化工节能技术第四章第一讲蒸发9286.pptx

化工节能技术化工节能技术化工节能技术化工节能技术 汪莉TEL:15856917274第四章第四章第四章第四章 能量传递过程能量传递过程能量传递过程能量传递过程的节能的节能的节能的节能 化工节能技术化工节能技术化工节能技术 目目 录录传热节能的理论基础传热方程与传热节能传热效率与传热单元及其合理选取蒸发操作的节能各种干燥装置目目 录录蒸发操作的节能蒸发过程的热力学分析传热过程的节能干燥过程的节能干燥介质对干燥过程的影响正确选择影响干燥过程的因素化工节能技术化工节能技术化工节能技术第一节第一节 传热过程的节能传热过程的节能化工生产中传热的目的在于：控制化学反应过程在一定的温度下进行；加热与冷却，使物料达到指定的温度；换热，以回收利用热量；保温，以减少热损失。化工节能技术化工节能技术化工节能技术一、传热节能的理论基础一、传热节能的理论基础有效能的利用与损耗是评价换热过程经济性的重要指标。对于稳定传热过程，传热速率为Q，则高温流体的有效能：低温流体的有效能：化工节能技术化工节能技术化工节能技术6传热过程的有效能损失为：传热过程的有效能损失为：传热过程的有效能效率：传热过程的有效能效率：可见：可见：有效能能损失愈大，有效能效率愈小，能量的降级愈大。有效能能损失愈大，有效能效率愈小，能量的降级愈大。例如热流体例如热流体3000C，冷流体，冷流体2700C（自（自2500C预热至预热至2900C）的油品，环境温度）的油品，环境温度250C，有效能损失，有效能损失5.6%，有效，有效能效率能效率94.4%；当冷流体为；当冷流体为250C的空气时，有效能损失的空气时，有效能损失93.2%，有效能效率仅，有效能效率仅6.8%；化工节能技术化工节能技术化工节能技术7传热过程的温差愈大，有效能损失愈大。因此，对于增大传热过程的温差愈大，有效能损失愈大。因此，对于增大温差提高传热速率的设备，存在节能潜力；温差提高传热速率的设备，存在节能潜力；有效能损失与热力学温度成反比，对于深冷工程尤为重要；有效能损失与热力学温度成反比，对于深冷工程尤为重要；若若Tl=T0，因为，因为Q与（与（Th-T0）成正比，因此有效能损失与）成正比，因此有效能损失与(Th-T0)2/Th成正比，反映了保温工作的重要性；成正比，反映了保温工作的重要性；减小传热温差，会降低传热速率，就必须提高减小传热温差，会降低传热速率，就必须提高K。化工节能技术化工节能技术化工节能技术8换热器的热能图换热器的热能图TQabcd0T0/T热有效能图热有效能图根据此原理，任意换热根据此原理，任意换热过程均可表示在图上，过程均可表示在图上，有效能和有效能损失一有效能和有效能损失一目了然。目了然。化工节能技术化工节能技术化工节能技术94 4、换热器的节能与经济效益、换热器的节能与经济效益（1）换热过程中不同热载体温度的有效能损失）换热过程中不同热载体温度的有效能损失 有效能损失是衡量换热器节能与经济效益的重要指标有效能损失是衡量换热器节能与经济效益的重要指标之一。之一。对给定的换热器，传热面积一定，为满足一定工艺热对给定的换热器，传热面积一定，为满足一定工艺热负荷要求，所需传热温差为：负荷要求，所需传热温差为：化工节能技术化工节能技术化工节能技术10对逆流换热器：对逆流换热器：对所需的传热温差，各温度可相互推算，不同的热载体对所需的传热温差，各温度可相互推算，不同的热载体温度（温度（T1、T2），有效能损失不同。因此，生产上既要满），有效能损失不同。因此，生产上既要满足工艺要求，又应使有效能损失最小。足工艺要求，又应使有效能损失最小。如一工艺物料，从如一工艺物料，从00C预热至预热至1000C，维持传热温差，维持传热温差50K，不同温度热载体有效能损失如下表：不同温度热载体有效能损失如下表：换热器的节能与经济效益换热器的节能与经济效益化工节能技术化工节能技术化工节能技术11热流量（相对值）热流量（相对值）有效能损失有效能损失(相对值相对值)0 100 200 20 50 0.56 0.1350 100 175 31 50 0.69 0.1260 100 150 50 50 1.00 0.1250 100 125 88 50 2.70 0.1420 100 120 100 50 5.00 0.15换热器的节能与经济效益换热器的节能与经济效益可见：选用可见：选用1500C-500C的载热体最节能，因为传的载热体最节能，因为传热过程的有效能损失最小。