1617615. 5758.713532TemperatureC-19.48825. 7728155・ 855426-0.3456255.027325.85541911.8025517.007295. 855419175. 7765817PressureBAR2.56.97. 752.57.757.757.77.757. 757. V 1 .(.：丨6.9Y. 7-1373 1Vapor Fract ion0. 22937001110000110Liquid Fraction0. 770631100I111001Solid Fract ion00000000o000Molar EnthalpyKCAL/MOL28. 7426 0, 3894820.39156125. 171224. 30660. 39156111.210728. 74260. 39156125. 04024. 114575二28.8063Mass EnthalpyKCAL/KG-652. 152 9.2522339. 301627-571. 12-551.5039・ 301627-261.402-652. 1529.301627-568. 14997. 74267-653. 533Enthalpy FlowGCAL/HR78.36241.0180341.02346968.625766.26850.0588192. 8026878.36240. 9646565. 769810.75474-2.87442Molar EntropyCAL/MOL-K -81.3705 -52.7532-52. 7511-67. 3375 -66.5295-52.7511-62. 9237-81.6626-52.7511-68. 907-39. 398-81.7472Mass Ent ropyCAL/GM-K■1.84625-1.25316-1.25312-1.52785-1.50951-1.25312-1.4672-1.85288-1.25312-1.56346-0.93591-1.85462Molar DensityKMOL/CIM0. 53529112.8060512. 803060. 1165170.31697312.8030612. 1824111.4532812. 803060. 379060.3432211.45168Mass DensityKG/CVM23.59225539. 0833538. 95755. 13532313.97008538.9575522.467504.7856538. 957516.706431 I. 44818504.7638Average Molecular Weight44.0734442.0959942. 0959944.0734444. 07344•12. 0959942. 8869944.0734442. 0959944.。