閉式熱泵的模擬計算流程如圖2所示。丙烯精餾塔塔本身為常規精餾塔,為模擬閉式熱泵,另設熱泵系統模擬流程,如圖2右方所示。壓力為1MPa,泡點溫度的循環工質進入塔頂冷凝器,為使冷凝器冷劑足夠,假設冷劑出口仍含有1%摩爾分數的液體。為保證進入壓縮機的不含氣體,還需設過熱器,將工質過熱到露點以上1 ℃。上述2點都是在實際工程設計時必須考慮的問題,取多少裕度則根據具體情況而定。工質進入壓縮機提升壓力后,再進入塔釜再沸器提供蒸餾所需的熱量,本身則大部分變為氣體。工質再節流到初始壓力1MPa,為使工質完全回復到初始狀態,還需設冷卻器,將工質全部冷卻到泡點溫度,這樣就完成了工質循環過程。

圖2　閉式熱泵流程示意圖

關鍵工藝參數及其確定原則

關鍵工藝參數

      閉式熱泵的關鍵工藝參數有:循環工質流量;壓縮機出口壓力;循環工質節流后壓力。

循環工質流量的確定原則和方法

       循環工質的流量的確定原則主要是必須滿足塔頂冷凝器和塔釜再沸器的熱負荷要求。當然工質所能提供的熱負荷與壓縮后壓力以及節流后壓力均有關系,但其流量大小是最重要的因素。

      該流量的確定主要應參考丙烯塔基本工況的計算結果。該循環工質流量應當取基本工況計算得到的回流量1616kmol/h和塔頂上升氣量1723kmol/h之間的某個數值。需要特別注意的是同一個工質流量需要同時滿足塔的冷凝器和再沸器2個熱負荷要求。而這2個熱負荷又必然是大小不同的。故而必須在工質流量、壓縮后壓力及工質節流后壓力等多個因素之間進行平衡,務使達到最適宜的工藝參數匹配。

壓縮機出口壓力的確定原則和方法

       壓縮機出口壓力的確定原則主要是壓縮后的溫度應當滿足塔釜再沸器的傳熱溫差要求,通常考慮仍然是冷熱物料的溫差應當在10℃左右,以保證有足夠的推動力。

循環工質節流后壓力的確定原則和方法

      循環工質節流后壓力的確定原則應當是節流后的溫度應當滿足塔頂冷凝器的傳熱溫差要求,該節流后壓力設置的方法可以參考基本工況的塔頂冷凝器溫度,即節流后工質的溫度必須低于冷凝器溫度10℃左右。