热泵精馏的基本原理及效能系数
探讨甲醇热泵精馏新工艺
2017年04月探讨甲醇热泵精馏新工艺刘立轩（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）摘要:甲醇的精馏过程是保证其产品质量的重要环节，而该过程中的能耗也是影响其生产成本的关键因素。
传统精馏设备体积大，能耗高。
相比之下，热泵精馏技术已成为降低能耗与清洁产能的重要技术之一。
热泵技术主要应用于商业建筑与工业生产等行业领域。
热泵精馏技术包括蒸汽压缩机式热泵精馏、蒸汽喷射式热泵精馏和吸收式热泵精馏。
甲醇热泵精馏则属于蒸汽压缩机式热泵精馏中的分割式热泵精馏。
甲醇热泵精馏工艺的节能效果显著，经济效益可观，操作相对简单。
然而甲醇热泵精馏技术在实际生产中会受到许多因素的影响，如精馏塔顶与塔底温差大，参考数据不足，初期投资较大等。
提高热泵能效比与输出温度是甲醇热泵精馏工艺的发展方向。
甲醇热泵精馏工艺具有广阔的工业应用前景。
关键词:甲醇热泵精馏；工艺原理；经济效益分析能源问题已经是世界各国共同关注的重点问题。
在能源短缺的客观条件下，热泵精馏的节能效果在化工和石油产业中愈来愈受到认可。
与传统的精馏技术不同，热泵利用精馏塔内气相和液相不断转换所产生的能量以达到连续高效的循环制热效果。
经过几十年的发展，热泵技术也划分出不同的类型，以满足不同条件下分离提纯的需求。
其中，分割式热泵精馏工艺有着较大的创新和广泛的应用。
以甲醇热泵精馏技术为代表，该技术具有节能降耗效果理想和适用温差较大等技术优点，本研究就甲醇热泵精馏技术的工艺原理、优缺点、发展趋势以及经济效益方面进行具体分析。
1热泵精馏技术1.1热泵精馏技术类型热泵精馏技术实际上是传递热量的技术。
热能从低温区域逆向传递到高温区域。
其中，利用热泵传递到高温区域的热量要远远高于装置自身运行所需要消耗的能量。
热泵精馏装置对其相配备的设备具有很高的要求以满足这种逆向供热方式。
适用于不同设备类型和不同物料分离的热泵精馏工艺流程可分为三种技术类型：吸收式热泵精馏、蒸汽压缩机式热泵精馏以及蒸汽喷射式热泵精馏。
热泵的原理
热泵的原理
热泵是一种能够实现热量传递的装置，它通过运用机械能将低温区域的热量转移到高温区域。
热泵的工作原理基于热力学第一定律和第二定律，通过压缩和膨胀工作物质来实现热量传递。
热泵的工作原理可以分为四个基本过程：蒸发、压缩、冷凝和膨胀。
在蒸发过程中，低温区域的工作物质从液态转变为气态，并吸收周围的热量。
随后，工作物质被压缩到高温区域，在此过程中温度也随之升高。
在冷凝过程中，工作物质释放出热量，使得高温区域的热量升高。
最后，在膨胀过程中，工作物质通过扩大阀门的过程从高压区域进入低压区域，降温至低温点，准备进行下一轮的循环。
热泵的性能表现主要由其COP（Coefficient of Performance，
性能系数）来衡量，即在给定条件下，所得热量与所需输入的功率之比。
COP越高，热泵的能效性能就越好。
热泵主要应用在空调和供暖系统中。
在制冷模式下，热泵从室内吸收热量释放到室外，实现室内的降温。
在供暖模式下，热泵则相反地将热量从室外吸收并释放到室内，提供暖气。
总的来说，热泵利用机械能将热量从低温区域转移到高温区域，并以较低的能耗达到这一目的。
其工作原理基于热力学定律，通过蒸发、压缩、冷凝和膨胀过程实现热量的传递。
热泵的应用广泛且具有较高的能效性能，在能源节约和环保方面具有重要的作用。
2.热泵精馏技术应用于异丁烷精馏的节能比较(1)
热泵精馏技术应用于异丁烷精馏的节能比较叶阳1（1中国石油大学（北京）化学工程学院，北京102249）摘要：常规精馏分离正丁烷-异丁烷小温差体系的能耗较高，为此本文将两种机械蒸汽再压缩（MVR）热泵精馏工艺，即塔顶蒸汽压缩式热泵工艺和塔底液相闪蒸式热泵工艺应用于正丁烷-异丁烷的分离研究。
