第四章=工业过程的耦合与强化.ppt

第四章: 工业过程的耦合与强化主要内容 过程耦合与过程强化; 过程耦合与过程强化的根本原理； 过程耦合与过程强化的应用； 例子一：一个理想二元蒸馏塔的耦合设计 例子二：一个理想二元蒸馏塔的强化设计过程耦合 (Process Integration) 过程耦合的定义； 通过物质与能量利用的优效关联,进步系统的热力学效率 过程耦合的分类； 1.物质耦合(MassIntegration) 2.能量耦合(EnergyIntegration) 过程强化 (Process Intensification) 过程强化的定义； 将多个操作耦合在一个单元之中,加强物质与能量耦合的效果,能降低投资费用和操作费用 过程强化的特点； 打破了常规设计在系统构造上的制限耦合设计的指导思想 追求平衡操作的极限;强化设计的指导思想打破平衡的制限; 反响平衡 反响蒸馏塔 汽液平衡 超重力蒸馏塔， 膜蒸馏塔进展耦合与强化设计的意义 节省操作能耗与/或设备投资本钱； 推动绿色工业设计的实现；例子: 一个理想二元蒸馏塔设计 给定一个二元精馏塔，别离由物质A和B组成的混合物进料流量为100mol/s,进料浓度是A:B=0.5:0.5。

塔顶产品浓度为0.95(A), 塔底产品浓度也为0.95(B) 操作压力是9bar气化潜热为6944cal/mol(满足衡分子流假设)塔板稳态滞液量为1mol冷凝器和再沸器的稳态液量分别为30mol汽液平衡计算塔内气液平衡按下式计算：Pj=xA,jPAs+xB,jPBs(1)yi,j=xi,jPis/Pj(2)饱和蒸汽压按下式计算：LnPis=Avp,iBvp,i/Tj(3)A(Avp/Bvp)=11.6531/3862B(Avp/Bvp)=12.3463/3862理想二元蒸馏塔的根本构造理想二元蒸馏塔的能量耦合设计-对提馏段放热设计Qcon A A/B B Qreb Qs Qcon T H Qreb Qs 理想二元蒸馏塔的能量耦合设计-对精馏段吸热设计Qcon T H Qreb Qs Qcon A A/B Qreb Qs 理想二元蒸馏塔的能量耦合设计-内部热耦合蒸馏塔的概念理想二元蒸馏塔的能量耦合设计-外部热耦合蒸馏塔的概念三元蒸馏塔物质耦合设计-隔离壁蒸馏塔三元蒸馏塔物质耦合设计-隔离壁蒸馏塔DWC与常规精馏序列的比较常规制造过程的缺陷 先反响后别离的设计理念; 需要多个设备相连接,较高的投资本钱; 拓扑构造限制了耦合设计的可能性。

反响蒸馏塔的提出反响蒸馏塔的强化设计Li,Ping,KejinHuang,Quanquan Lin; “AGeneralized MethodfortheSynthesisandDesign of ReactiveDistillationColumns,ChemicalEngineeringResearch & Design,x,xx(2021).现有的反响蒸馏塔的强化设计(aA aC aD aB)我们提出的反响蒸馏塔的强化设计 (aA aC aD aB)Chen Haisheng, Kejin Huang, and Shaofeng Wang; “Reactive Distillation Design for Mixtures with the Most Unfavorable Relative Volatilities, AIChE Journal (submitted).总结 本章介绍了工业过程的耦合设计与强化设计的根本概念与原理, 前者能进步操作效率, 而后者既能进步操作效率,又能降低投资本钱 耦合设计与强化设计依赖于对过程的深化认识与理解，需要高度的技巧 通过一个理想二元蒸馏塔, 显示了进展耦合设计与强化设计的有效性。

作业-1: 根据以以下图, 分析过程耦合与过程强化的可能性CA,B,DABA,BDA+BC+D作业-2:试通过计算说明内部热耦合蒸馏塔节能的可能性阅读文献1. Smith, R.; Chemical Process Design, McGraw-Hill, New York (1995). 2. M. M. El-Halwagi, Pollution Prevention through Process Integration (1st ed.), Academic Press, New York, USA (1997).。