连续精馏装置的热量衡算和节能
摘要：对连续精馏装置进行热量衡算，可以求得冷凝器何在废弃的热负荷以及冷却介质和加热介质的消耗量，并为设计这些换热设备提供基本数据。
关键词：节能 热量衡算
Continuous distillation unit heat balance and energy conservation Abstract：Continuous distillation unit heat balance, heat load, as well as the cooling medium and the condenser what is abandoned and the consumption of the heating medium can be obtained, and provide basic data for the design of heat exchanger equipment.
Keywords：energy conservation heat balance
前言：在精馏过程中需要消耗大量的能量，即加入再沸器的大部分热量要在塔顶冷凝器中被取走。在完成精馏分离任务的前提下，如何降低精馏过程的能耗，是一个重要课题。
1. 冷凝器
对全凝器做热量衡算，以单位时间为基础，并忽略热损失，则有
=V
因V=L+D=(R+1)D，带入上式并整理，得
式中Qc―――全凝器的热负荷，kJ/h；
―――塔顶上升蒸汽的焓，kJ/kmol； ―――塔顶馏出液的焓，kJ/kmol。
冷却介质消耗量可按下式计算，即
式中
―――冷却介质消耗量，kg/h； ―――冷却介质的比热容，kJ/(kg
·)； ―――分别为冷却介质在冷凝起的进出口处的温度，
2. 再沸器的热负荷
对再沸器做热量衡算，以单位时间为基准，则
加热介质消耗量可用下式计算
式中
―――加热介质消耗量，
kg/h;
―――分别为加热介质进、出再沸器的焓，kJ/kg。
若用饱和蒸汽加热，且冷凝液在饱和温度下排出，则加热蒸汽消耗量可按下式计算，即
式中 r―――加热蒸汽的汽化热，kJ/kg。
应指出，再沸器的热负荷也可以通过全塔的热量衡算求得。
通过对同一精馏塔的不同进料温度进行计算，可以看出进料状况又冷料变为气液混合物，q值由大变小，此时精馏段的操作线斜率不变，而提馏段的操作线斜率变大，使两段操作线更靠近平衡线，即传质推动力减小，使理论版层数增加。由此可见，从传质角度而言，宜将热量加入塔底，即选择冷料进料，这样可以提供更多的回流。
由全塔热量衡算可知，进料带入的热量、塔底再沸器提供的热量及塔顶全凝器带出的热量，三者具有一定的关系。当回流比R一定时，全凝器带出的热量和冷却水用量均为定值。
随着进料带入热量增加（即q值减小），塔底再沸器供热必将减小，加热蒸汽消耗量降低，但全塔总的耗热量是一定的。从
废热回收利用和能量品位而言，加热原料所需能量的品位较低，且多可利用废热。因此生产实际中仍多采用热料进料。
3. 精馏过程的节能
精馏过程需要消耗大量能量，过程的优化设计和优化操作（控制）是节能的基本途径。具体的措施如下：
1) 选择经济合理的回流比，是精馏过程节能的首要因素。选用 一些新型的板式塔或高效的填料塔，有可能使回流比大为低。
2) 回收精馏装置的余热，以用作本装置或其他系统的热源，也是精馏过程节能的有效途径。例如利用塔顶蒸汽的潜热以直接预热原料，将馏出液和釜残液的显热作其他热源等。
3) 对精馏过程进行优化控制，减小操作裕度，使其在最佳工况下操作，可确保过程能耗为最低。此外在多组分精馏中，合理地选择操作流程，也可达到节能的目的。
从精馏过程的热力学分析可知，减少有效能损失，是精馏过程节能的有效手段。目前工程上应用的有以下几种方式。
1) 热泵精馏
热泵精馏是利用热泵来提高塔顶蒸汽的品味使之能作为再废弃的热源，这样就回收了塔低低温蒸汽的潜热，起到了节能效果。
热泵精馏可分为直接蒸汽压缩式和间接蒸汽压缩式两种。
前者如图所示。将塔顶蒸汽绝热压缩后升温。然后作为再沸器的热源，使再沸器中的液体部分汽
化。而压缩气体本身被冷凝为液
体，经节流阀后一部分液体作为塔
顶回流液，另一部分作为塔顶产
品。除开工阶段外，可基本上不再
需要向再沸器提供另外的热源，该
法节能效果显著，但对热泵的密封
性能要求高，以防止分离系统受污
染。简介蒸汽压缩法是采用中间介
质循环，该法不会污染物系，但降低了节能效果。
2) 多效精馏
多效精馏的原理与多效蒸发的相似。它是将前级塔顶蒸汽直接作为后级塔釜的加热蒸汽，这样可以充分利用不同品位的热源。
多级精馏的流程是采用压强依次降低的若干个精馏塔的串联操作，前一精馏塔（高压塔）塔顶蒸汽在后一精馏塔（低压塔）的再沸器中冷凝，同时作为低压塔的热源。这样仅第一效需要外部加热，末效需要塔顶冷却，中间精馏塔不必引入加热介质和冷却介质。应指出，在多效精馏中，进料是分别引入各塔中进行并联操作的。
多效精馏的效果（塔数）受到第一效加热蒸汽压强和末效冷
前者如图所示。将塔顶蒸汽绝热压缩后升温。然后作为再沸器的热源，使再沸器中的液体部分汽
化。而压缩气体本身被冷凝为液
体，经节流阀后一部分液体作为塔
顶回流液，另一部分作为塔顶产
品。除开工阶段外，可基本上不再
需要向再沸器提供另外的热源，该
法节能效果显著，但对热泵的密封
性能要求高，以防止分离系统受污
染。简介蒸汽压缩法是采用中间介
质循环，该法不会污染物系，但降低了节能效果。
2) 多效精馏
多效精馏的原理与多效蒸发的相似。它是将前级塔顶蒸汽直接作为后级塔釜的加热蒸汽，这样可以充分利用不同品位的热源。
多级精馏的流程是采用压强依次降低的若干个精馏塔的串联操作，前一精馏塔（高压塔）塔顶蒸汽在后一精馏塔（低压塔）的再沸器中冷凝，同时作为低压塔的热源。这样仅第一效需要外部加热，末效需要塔顶冷却，中间精馏塔不必引入加热介质和冷却介质。应指出，在多效精馏中，进料是分别引入各塔中进行并联操作的。
多效精馏的效果（塔数）受到第一效加热蒸汽压强和末效冷
却介质温度的限制，常见的是采用双效精馏。
3) 设置中间再沸器和中间冷凝器
通常，精馏塔是在温度最高的塔底再沸器加入热量，而在温度最低的塔顶冷凝器处移除热量。这种操作的缺点是热力学效率低、操作费用高。采取在提馏段设置中间再沸器和在精馏段设置中间冷凝器，可以部分克服上述缺点，达到节能和节省操作费用的目的。这是因为精馏过程的热能费用取决于传热和载体的温位。在塔内设置中间冷凝器，可利用温位较高、价格较便宜的冷却介质，使塔内上升蒸汽部分冷凝，这样可以减少塔顶低温冷却介质的用量；同理，在塔内设置中间再沸器，可以用温位较低的加热介质，使塔内下降液体部分汽化，从而可以减少塔底再沸器中高温为加热介质的用量。采用中间冷凝器和中间再沸器对沸点差大的精馏操作尤为有利。
参考文献：
1.夏清、陈常贵编 . 化工原理（下） 天津大学出版社 2005.1
4.课程论文心得
这次课程设计使我充分理解了精馏原理热量衡算和节能方面的知识，通过这次论文，不仅让我们所学的知识应用到实际中，将知识进行巩固和提高，更重要的是在这个过程中，我学到了很多知识如查阅文献资料，word排版等这对我们的以后的发展更为有益，比如为即将面临的毕业论文、考研或毕业后的工作打下坚实的基础。
对于那些在设计过程中帮助过我的所有老师和同学，我再一次的
表示深深的感谢！
连续精馏装置的热量衡算和节能
摘要：对连续精馏装置进行热量衡算，可以求得冷凝器何在废弃的热负荷以及冷却介质和加热介质的消耗量，并为设计这些换热设备提供基本数据。
关键词：节能 热量衡算
Continuous distillation unit heat balance and energy conservation Abstract：Continuous distillation unit heat balance, heat load, as well as the cooling medium and the condenser what is abandoned and the consumption of the heating medium can be obtained, and provide basic data for the design of heat exchanger equipment.
