外行学空分(87)一一热泵技术在精馏的运用(6)

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5 O2 Z$ M0 d* \' {9 B- n& Y' r   热泵技术的应用是精馏技术的划时代的进步，常规标准精馏的能耗一般由两个部分构成，一是蒸汽，冷却水的能耗其中主要是蒸汽的能耗，二是精馏原料输送的能耗。精馏过程当然既可以在常压下进行也可以在加压状态下进行，但就精馏本身而言，常压下精馏是相对有利的，因此蒸汽冷却水的能耗是精馏能耗的绝大部分。热泵技术在精馏运用的最基本的形式是采用独立的闭式热泵系统在不改变精馏塔参数的情况下代替蒸汽和冷却水，由独立的闭式热泵系统为精馏塔供给热量和输出热量，其划时代的意义当然是不言自明的。
   对于环境温度以下的精馏过程，如果闭式热泵系统采用精馏原料，精馏产品，两者常温下均呈气态，作为其循环工质，那么闭式热泵精馏过程就有可能进行简化和优化，这种简化和优化至要有两个方向，一是取消闭式热泵的低温低压换热器(对应于标准常规精馏的冷凝器)，二是将闭式热泵的压缩机和精馏原料输送压缩机合并，这当然只有在闭式热泵采用精馏原料作为循环工质的情况下才有可能！这就有了所谓开式热泵精馏的三个根流程，一个是以精馏原料为循环工质制取单个纯组分的单塔流程，一个是以精馏原料为循环工质可以同时制取两个纯组分的双塔流程，一个是以精馏低沸点纯组分为循环工质可以同时制取两个纯组分的单塔流程。
   除了闭式热泵精馏流程和开式热泵精馏流程外，热泵技术在精馏上的运用还有另外一个非常重要的方式，那就是所谓的单热泵精馏技术和多热泵精馏技术，这其实是目前在精馏上运用最广泛的热泵技术，已经成为精馏节能最重要的技术方向，文献和实施案例非常之多，而且已经有专著出版。单热泵技术和多热泵精馏技可以大幅度降低蒸汽和冷却水的消耗从而大幅度降低精馏能耗。所谓的单热泵和多热泵技术其实就是从精馏塔的精馏段或提馏段引出气相混合物经压缩提高压力后进入设置在精馏塔相应位置的换热器中放热自身冷凝经减压后进入精馏塔作为回流液。毫无疑问单热泵和多热泵都是所谓的开式热泵而不是所谓的闭式热泵。开式热泵相对于闭式热泵的热泵效率由于取消了低温换热器总是高于闭式热泵！在精馏过程中运用的热泵一般都是开式热泵，而闭式热泵只有在特殊情况下才会运用。
3 j* O5 u4 ]) f3 h& f: _; M    热泵供冷供热的性能高低有两个指标，一个是给热系数，一个是热泵供冷供热有效能效率（简称效率），前者是常用易于理解的，后者是不常用但深刻的。
' k8 A3 X, ~7 u" F  f2 S" x   热泵给热系数是热泵给热量Q和热泵循环工质压缩功的比值！运用于精馏过程的开式热泵供冷供热同时完成一体两面！设供冷温度T1（低沸点组分冷凝温度加热泵循环工质蒸发器换热温差等于热泵循环工质液体蒸发温度），供热温度T2（高沸点组分液体蒸发温度加热泵循环工质气体冷凝器换热温差等于热泵循环工质气体冷凝温度）！那么热泵给热系数是Q/W，其中W是热泵循环工质压缩功！热泵供冷供热有效能效率是Q（T2-T1）/T2.T1/W！
/ C" [% p* ?/ H! v0 G% a     通过热泵给热系数和热泵有效能效率可以非常容易理解，为什么运用于精馏过程的是开式热泵而不是标准常规热泵。因为开式热泵省去了热泵循环工质液体蒸发器，便同样供冷供热温度及数量下，热泵循环工质压缩比降低，热泵循环工质压缩功降低。通过热泵给热系数和热泵有效能效率，我们也非常容易理解为什么多热泵供冷供热方案相对于单热泵供冷供热方案更加节能，因为在总供冷供热量不变的情况下，多热泵供冷供热方案的总热泵循环工质压缩功小于单热泵循环工质压缩功！