热过程的有效能损失最小。化工节能技术化工节能技术化工节能技术12经济排热温度：经济排热温度：对于温度为对于温度为T1的热流体，在换热过程中存在着的热流体，在换热过程中存在着最经济的排最经济的排出温度出温度T2。热流体可提供的热量（可回收的热量）。热流体可提供的热量（可回收的热量）:若用平均温度计算有效能，则：若用平均温度计算有效能，则：（2 2）换热器的节能与经济效益）换热器的节能与经济效益QTT1T2t1t2逆流换热器逆流换热器假设传热温差为假设传热温差为，则流体的，则流体的平均温度：平均温度：化工节能技术化工节能技术化工节能技术13则有效能的计算可写成：则有效能的计算可写成：单位热容量流率的有效能为：单位热容量流率的有效能为：单位热容量流率的传热面积为：单位热容量流率的传热面积为：假设余热回收中有效能的单价为假设余热回收中有效能的单价为k k1 1，设备折旧费单价，设备折旧费单价为为k2，则该换热器的净收益为：，则该换热器的净收益为：化工节能技术化工节能技术化工节能技术14上式对上式对T2求偏导：求偏导：整理得：整理得：令令 ，得最适宜的排放温度：，得最适宜的排放温度：表明：当能量费用表明：当能量费用k k1 1愈大，愈大，设备折旧费用设备折旧费用k k2 2愈小时，愈小时，则排放温度则排放温度T T2 2愈低。愈低。故排放温度，应根据具体故排放温度，应根据具体情况综合予以考虑情况综合予以考虑化工节能技术化工节能技术化工节能技术15（3）换热器的经济衡算：）换热器的经济衡算：化工生产中，工艺预热的回收是众所周知的问题。如下图所示：12W、t1、CPtt2TL、工艺余热、工艺余热Th、新鲜高压蒸汽、新鲜高压蒸汽废热回收利用换热过程废热回收利用换热过程换热器的节能与经济效益换热器的节能与经济效益流率为W的冷流体从温度t1预热到t2，如果仅用换热器2，全部用新鲜蒸汽加热，换热量为：所需蒸汽的费用：Sh新鲜高压蒸汽的价格，元新鲜高压蒸汽的价格，元/千焦；千焦；换热器全年工作时间，小时。换热器全年工作时间，小时。化工节能技术化工节能技术化工节能技术16所需传热面积：所需传热面积：换热器的节能与经济效益换热器的节能与经济效益换热器的设备投资折旧费用为：换热器的设备投资折旧费用为：Sf换热设备投资费用单价，元换热设备投资费用单价，元/米米2年。年。总成本：成本：化工节能技术化工节能技术化工节能技术17若采用余热回收联合方案时，系统中增加了一台换热器，若采用余热回收联合方案时，系统中增加了一台换热器，换热器换热器1 1、2 2间的温度为间的温度为 t t，而，而 t t 的选取将直接影响系的选取将直接影响系统的经济性。统的经济性。12W、t1、CPtt2TL、工艺余热、工艺余热Th、新鲜高压蒸汽、新鲜高压蒸汽废热回收利用换热过程废热回收利用换热过程换热器的节能与经济效益换热器的节能与经济效益化工节能技术化工节能技术化工节能技术18当采用联合方案时，对于换热器当采用联合方案时，对于换热器1，余热的费用为：，余热的费用为：式中：式中：Sl废热（设为恒温）的单价，元废热（设为恒温）的单价，元/千焦。千焦。换热器换热器1设备折旧费为：设备折旧费为：换热器的节能与经济效益换热器的节能与经济效益则第一台换热器的成本为：则第一台换热器的成本为：化工节能技术化工节能技术化工节能技术19对于第二台换热器，其蒸汽费用为：对于第二台换热器，其蒸汽费用为：换热器投资的折旧费用为：换热器投资的折旧费用为：第二台换热器的成本为：第二台换热器的成本为：化工节能技术化工节能技术化工节能技术20联合系统的总成本：联合系统的总成本：为了获得最经济的温度为了获得最经济的温度 t，C 对对 t 求导：求导：当当 dC/dt=0 时，系统的总成本最低，则时，系统的总成本最低，则由此式可求出由此式可求出最适宜温度最适宜温度 t，一般在，一般在 t1 与与 t2 之间。之间。若若 t 接近接近 t1，余，余热回收的意义不大；热回收的意义不大；若若 t 接近接近 t2，用新鲜蒸汽就显得有些浪费。，用新鲜蒸汽就显得有些浪费。