利用Aspen Plus化工流程模拟软件中的严格精馏模块Rad Frac.和压缩机模块Compr.等，选用PENG-ROB方程计算物性数据，在与常规精馏相同的操作条件下得到常规精馏和热泵精馏的工艺以及设备参数。
结果表明：与常规精馏工艺相比，以上两种MVR热泵精馏工艺节能分别为83.76%和83.66%，节能明显且效果不相上下。
以上两种工艺是分离该体系较为合适的方法。
关键词：正丁烷-异丁烷；热泵精馏；模拟；节能中图分类号：TQ028Energy-saving comparison of isobutane distillation by usingheat-pump technologiesYE Yang1(1College of Chemical Engineering, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249)Abstract：Because high energy consumption for separation of small temperaturedifference system like n-butane and isobutane through conventional rectification, thispaper investigated two kinds of mechanical vapor recompression (MVR) heat-pumpdistillation processes, tower top vapor recompressed heat-pump distillation and towerbottom liquid flash recompressed heat-pump distillation. Based on the minimum energyconsumption for separating n-butane and isobutane. The simulations for the two schemeswere performed by Aspen Plus with the Radfrac. module Compr. module and PENG-ROB equation. The suitable operating parameters and device parameters were obtainedunder the same operating conditions with conventional rectification. The researchshowed that the two MVR heat-pump distillation processes can save energy by 83.76%and 83.66% respectively compared with the conventional distillation process. Energy-saving effect is obvious and comparable, indicating both of the two Heat-pumpTechnologies would be suitable for the system.Key words：n-butane and isobutane; heat-pump distillation; simulation; energy-saving正丁烷异构为异丁烷，是生产异丁烷的主要工艺之一，该工艺主要包括原料脱水、丁烷异构和产品分离3部分。
热泵精馏新工艺
