随着世界和我国能源供需矛盾的日益加剧，节能已经成为各行各业的一个重要课题。蒸馏技术是石油炼制和石油化工等工业生产过程中的关键技术，广泛地应用于各种混合物原料的净化、反应中间产物的分离以及产品的提纯。但是从热力学角度看，该过程是一个必须消耗大量热能以实现分离要求的单元操作。即使很小的技术进步，也会带来巨大的经济效益，所以对蒸馏技术的节能研究一直持续不断。热力学分析是进行蒸馏节能研究的基础。非平衡热力学是适合于不可逆过程的通用理论，它系统揭示了熵产生的机理，为我们显示了各种有效能损失的分布和原因。非平衡热力学分析法应用于蒸馏过程的微观分析，能够更加真实地反映蒸馏过程的热力学特性，从而为节能方案的制定提供可靠的依据。 本文应用非平衡热力学对蒸馏过程进行模拟和分析，以此指导节能型浮阀塔板的结构设计。同时研制和开发了导向菱形浮阀塔板和母子菱形浮阀塔板(分别命名为Super valve tray—Ⅰ和Super valve tray—Ⅱ，简称SVT—Ⅰ和SVT—Ⅱ)，并且系统研究了该塔板的流体力学性能和传质特性。通过本文的研究，取得下列一些研究成果： 1、应用非平衡热力学模型分析和评价蒸馏过程能耗情况 建立了适合于工业规模蒸馏过程的非平衡热力学模型，模型中引入总传质系数，该系数成为联系过程模拟和熵增速率计算的方便而有效的桥梁，使得本模型在模拟蒸馏过程的同时能够进行热力学分析。通过比较非平衡热力学模型和有效能分析法的计算结果，证明了非平衡热力学模型的通用性和准确性。并且非平衡热力学模型能够计算塔板结构对能耗的影响，为节能型设备的设计和改造提供依据，从而有望发展成为集分析、优化以及设计为一体的强有力的工具。 通过非平衡热力学模型的计算，可以得出结论：无论是哪种情况，局部熵增速率随传质通量和压降的升高而增加。较高的传质通量不仅能够提高塔板效率以及分离纯度，而且能够显著降低化学势差，从而相应地降低总熵增速率。因此，总体而言，高效率和低压降能够降低精馏过程的总熵增速率。对于具体的塔板结构，降低堰高，增加传质区面积和堰长，可以降低过程总熵增速率，理论上有利于过程节能。通过模型首次计算得到工业规模大型塔板的熵增速率，塔板上气液流型的有效改善能够显著地提高塔板效率、降低塔板压降，从而降低过程熵增速率，有利于过程节能。 2、研制开发新型浮阀塔板 开发设计了SVT-Ⅰ和SVT-Ⅱ，完成了实验塔板的制作，并测量了该塔板的流体力学参数和塔板效率，证明该塔板具有通量大、效率高和压降低等优点。 3、非平衡热力学模型指导浮阀结构设计 根据实验结果，以Kolmogoroff各向同性湍流理论为基础，建立了计算浮阀塔板相界面积的模型，揭示了浮阀有效周边长度与相界面积之间的数学关系。通过研究显示，浮阀结构是影响能量耗散率、气含率以及相界面积的住要参数；浮阀有效周边长度的增加能够有效提高相界面积，它们之间的关系式为：α＝6.50〔nlh/Ab〕1.3[Hw+1.11(VL/Bw)2/3]〔ρL3g2/ρgσ3〕1/5F0.57上述研究成果为应用非平衡热力学模型计算不同浮阀结构的熵增速率建立了桥梁，从而开创了应用非平衡热力学方法指导浮阀结构设计的新方法。计算结果显示浮阀有效长度增加，能够提高塔板效率，降低过程总熵增速率。该结论可用于指导新一代浮阀的结构设计。