蒸汽再压缩热泵的黑液降膜蒸发传热研究

论述蒸汽再压缩热泵的黑液降膜蒸发传热研究的意义及实验过程。测定了部分黑液物性。以图形表示不同浓度黑液降股蒸发传热系数与质量流量的关系以及压降与质量流量的关系。实验表明传热系数随浓度增大（粘度增大）而急剧降低。黑液从浓度44％（常温粘度0.05Pa·s）浓缩至56％（常温粘度1Pa·S）时，平均传热系数2000kJ／m2hk。比夹套式浓缩罐高约10倍。

蒸汽再压缩热泵系统用于固体干燥节能分析

蒸汽再压缩热泵技术是一种目前来说比较先进的固体物料干燥技术,但是实际上这种技术主要是应用在蒸发浓缩中,应用在固体干燥中的情况并不多,再加之,有些干燥物料比较特殊,热敏性比较高,其限制因素比较多,但是因其蒸汽再压缩热泵技术的节能效果,所以研究人员非常重视这项技术,并且逐渐的开发其固体物料干燥功能。主要通过对蒸汽再压缩热泵系统用于固体干燥节能原理的分析,进而对其节能进行详细的分析,仅此提供借鉴。

蒸汽再压缩隔离壁蒸馏塔的非对称温度控制

蒸汽再压缩热泵(VRHP)可以提升隔离壁蒸馏塔(DWDC)的稳态性能,但也加剧了被控变量间的相互耦合,给蒸汽再压缩隔离壁蒸馏塔(VRHP-DWDC)的平稳操作带来困难。针对分离中间组分(甲苯)绝对占优的苯/甲苯/二甲苯三元物系的VRHP-DWDC,通过非方相对增益矩阵对操纵与被控变量进行配对,并依据闭环响应分析给出了一种新颖的单温度分散控制系统。由于采用塔顶/侧线热泵压缩机分别控制侧线段/公共提馏段的灵敏板温度,不但加快了侧线产品的响应速度,而且降低了塔底产品的峰值偏差。鉴于高度内部耦合以及失真的温度与组分对应关系导致二者存在较大的稳态偏差,采用双温差结构进一步强化系统设计,由此给出了一种非对称温度控制系统,降低了系统内在非线性因素的影响,因而能够减小侧线和塔底产品的稳态偏差。闭环仿真结果显示了该非对称温度控制系统的优越性。研究表明,VRHP的引入虽然加重了VRHP-DWDC的内部耦合,但也提供了压缩机功率这一潜在操作变量,其较好的控制通道特性与双温差结构的有效应用能在一定程度上改善VRHP-DWDC的闭环操作。

基于多级蒸汽机械再压缩热泵的稀N,N-二甲基甲酰胺水溶液蒸馏浓缩工艺

分析了蒸汽机械再压缩(MVR)热泵蒸馏浓缩工艺的特点和适用工况,以稀N,N-二甲基甲酰胺水溶液的浓缩过程为研究对象,提出了三级MVR热泵蒸馏浓缩工艺。采用Aspen Plus化工流程模拟软件中的严格精馏模块和压缩机模块,以能耗最低为目标函数,对三级MVR热泵蒸馏浓缩工艺和三效蒸馏浓缩工艺分别进行了模拟与优化,得到了合适的工艺操作参数。模拟结果表明,与三效蒸馏浓缩工艺相比,三级MVR热泵蒸馏浓缩工艺节能约83.2%,其平均能效比(压缩机制热量与压缩机输入功率的比)为0.834;多级MVR热泵蒸馏浓缩工艺具有较大的经济优势。

轻组分绝对占优的蒸汽再压缩隔离壁蒸馏塔的最优拓扑结构

隔离壁蒸馏塔(DWC)的双塔多段拓扑结构导致蒸汽再压缩热泵(VRHP)的应用具有多种可能性,包括单VRHP、多VRHP、多级VRHP以及它们的相互组合等复杂结构,这显著加剧了蒸汽再压缩隔离壁蒸馏塔(DWC-VRHP)综合与设计的复杂性与烦琐性。为解决这一问题,针对轻组分绝对占优的三元宽沸点物系的分离问题推演了DWC-VRHP的最优拓扑结构,由此能够有效回避系统综合与设计过程中的结构搜索问题并显著降低模型化与搜索计算的工作强度。轻组分绝对占优与宽沸点物性导致了塔顶冷凝器与预分离蒸馏塔的提馏段是主要的热源与热阱,也决定了DWC-VRHP的最优拓扑结构,即一个二级VRHP与DWC的耦合系统。第一级VRHP用于进料预热,既充分利用温度提升跨度小的特点,又可以通过进料分流强化气液相间的物质传递。第二级VRHP用于加热预分离蒸馏塔的提馏段(或公共提馏段),能够最大限度地降低分离操作的非可逆性。采用苯/甲苯/邻二甲苯和正戊烷/正己烷/正庚烷两个物系的分离问题对所提出的DWC-VRHP的最优拓扑结构进行了分析与验证。通过与DWC以及DWC-VRHP其他潜在结构的系统性比较,显示了所提出系统结构在稳态性能方面的优越性。

基于重组分占优的热泵隔壁塔最佳拓扑结构

在隔壁塔(DWC)分离重组分占优宽沸点三元物系的过程中,重组分的分离产生的大量高温过热蒸汽可以被蒸汽再压缩热泵(VRHP)加以利用,进而形成不同的热泵隔壁塔(VRHP-DWC)拓扑结构。根据DWC的稳态运行特征,提出VRHP-DWC的最佳拓扑结构,包括两个VRHP:第一个VRHP用来压缩过热蒸汽并将其潜在热量释放至预分离塔的再沸器或公共再沸器;另一个VRHP用来压缩由第一个VRHP产生的高温冷凝液体和塔底产品流预热后的塔顶蒸汽,并将其潜在热量释放至预分离塔的再沸器或公共再沸器。用苯/甲苯/邻二甲苯和正戊烷/正己烷/正庚烷两组物系验证了所提出结构的经济性能,结果表明,对于隔板在中部的DWC(DWC with a middle partition,DWCM),两个例子的年度总成本(TAC)分别下降了17.22%和7.11%;而当隔板位于顶部(DWC with a top partition,DWCT)和底部(DWC with a bottom partition,DWCB)时,TAC也都有不同程度的降低。此外,还讨论了不同隔板位置对DWC性能的影响,对于两个例子而言,DWCT显示出的性能最差,而DWCM与DWCB在稳态与动态上的性能表现各有优劣。VRHP-DWC最佳拓扑结构的预先确定可以大大降低化工过程开发阶段的复杂性和乏味性,并对过程中强化技术的应用具有重要意义。