热泵精馏新工艺热泵精馏新工艺摘要：本文简要介绍了热泵技术、热泵精馏工艺流程的类型，并以甲醇热泵精馏为例，通过将传统精馏技术和新技术作对比，分析了热泵精馏新工艺在甲醇精馏上的节能效益，并对热泵技术的发展进行了展望。
关键词：热泵精馏甲醇节能一、热泵精馏技术的现状为了解决传统蒸馏设备体积大，热效率低的问题，人们提出了多种节能措施、并进行了相应的理论分析和研究，结果表明热泵节能效果非常显著。
20 世纪50 年代，Robinson 和Gilliland 首先提出将热泵技术应用于精馏生产，随后的半个世纪里该技术得到迅速发展。
Oliveira 进行了具有蒸汽再压缩式精馏塔技术的研究，James G.Gebbie 研究了具有不同配比工质的热泵精馏塔的工作性能，并且考察了热量传递速率，压缩工质速率和热量积累对热泵精馏塔性能的影响[1]。
在我国热泵精馏技术的研究也有多年历史。
近年来国内的学者对热泵精馏的研究主要集中在对热泵的结构设计和性能分析上。
在实际生产中，自20 世纪80 年代末期以来，国内外采用热泵精馏都取得了很好的效果。
二、热泵精馏流程的分类热泵精馏就是靠补偿或消耗机械功，把精馏塔塔顶低温处的热量传递到塔釜高温处，使塔顶低温蒸汽用作塔底再沸器的热源。
根据热泵所消耗的外界能量不同，热泵精馏可分为蒸汽加压方式和吸收式两种类型[2，3]。
1.蒸汽加压方式热泵精馏蒸汽加压方式热泵精馏分蒸汽压缩机方式和蒸汽喷射式两种。
1.1 蒸汽压缩机方式图1为机械蒸发压缩式热泵，在蒸发器里，工质在温度T1下蒸发，同时从热源获取热量Q1，然后工质经压缩在冷凝器中于较高的温度T2下给出潜热Q2，冷凝了的工质再经膨胀阀膨胀后到蒸发器，完成了整个循环。
考虑到冷凝和再沸器热负荷的平衡以及便于控制，在流程中往往设有附加冷却器和加热器。
按照流程的不同，蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接压缩式、。
热泵的工作原理(二)2024
热泵的工作原理（二）引言概述：热泵是一种能将低温热源的热能通过压缩循环技术提升到高温的热能转换设备。
在热泵的工作原理（一）中，我们介绍了热泵的基本原理及其热源和热力资源的分类。
在本文中，我们将深入探讨热泵的工作原理，并展开以下五个大点的阐述：1.压缩机的作用；2.蒸发器的功能；3.冷凝器的作用；4.膨胀阀的作用；5.热泵的优势和应用领域。
正文：1. 压缩机的作用：- 压缩机是热泵循环系统中的核心元件之一，其主要作用是将低温低压的蒸汽压缩成高温高压的蒸汽。
- 通过压缩机的作用，蒸汽的温度和压力都得到提升，使得热泵能够从低温热源吸收更多的热能。
- 压缩机的工作方式可以分为容积式压缩机和离心式压缩机两种，具体选择则取决于热泵的工作条件和要求。
2. 蒸发器的功能：- 蒸发器是热泵循环系统中的重要组成部分，其主要功能是通过对低温热源的吸热，使工质从液态转变为蒸汽态。
- 在蒸发器中，低温热源中的热量被传递给工质，使得工质蒸发，同时低温热源的温度降低。
- 通过与蒸发器内流经管道中的高温蒸汽进行热交换，工质的温度和压力得到显著的提升。
3. 冷凝器的作用：- 冷凝器也是热泵循环系统中的重要组成部分，其主要作用是将高温高压的蒸汽冷凝成液体。
- 在冷凝器中，高温高压的蒸汽通过与冷凝器内流经管道中的低温介质进行热交换，使得蒸汽的温度和压力下降。
- 冷凝过程中释放的热量可以被利用，进一步提高热泵的热能效率。
4. 膨胀阀的作用：- 膨胀阀是热泵循环系统中的关键部件之一，其主要作用是控制工质的流量和压力，在冷凝器与蒸发器之间形成压力差。
- 膨胀阀使得高温高压的工质流入低压区域，压力差使工质发生膨胀，温度降低。
- 通过调节膨胀阀的开度，可以控制蒸发器中的工质流量，使热泵系统能够适应不同工况的需求。
