外行学空分(12)一一对于精馏过程节能而言热泵为什么如此重要？

13605980246 · 发表于 2020-7-14 08:21:00

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本帖最后由 Yb2021 于 2024-1-8 08:46 编辑

精馏过程需要消耗大量的能源，标准常规精馏中再沸器加热用的蒸汽，冷凝嚣冷却用的冷却水都是能源，从精馏过程来说，再沸器蒸汽冷凝输入的热量几乎等于冷凝器冷却水输出的热量，再沸器输入的热量全部又被冷凝器的冷却水完全带走了，实际上精馏过程输入的是温差有效能(逆卡诺功)，在环境温度以上的精馏过程，温差有效能是是广义上的热能，对于环境温度以下的精馏过程，温差有效能是广义上的冷能，但更准确的说法是温差有效能或卡诺功。温差有效能或卡诺功转化为精馏过程混合物液体或者气体混合物的分离功。
现在我们来比较一下精馏过程供冷供热和热泵循环过程，我们会发现它们之间具有极大的相似，精馏系统中有再沸器和冷凝器，再沸器需要大量蒸汽冷凝产生的热量用以加热高沸点液体组分使其气化，冷却水冷凝器需要移走大量热量用以冷却低沸点气相组分使其冷凝为液体取出或作为回流液。
热泵装置也有两个换热器，一个是高温高压换热器向高温物(环境或热水器)输送热量，一个是低温低压换热器由低温物体（环境或或冰箱贮藏室）输入热量，只要稍加比较就会发现热泵装置中的高温高压换热器与精馏装置中的再沸器作用相同，而热泵装置中的低温低压换热器与精馏装置中的冷却水冷凝器作用相同，如果能够用热泵替代蒸汽和冷却水向再沸器输入热量及从冷凝器输出热量，就可以节约大量的蒸汽和冷却水从而达成节约精馏能耗的目的，甚至于有可能实现精馏过程完全不消耗蒸汽和冷却水的目标！当然要把精馏过程和热泵技术结合起来并不是一件容易的事，需要解决的问题很多！但是一旦精馏过程和热泵供热供冷结合起来，那么就是精馏技术的一次飞跃！深冷空分精馏过程是世界上第一个实现精馏过程和热泵供热供冷结合并实现工业化运用的实际案例，只不过这个事实既不被深冷空分技术人员也不为精馏技术人员所认识而已！深冷空分实现完全自热精馏流程即开式热泵精馏流程的时候，热泵精馏理论及实践还没有出现。
自从手工业时代的蒸馏技术被精馏技术升级以后，无论是二元物系混合物还是多元物系混合物，实现完全分离并保证每个组分的产品纯度和提取率理论上已经不再是一个问题，精馏技术的主题转向节能，为此发展出了双效精馏及多效精馏，单热泵及多热泵精馏技术。它们的本质都是通过供冷供热方案的优化，在保证产品纯度及提取率的前提下，进一步降低精馏的能耗，其中的核心内容又是单热泵及多热泵供冷供热方案。这就是为什么热泵对于精馏如此之重要的原因，深冷空分教科书对热泵竞无一语涉及，这太荒唐了！

13605980246 · 发表于 2020-10-24 08:04:53

再沸器是标准精馏塔的标准配备，设置在精馏塔底部，用蒸汽加热使精馏塔内高沸点液体气化，一部分作为上升气，一部分作为产品气引出，深冷空分中确实没有一台设备叫做再沸器，但是深冷空分中有主冷凝器，它既是上塔的再沸器也是上塔下塔的冷凝器。

王凌生 · 发表于 2020-10-20 22:35:15

再沸器，是什么东西，我在看制氧技术一书中没有看到，这个装置。

13605980246 · 发表于 2020-10-24 08:08:06

只有对热泵精馏有所了解，对此就不会感到奇怪了。只用一台主冷凝器而实现精馏分离，这是开式热泵精馏流程的一大特点！

13605980246 · 发表于 2020-10-24 08:24:13

先生可以搜索一下单热泵及多热泵精馏，对开式热泵有所了解，对帖子里的內容就很好理解了。

13605980246 · 发表于 2020-11-1 10:34:53

热泵和水泵的作用非常相似，人往高处走水往低处流，水往低处流是自然而然而然发生的，但要让水往高处流，那么就要用到水泵！热量也和水一样，高温物体的热量向低温物体流动是自然而然发生的，如深冷空分中的冷损，即使用最好的保冷(保温)材料也只减少冷损但无法完全杜绝冷损，因为热量从温度高的环境向温度低的深冷空分系统流动传导是自然而然发生的！那么有什么办法让热量从低温物体流向高温物体呢？有！那就要用到热泵，有了热泵就可以让热量从低温物体流向高温物体。例如让精馏塔顶部冷凝器中的热量流向精馏塔底部的再沸器。在日常生活中冰箱空调空气能热水器都是热泵的运用实例，其中冰箱空调是制冷，热泵让冰箱或房间內的热量流向环境，使冰箱和房间降温！空气能热水器则是制热，热泵从环境空气中吸取热量把热量输送给空气能热水器中的热水。从这个角度说热泵也可以叫做冷泵，本质上并无不同，区别仅在于热泵从环境中吸取热量，而冷泵则把热量排向环境！但文献中无论热泵冷泵一律用热泵称呼之。

13605980246 · 发表于 2020-11-1 11:15:16

热泵可以分为压缩式热泵和吸收式热泵两大类，我只介绍一下下和深冷空分流程有关的压缩式热泵，压缩式热泵的基本原理是利用气体压力越高则其沸点温度越高的特性实现让热量从低温物体流向高温物体的逆天目的。典型的热泵由以下几个部分组成，一是气体压缩机，=是高温高压换热器，三是低温低压换热器，四是液体减压阀，热泵系统中则充满作为循环工质及热载体的气体。其中高压高温换热器与高温物体相连，低温低压换热器与低温物体相连。当热泵启动时，热泵中的气体经压缩压力提高沸点(冷凝温度)也相应提高，当压力足够高时，它的沸点(冷凝温度)就会超过高温物体的温度，热泵中的气体就会自然而然地把热量传给高温物体而自身冷凝液化！冷凝液化的液体经减压阀减压后，压力降低，沸点相应降低，当压力足够低的时候，它的沸点就会低于低温物体的温度，这样在低温低压换热器中，低温物体就会把热量传给低温低压液体并使之气化，这样随着热泵的运行，热量就不断地从低温物体流向高温物体。这和水泵不是非常相似吗？区别仅在于水泵泵送的是水，而热泵泵送的是热量。

王凌生 · 发表于 2020-11-2 19:20:00

学习了。难理解

Yb2021 · 发表于 2022-7-17 05:47:47

当然肯定会有人说，在环境以上温度的精馏过程消耗的是热能，环境温度以下的精馏过程消耗的是冷能，这也是正确的。但肯定不是热量和冷量！

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