化工节能技术化工节能技术化工节能技术21 例：例：某工艺物料，需从某工艺物料，需从 340K 预热到预热到 395K，全，全年工作时间为年工作时间为8000小时小时/年年，换热器的传热系数，换热器的传热系数均为均为0.3kW/(m2K)。设备折旧费为。设备折旧费为 Sf=500元元/（m2年年），），高压蒸汽温度高压蒸汽温度440K，其费用为，其费用为Sh=50元元/吨蒸汽。现有温度为吨蒸汽。现有温度为380K的余热蒸汽的余热蒸汽可利用，此蒸汽的费用为可利用，此蒸汽的费用为Sl=8元元/吨蒸汽吨蒸汽。若该。若该工艺物料生蒸汽加热改造成为由废蒸汽、生蒸汽工艺物料生蒸汽加热改造成为由废蒸汽、生蒸汽联合加热方案，联合加热方案，比较此两种方案的经济性。比较此两种方案的经济性。化工节能技术化工节能技术化工节能技术2212W、t1、CPtt2TL、工艺余热、工艺余热Th、新鲜高压蒸汽、新鲜高压蒸汽废热回收利用换热过程废热回收利用换热过程解：解：系统图示如下系统图示如下则：则：化工节能技术化工节能技术化工节能技术231.工艺物料仅用新鲜蒸汽加热方案：工艺物料仅用新鲜蒸汽加热方案：消耗蒸汽费用、消耗蒸汽费用、设备折旧费用、设备折旧费用、传热面积、总成本：传热面积、总成本：2.新鲜蒸汽与废蒸汽联合加热方案：新鲜蒸汽与废蒸汽联合加热方案：先应求出最经济的中先应求出最经济的中间温度间温度 t。化工节能技术化工节能技术化工节能技术24解得：解得：t=377.35K。第一台换热器：第一台换热器：第二台换热器：第二台换热器：化工节能技术化工节能技术化工节能技术25联合总成本：联合总成本：联合方案所需费用同原方案相比较为：联合方案所需费用同原方案相比较为：化工节能技术化工节能技术化工节能技术26二、传热方程与传热节能二、传热方程与传热节能稳定传热过程稳定传热过程,传热基本方程：传热基本方程：可见要提高传热速率：可见要提高传热速率：l提高传热系数提高传热系数K K；l增大换热面积增大换热面积A A；l增大传热平均温差。增大传热平均温差。1、提高传热系数以强化传热、提高传热系数以强化传热对于洁净的换热器：对于洁净的换热器：第二项与管子的材料有关，对于金属管，管壁的热阻可忽略不计。主要是增大管壁两侧的传热膜系数。其中其中1 1，2 2为管壁为管壁两侧的传热膜系数，两侧的传热膜系数，为管道的导热系数，为管道的导热系数，H H为管道的厚度。为管道的厚度。化工节能技术化工节能技术化工节能技术2、扩展传热面积以强化传热、扩展传热面积以强化传热 采用肋片管、螺纹管、波纹管、板式换热器、板采用肋片管、螺纹管、波纹管、板式换热器、板肋式换热器等。肋式换热器等。3、增大传热平均温差、增大传热平均温差 逆流操作，传热平均温差最大。但生产工艺确定以后，逆流操作，传热平均温差最大。但生产工艺确定以后，一般不作较大改进，同时温差增大，有效能损失增大，一般不作较大改进，同时温差增大，有效能损失增大，适宜的传热温差，视情况而定。适宜的传热温差，视情况而定。二、传热方程与传热节能二、传热方程与传热节能化工节能技术化工节能技术化工节能技术三、传热效率与传热单元数及其合理选取三、传热效率与传热单元数及其合理选取1、传热效率、传热效率换热器的热效率指：换热器的热效率指：实际传热速率与理论上最大可能传热实际传热速率与理论上最大可能传热速率之比值。速率之比值。对于无相变、无热损失的稳定传热过程，若所涉及的温度对于无相变、无热损失的稳定传热过程，若所涉及的温度范围内两流体的定压热容变化不大，则传热速率为：范围内两流体的定压热容变化不大，则传热速率为：化工节能技术化工节能技术化工节能技术29两流体间理论上最大可能的传热量为：当热容量流率 时：则，此时的热效率为：三、传热效率与传热单元数及其合理选取三、传热效率与传热单元数及其合理选取 当冷流体为沸腾液体时，T=0，表观热容量流率 GcCPc为无限大，热效率按此式计算。化工节能技术化工节能技术化工节能技术30当热容量流率 时：则，此时的热效率为：则，此时的热效率为：三、传热效率与传热单元数及其合理选取三、传热效率与传热单元数及其合理选取 当热流体为饱和蒸汽时，T=0，表观热容量流率 GhCPh为无限大，热效率按此式计算。