5. 热泵的优势和应用领域：- 热泵系统具有高效、可靠、环保等特点，适用于多种领域，包括工业制冷、住宅供热、以及热水供应等。
- 热泵系统能够从低温环境中获取可再生的热能，比传统的能源供给方式更加节能和环保。
精馏过程的节能途径及新型的精馏技术
精馏过程的节能途径及新型的精馏技术[摘要]精馏是化工、石化、医药等过程的重要单元操作，它是一类高能耗的单元过程，其能耗约占化工生产的60%，其节能途径包括多效精馏、热泵精馏、热耦精馏技术、内部热集成蒸馏塔、新型高效分离技术等。
多效精馏由N 个并列操作的精馏塔构成，再沸器的加热蒸汽可减少到原来单效精馏所需加热蒸汽的1/N 左右；热泵精馏能使能耗减少20%左右；热耦精馏比两个常规塔精馏可节省30%左右；内部热集成蒸馏塔节省的能耗可达30～60%这些技术已成功地完成了中试，节能可达到30～60%。
[关键词]精馏；节能前言在工业生产中，石油化学工业的能耗所占比例最大，而石油化学工业中能耗最大者为分离操作，其中又以精馏的能耗居首位。
精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂”。
首先，随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分离物料的组分不断增多，分离的产品纯度要求亦不断提高，但人们同时又不希望消耗过多的能量，这就对精馏过程的控制提出了要求。
其次，作为化工生产中应用最广的分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。
在实际生产中，为了保证产品合格，精馏装置操作往往偏于保守，操作方法以及操作参数设置往往欠合理。
另外，由于精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离，而是被冷却水或分离组分带走。
因此，精馏过程的节能潜力很大，合理利用精馏过程本身的热能，就能降低整个过程对能量的需求，减少能量的浪费，使节能收效也极为明显。
据统计，在美国精馏过程的能耗占全国能耗的3％，如果从中节约10％，每年可节省5亿美元。
我国的炼油厂消耗的原油占其炼油量的8％～10％，其中很大一部分消耗于精馏过程。
因此，在当今能源紧缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要。
例如，美国巴特尔斯公司在波多黎各某芳烃装置的8个精馏塔上进行节能优化操作，每年可节约310万美元。
近年来，研究开发了许多新型的精馏塔系统，文章主要介绍几种精馏塔系统精馏过程是最重要的化工单元过程之一，它又是一类高能耗的单元过程。
热泵精馏流程构建策略及应用研究
热泵精馏流程构建策略及应用研究热泵精馏是利用外部能源和热力作用，利用再循环升温，将混合溶液中的混合物分离出来的一种分离技术。
热泵精馏是在现代分离与精炼和反应的技术中，是由于其特定的优势而被广泛采用的一种技术。
热泵精馏技术在化学工业及石油、煤炭等行业中的应用日渐广泛，数量表现出显著的增长趋势，可以有效地提高精制系统的工艺性能，减少生产成本，是精制过程中重要的技术设备。
因此，热泵精馏是一种非常重要的技术，可以构建系统工艺，实现节能减排。
一般来说，热泵精馏系统由混合溶液泵、精馏塔、再循环热源、再循环驱动和再循环热源控制系统组成。
首先，混合液由混合溶液泵从精馏塔底层向顶层进行循环，使物料从塔底层到顶层形成自上而下的流动。
然后，再循环热源从热源器件中取出热量，将热量传递到混合液中，使混合物分离。
在再循环热源控制系统中，采用调节热源器件以控制混合液温度，实现热源驱动和控制，实现高效分离。
在构建热泵精馏系统的过程中，要考虑的因素很多，包括：热源温度、压力、体积等，热源介质种类、热源器件种类、热源驱动器件种类、热源驱动系统控制参数等。
热源驱动系统可以针对不同的物料进行定制化设计，以实现最佳的分离效果。
此外，为了实现热泵精馏系统的最佳性能，还需考虑到精馏塔的结构系数、质量流率、再循环量，以及热源系统内的物料冷却性能，系统中的气体种类等因素。
其中，精馏塔的结构系数可通过实验测定，再循环量可以通过热力学分析来确定，而物料冷却性能则可以通过流体力学分析来确定。
至于系统内的气体种类，需要考虑到物料的性质，以及操作及安全等因素，确定合理的搅拌方式和环境条件。
此外，热泵精馏技术的应用不仅仅局限于精馏，还可以用于各种分离与精炼、反应、传质、材料合成等工艺中。
例如，热泵精馏可以应用于收率高的反应工艺，如氧化、水解、脱氢、氯化等反应；也可以应用于有机结晶技术，涉及到溶剂蒸馏、溶剂分离、有机溶剂精馏等；另外，热泵精馏也可以应用于硅和稀土精炼技术、油井抽油技术、提纯金属材料合成技术等工艺中。
精馏节能技术
热泵精馏工艺分析化工行业就是能耗大户,其中精馏又就是能耗极高的单元操作,而传统的精馏方式热力学效率很低,能量浪费很大。
如何降低精馏塔的能耗,充分利用低温热源,已成为人们普遍关注的问题。
对此人们提出了许多节能措施,通过大量的理论分析、实验研究以及工业应用表明其中节能效果比较显著的就是热泵精馏技术。
热泵精馏就是把精馏塔塔顶蒸汽加压升温,使其用作塔底再沸器的热源,回收塔顶蒸汽的冷凝潜热。
热泵精馏在下述场合应用,有望取得良好效果:(1)塔顶与塔底温差较小,因为压缩机的功耗主要取决于温差,温差越大,压缩机的功耗越大。
据国外文献报导,只要塔顶与塔底温差小于36℃,就可以获得较好的经济效果。
(2)沸点相近组分的分离,按常规方法,蒸馏塔需要较多的塔盘及较大的回流比,才能得到合格的产品,而且加热用的蒸汽或冷却用的循环水都比较多。
若采用热泵技术一般可取得较明显的经济效益。
(3)工厂蒸汽供应不足或价格偏高,有必要减少蒸汽用量或取消再沸器时。
(4)冷却水不足或者冷却水温偏高、价格偏贵,需要采用制冷技术或其她方法解决冷却问题时。
(5)一般蒸馏塔塔顶温度在38～138℃之间,如果用热泵流程对缩短投资回收期有利就可以采用,但就是如果有较便宜的低压蒸汽与冷却介质来源,用热泵流程就不一定有利。
(6)蒸馏塔底再沸器温度在300℃以上,采用热泵流程往往就是不合适的。
以上只就是对一般情况而言,对于某个具体工艺过程,还要进行全面的经济技术评定之后才能确定。
根据热泵所消耗的外界能量不同,热泵精馏可分为蒸汽加压方式与吸收式两种类型1、蒸汽加压方式蒸汽加压方式热泵精馏有两种:蒸汽压缩机方式与蒸汽喷射式。
1、1蒸汽压缩机方式蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接压缩式、分割式与塔釜液体闪蒸再沸式流程。
1、1、1间接式当塔顶气体具有腐蚀性或塔顶气体为热敏性产品或塔顶产品不宜压缩时,可以采用间接式热泵精馏,见图1。
图1 间接式热泵精馏流程图它主要由精馏塔、压缩机、蒸发器、冷凝器及节流阀等组成。
热泵在蒸馏过程中的应用
热泵在蒸馏过程中的应用热泵是一种能够将低温热能转化为高温热能的装置，它在工业生产中有着广泛的应用。
其中，热泵在蒸馏过程中的应用，不仅可以提高蒸馏效率，还可以节约能源，减少环境污染。
下面将详细介绍热泵在蒸馏过程中的应用。
蒸馏是一种常用的分离纯化技术，广泛应用于石油化工、化学制药、食品加工等行业。
传统的蒸馏过程通常需要大量的热能输入，以提供所需的蒸汽。
然而，传统的蒸汽产生方式存在诸多问题，如能源消耗大、环境污染等。
而热泵作为一种高效节能的热能利用技术，可以在蒸馏过程中发挥重要作用。
热泵可以用于蒸馏过程中的加热。
传统的蒸馏过程中，需要大量的蒸汽来提供加热能量。
而热泵可以利用低温热能源，通过压缩和蒸发冷凝的过程，将低温热能转化为高温热能。
通过热泵加热，不仅可以减少蒸汽的消耗，还可以提高蒸馏效率。
同时，热泵加热还可以减少能源的消耗，降低生产成本。
热泵还可以用于蒸馏过程中的冷却。
在蒸馏过程中，需要将蒸馏产物冷却至液态，以便进行下一步的处理。
传统的冷却方式通常采用冷却水或制冷剂，但存在着能源消耗大、环境污染等问题。
而热泵可以利用蒸馏产物中的热能，通过蒸发和冷凝的过程，将热能转移至冷却介质中。
通过热泵冷却，不仅可以节约能源，还可以减少环境污染。
热泵还可以用于蒸馏废热的回收利用。
在传统的蒸馏过程中，大量的废热会被排放到大气中，造成能源的浪费和环境的污染。
而热泵可以将蒸馏废热中的热能进行回收利用，用于加热或供暖等用途。
通过废热的回收利用，不仅可以提高能源利用率，还可以减少环境污染。
热泵在蒸馏过程中的应用，可以提高蒸馏效率，节约能源，减少环境污染。
然而，热泵在蒸馏过程中的应用还面临着一些挑战，如热泵的稳定性、可靠性等问题。
因此，在实际应用中，需要进一步优化热泵的设计和控制策略，以提高热泵在蒸馏过程中的性能和可靠性。
希望通过本文的介绍，读者对热泵在蒸馏过程中的应用有更深入的了解。
热泵作为一种高效节能的热能利用技术，将会在蒸馏过程中发挥越来越重要的作用，为工业生产带来更多的便利和效益。
深入讲讲热泵精馏
深入讲讲热泵精馏热泵精馏技术的核心是逆向卡诺循环，即把工质通过加压升温，回收塔顶蒸汽的冷凝潜热，作为塔底再沸器的热源，以达到减少冷热公用工程用量的目的。
热泵精馏除开工阶段外，基本上不需向再沸器提供额外的热量。
自20世纪80年代末以来，热泵精馏在丙烯、丙烷、乙醇、醋酸甲酯等实际工业分离过程中取得了较好的节能效果。
热泵系统的工作原理热泵主要由压缩机、膨胀阀、蒸发器和冷凝器构成，热量通过这四个部件之间的循环来实现传递。
如上图所示，来自蒸发器的低温低压蒸气经压缩机升温升压，达到所需温度和压力的蒸气流经冷凝器，蒸气放出热量，降温冷凝成液相，经节流膨胀后压力继续下降。
低压液相工作介质流入蒸发器后，由于沸点很低，很容易吸收热量再蒸发，又形成低温低压蒸气。
如果把蒸发器放入低品位热源中吸收热量，则吸收了热量的蒸气再进入压缩机，如此循环，就能使低温热量不断流到温度较高的地方，实现热量的有效回收利用，其代价是不断给压缩机提供机械能或电能。
热泵精馏系统用“泵”（压缩机）把热量从低温处送到高温处，在该系统中压缩机消耗的能量是唯一由外界提供的能量，它比再沸器直接加热消耗的能量少得多，一般只相当于后者的20～40%，由此可见热泵节约能耗的作用。
热泵精馏的适用场合热泵精馏具有一定的应用范围，需要根据精馏塔工艺要求，通过准确的经济评比决定是否使用热泵精馏：⑴塔顶和塔底温差较小。
因为压缩机的功耗主要取决于温差，温差越大，压缩机的功耗越大。
据国外文献报导，只要塔顶和塔底温差小于36℃，就可以获得较好的经济效果；⑵塔顶温度低于环境温度又高于工质的蒸发温度，塔底温度低于工质冷凝温度的精馏塔；⑶工质蒸汽冷凝潜热较大的系统；⑷被分离物质沸点接近，相对挥发度较小，分离困难，按常规方法，蒸馏塔需要较多的塔盘及较大的回流比，才能得到合格的产品，而且加热用的蒸汽或冷却用的循环水都比较多。
若采用热泵技术一般可取得较明显的经济效益；⑸冷却水不足或冷却水温偏高、价格偏贵，低压运行时必须采用冷冻剂进行冷凝，为了使用冷却水或空气作为冷凝介质必须在较高压力下分离易挥发物质的场合；⑹工厂蒸汽供应不足或价格偏高,有必要减少蒸汽用量或取消再沸器时；⑺一般蒸馏塔塔顶温度在38～138℃之间，如果用热泵流程对缩短投资回收期有利就可以采用，但是如果有较便宜的低压蒸汽和冷却介质来源，用热泵流程就不一定有利；⑻蒸馏塔底再沸器温度在300℃以上，采用热泵流程往往是不合适的。