Keywords：energy conservation heat balance
前言：在精馏过程中需要消耗大量的能量，即加入再沸器的大部分热量要在塔顶冷凝器中被取走。在完成精馏分离任务的前提下，如何降低精馏过程的能耗，是一个重要课题。
1. 冷凝器
对全凝器做热量衡算，以单位时间为基础，并忽略热损失，则有
=V
因V=L+D=(R+1)D，带入上式并整理，得
式中Qc―――全凝器的热负荷，kJ/h；
―――塔顶上升蒸汽的焓，kJ/kmol； ―――塔顶馏出液的焓，kJ/kmol。
冷却介质消耗量可按下式计算，即
式中
―――冷却介质消耗量，kg/h； ―――冷却介质的比热容，kJ/(kg
·)； ―――分别为冷却介质在冷凝起的进出口处的温度，
2. 再沸器的热负荷
对再沸器做热量衡算，以单位时间为基准，则
加热介质消耗量可用下式计算
式中
―――加热介质消耗量，
kg/h;
―――分别为加热介质进、出再沸器的焓，kJ/kg。
若用饱和蒸汽加热，且冷凝液在饱和温度下排出，则加热蒸汽消耗量可按下式计算，即
式中 r―――加热蒸汽的汽化热，kJ/kg。
应指出，再沸器的热负荷也可以通过全塔的热量衡算求得。
通过对同一精馏塔的不同进料温度进行计算，可以看出进料状况又冷料变为气液混合物，q值由大变小，此时精馏段的操作线斜率不变，而提馏段的操作线斜率变大，使两段操作线更靠近平衡线，即传质推动力减小，使理论版层数增加。由此可见，从传质角度而言，宜将热量加入塔底，即选择冷料进料，这样可以提供更多的回流。
由全塔热量衡算可知，进料带入的热量、塔底再沸器提供的热量及塔顶全凝器带出的热量，三者具有一定的关系。当回流比R一定时，全凝器带出的热量和冷却水用量均为定值。
随着进料带入热量增加（即q值减小），塔底再沸器供热必将减小，加热蒸汽消耗量降低，但全塔总的耗热量是一定的。从
废热回收利用和能量品位而言，加热原料所需能量的品位较低，且多可利用废热。因此生产实际中仍多采用热料进料。
3. 精馏过程的节能
精馏过程需要消耗大量能量，过程的优化设计和优化操作（控制）是节能的基本途径。具体的措施如下：
1) 选择经济合理的回流比，是精馏过程节能的首要因素。选用 一些新型的板式塔或高效的填料塔，有可能使回流比大为低。
2) 回收精馏装置的余热，以用作本装置或其他系统的热源，也是精馏过程节能的有效途径。例如利用塔顶蒸汽的潜热以直接预热原料，将馏出液和釜残液的显热作其他热源等。
3) 对精馏过程进行优化控制，减小操作裕度，使其在最佳工况下操作，可确保过程能耗为最低。此外在多组分精馏中，合理地选择操作流程，也可达到节能的目的。
从精馏过程的热力学分析可知，减少有效能损失，是精馏过程节能的有效手段。目前工程上应用的有以下几种方式。
1) 热泵精馏
热泵精馏是利用热泵来提高塔顶蒸汽的品味使之能作为再废弃的热源，这样就回收了塔低低温蒸汽的潜热，起到了节能效果。
热泵精馏可分为直接蒸汽压缩式和间接蒸汽压缩式两种。
前者如图所示。将塔顶蒸汽绝热压缩后升温。然后作为再沸器的热源，使再沸器中的液体部分汽
化。而压缩气体本身被冷凝为液
体，经节流阀后一部分液体作为塔
顶回流液，另一部分作为塔顶产
品。除开工阶段外，可基本上不再
需要向再沸器提供另外的热源，该
法节能效果显著，但对热泵的密封
性能要求高，以防止分离系统受污
染。简介蒸汽压缩法是采用中间介
质循环，该法不会污染物系，但降低了节能效果。
2) 多效精馏
多效精馏的原理与多效蒸发的相似。它是将前级塔顶蒸汽直接作为后级塔釜的加热蒸汽，这样可以充分利用不同品位的热源。
多级精馏的流程是采用压强依次降低的若干个精馏塔的串联操作，前一精馏塔（高压塔）塔顶蒸汽在后一精馏塔（低压塔）的再沸器中冷凝，同时作为低压塔的热源。这样仅第一效需要外部加热，末效需要塔顶冷却，中间精馏塔不必引入加热介质和冷却介质。应指出，在多效精馏中，进料是分别引入各塔中进行并联操作的。
多效精馏的效果（塔数）受到第一效加热蒸汽压强和末效冷
前者如图所示。将塔顶蒸汽绝热压缩后升温。然后作为再沸器的热源，使再沸器中的液体部分汽
化。而压缩气体本身被冷凝为液
体，经节流阀后一部分液体作为塔
顶回流液，另一部分作为塔顶产
品。除开工阶段外，可基本上不再
需要向再沸器提供另外的热源，该
法节能效果显著，但对热泵的密封
性能要求高，以防止分离系统受污
染。简介蒸汽压缩法是采用中间介
质循环，该法不会污染物系，但降低了节能效果。
2) 多效精馏
多效精馏的原理与多效蒸发的相似。它是将前级塔顶蒸汽直接作为后级塔釜的加热蒸汽，这样可以充分利用不同品位的热源。
多级精馏的流程是采用压强依次降低的若干个精馏塔的串联操作，前一精馏塔（高压塔）塔顶蒸汽在后一精馏塔（低压塔）的再沸器中冷凝，同时作为低压塔的热源。这样仅第一效需要外部加热，末效需要塔顶冷却，中间精馏塔不必引入加热介质和冷却介质。应指出，在多效精馏中，进料是分别引入各塔中进行并联操作的。
多效精馏的效果（塔数）受到第一效加热蒸汽压强和末效冷
却介质温度的限制，常见的是采用双效精馏。
3) 设置中间再沸器和中间冷凝器
通常，精馏塔是在温度最高的塔底再沸器加入热量，而在温度最低的塔顶冷凝器处移除热量。这种操作的缺点是热力学效率低、操作费用高。采取在提馏段设置中间再沸器和在精馏段设置中间冷凝器，可以部分克服上述缺点，达到节能和节省操作费用的目的。这是因为精馏过程的热能费用取决于传热和载体的温位。在塔内设置中间冷凝器，可利用温位较高、价格较便宜的冷却介质，使塔内上升蒸汽部分冷凝，这样可以减少塔顶低温冷却介质的用量；同理，在塔内设置中间再沸器，可以用温位较低的加热介质，使塔内下降液体部分汽化，从而可以减少塔底再沸器中高温为加热介质的用量。采用中间冷凝器和中间再沸器对沸点差大的精馏操作尤为有利。
参考文献：
1.夏清、陈常贵编 . 化工原理（下） 天津大学出版社 2005.1
4.课程论文心得
这次课程设计使我充分理解了精馏原理热量衡算和节能方面的知识，通过这次论文，不仅让我们所学的知识应用到实际中，将知识进行巩固和提高，更重要的是在这个过程中，我学到了很多知识如查阅文献资料，word排版等这对我们的以后的发展更为有益，比如为即将面临的毕业论文、考研或毕业后的工作打下坚实的基础。
对于那些在设计过程中帮助过我的所有老师和同学，我再一次的
表示深深的感谢！