化工节能技术化工节能技术化工节能技术312、传热单元数、传热单元数在换热器中对微元传热面积 dA 的传热速率可写成：对面积为 A 的整个换热器，传热单元数 NTU 由下式确定：三、传热效率与传热单元数及其合理选取三、传热效率与传热单元数及其合理选取化工节能技术化工节能技术化工节能技术32l传热效率与传热单元数关系传热效率与传热单元数关系令：令：或或三、传热效率与传热单元数及其合理选取三、传热效率与传热单元数及其合理选取化工节能技术化工节能技术化工节能技术33传热效率与传热单元数间关系经推到得如下关系传热效率与传热单元数间关系经推到得如下关系式。式。对逆流操作换热器：对逆流操作换热器：或或三、传热效率与传热单元数及其合理选取三、传热效率与传热单元数及其合理选取化工节能技术化工节能技术化工节能技术34对并流操作换热器：对并流操作换热器：或或三、传热效率与传热单元数及其合理选取三、传热效率与传热单元数及其合理选取化工节能技术化工节能技术化工节能技术为便于工程计算，往往将 三者间的关系绘制成图，如图4-6所示。l要提高传热效率，必须增加传质单元数；l余热回收的效率与设备投资应综合经济考虑；三、传热效率与传热单元数及其合理选取三、传热效率与传热单元数及其合理选取化工节能技术化工节能技术化工节能技术l提高传热系数 K，可有效地提高传热效率；l当传热单元数增大到一定值后，对传热效率的影响很小，因此传热单元数有一最适宜值，一般为 5 较合适；lt2 越高，热效率越高，操作费用越少，但传热平均温差越小，传热面积越大，设备投资大。t2越小，有效能损失越大，能量利用效率低。三、传热效率与传热单元数及其合理选取三、传热效率与传热单元数及其合理选取化工节能技术化工节能技术化工节能技术37四、传热的节能与强化途径四、传热的节能与强化途径1、改进工艺装置、提高燃料的热利用率合理利用能源，采用热电联合装置；改进工艺，提高热能利用率；如由三效改为四效蒸发、单效改多效蒸馏、精馏系统利用热泵等。化工节能技术化工节能技术化工节能技术2、热量充分回收利用（1 1）有效利用工厂中大量低位热能；）有效利用工厂中大量低位热能；据统计化工企业所消耗总热量的80%左右，最终以低品位热能形式排放。利用如：预热物料（精馏顶、侧、底产品的显热及潜热）、预热锅炉给水（烟道气）。作为干燥过程的热源；作为溴化锂制冷的热源；利用喷射泵提高二次蒸汽的压力；利用低沸点介质发电。如利用异丁烷、戊烷、氟利昂等，热源为1500C。四、传热的节能与强化途径四、传热的节能与强化途径（2 2）化学反应热的充分利用）化学反应热的充分利用如：硫酸厂废热锅炉、甲醇氧化制甲醛、氨合成余热锅炉化工节能技术化工节能技术化工节能技术393、减少热量传输过程中的热损失（1）减少设备、管道的热损失。一根一米长裸露的四英寸的蒸汽管道，每小时将冷凝2-5kg蒸汽。（2）降低换热器的传热温差，但必须强化传热系数。四、传热的节能与强化途径四、传热的节能与强化途径4、减少换热器的压降损失，降低动力消耗。要合理选择流体流速。5、加强企业管理，杜绝跑、冒、滴、漏。化工节能技术化工节能技术化工节能技术406、提高传热系数K值。传热膜系数、管壁污垢、层流底层厚度、沸腾过程增大传热面的汽化核心及生成气泡的频率、蒸汽冷凝减少冷凝液膜厚度、流体中加入表面活性剂。7、采用新型高效的传热元件与传热设备目的：目的：减少传热面积、提高换热能力、维持较小的传热温差。（1）换热表面粗糙法：横纹管、螺纹管等；（2）流体旋转法：管内插入扭带、螺旋叶片、螺旋线圈、螺纹管等；（3）换热表面扩展法：各种形状的肋片管等；四、传热的节能与强化途径四、传热的节能与强化途径化工节能技术化工节能技术化工节能技术41（4）换热表面特殊处理法：多孔换热面，可提高沸腾传热系数2-20倍、甚至50倍，传热温差较普通的低得多，目前主要用在海洋发电、普冷、深冷、天然气液化、乙烯分离等的蒸发器与再沸器。（5）采用新型高效的换热设备：一般管壳式（每立方米传热面积）150m2/m3，板式1500m2/m3，板肋式5000m2/m3。板翅式换热器250-4000m2/m3，重量为管壳式的1/10。四、传热的节能与强化途径四、传热的节能与强化途径化工节能技术化工节能技术化工节能技术谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH