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[空分工艺] 外行学空分(82)一一热泵和热泵技术在精馏上的运用(一)

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发表于 2020-9-12 09:03:33 来自 | 显示全部楼层 |阅读模式
  什么是热泵?热泵就是可以使热量从低温物体向高温物体流动的装置,学过热力学的人都知道,热量从高温物体流向低温物体是自然而然发生的,最终的结果是高温物体和低温物体的温度趋于一致!那么热量能否从低温物体流向高温物体呢?这并不违反热力学第一定律,但是违反了热力学第二定律,热力学第二定律规定任何过程都是有效能减少的过程,而热量从低温物体流向高温物体就是一个有效能增加的过程,因此是不会自然而然地发生,只有通过输入功且输入功大于热量从低温物体流向高温物体所增加的有效能才有可能发生!这就是热泵的基本原理,其实就是热力学第二定律表现方式之一的热功转换卡诺循环的逆循环,即通过输入功使热量从低温物体向高温物体流动。. A0 X: h, V! g0 s3 ~
   热泵在日常生活中的运用非常广泛,空调冰箱空气能热水器都是热泵的运用实例。热泵可以分为压缩式热泵和吸收式热泵,其中最常见的热泵是压缩式的热泵,它利用气体压力提高则沸点相应捉高的物性,通过压缩气体使其在不同换热器不同压力下冷凝和蒸发从而实现热量从低温物体流向高温物体。% O+ F4 G2 i6 W0 i9 ?
   典型的压缩式热泵包括以下几个部分,一个循环工质压缩机,两个换热器,其中一个是高温高压换热器另一个是低温低压换热器,一个液体减压阀及相应的连接管道。当然在不同的运用场景下热泵会有千变万化,但万变不离其宗!
8 Z0 a! E5 h( D- M/ l6 [# [   精馏的技术原型蒸馏是古老的手工业时代的产物,多用于生产蒸馏酒及香水等奢侈品,也算手工业时代的高技术了!精馏是一个最基本的化工单元操作,经历了蒸馏,精馏,热泵精馏三个发展阶段。为什么热泵技术的运用会成为精馏技术发展的一个阶段标志呢?这要从精馏的基本原理讲起!+ V) n# M0 `9 t4 N& ?9 h0 w3 b- d2 p
   精馏虽然是一个最基本的化工单元操作,但其实却是一个纯物理过程,它是混合物的各组分沸点不同在精馏塔中实现分离,是一个纯粹的热质交换过程,毫无神秘精妙之处。一个典型的二元混合物精馏系统包括以下部分,一个精馏塔,一个顶部冷凝器,一个底部再沸器,一个二元混合物输送设备(压缩机或泵)!二元混合物从精馏塔中部进入,顶部冷凝器用冷却水带走热量并使低沸点组分冷凝作为回流液或作为产品引出,低沸点产品当然也可以以气态引出。底部再沸器通过蒸汽输入热量使底部的高沸点液体蒸发,部分作为上升气参予提馏,部分作为产品引出,当然高沸点产品组分也可以液态引出!通过计算可以得知,当混合物和产品以相同的形态进出精馏塔时,其焓值几乎是相等的,也就是说蒸汽输入的热量和冷却水带走的热量几乎相等!这就产生了一个问题,是否可以用热泵代替蒸汽和冷却水呢?当然可以!其实这就是自热精馏或热泵精馏的由来!
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