Пути экономии энергетических ресурсов в тепломассообменных процессах и установках

Тепломассообменные процессы, используемые в различных отраслях промышленности вносят как правило значительный вклад в энергоёмкость выпускаемой продукции. Рассмотрим возможности энергосбережения в одном из наиболее энергоёмких процессов разделения смесей – ректификации. Широко различаются масштабы ректификационных установок – от крупнейших ректификационных колонн нефте- и газо-переработки до малых установок в производствах фармацевтических препаратов, реактивов и особо чистых веществ.

Снижение расхода энергии на ректификацию возможно, как с помощью целенаправленной оптимизации процесса, так и на основе применения специальных энергосберегающих схем.

Выбор оптимальных условий ректификации. На все основные показатели ректификации, в том числе и на расход энергии, существенно влияет правильный выбор условий проведения процесса – давления и температуры.

Понижение температуры и давления ректификации вызывает, как правило, увеличение коэффициента разделения и дает возможность сократить потоки по колоннам и, соответственно, расход энергии на испарение, а также число единиц переноса (ЧЕП).

Понижение температуры также позволяет использовать для обогрева испарителей теплоноситель с более низкими параметрами, то есть более дешевый, в том числе дешевое отбросное тепло. Таким образом, желательно понижение давления и температуры ректификации. Однако при этом для охлаждения конденсатора потребуется хладоагент с более низкой температурой, что может практически ограничивать нижний предел температуры и давления в ректификационной колонне. Кроме этого при изменении давления и температуры процесса необходимо учитывать их влияние на гидродинамические и кинетические параметры ректификации.

Выбор коэффициента избытка флегмы. Другой путь экономии энергии при ректификации может быть основан на сокращении избытка флегмы. Увеличение флегмового числа позволяет решать задачу разделения при меньшем числе единиц переноса, то есть при меньшей высоте колонны. Применение более эффективных контактных устройств, то есть снижение величины высоты единицы переноса (ВЕП), позволит ограничиваться меньшим избытком флегмы при разумной высоте колонн.

Нередко в качестве критерия оптимизации при определении оптимальной величины коэффициента избытка флегмы принимают минимальный объем ректификационной колонны или пропорциональную объему величину произведения числа единиц переноса на поток по колонне.

Указанные выше подходы к выбору значения коэффициента избытка флегмы не отвечают задаче энергосбережения при ректификации. При выборе коэффициента избытка флегмы более обоснованным представляется использование в качестве критерия оптимизации такого показателя, как приведенные затраты. В этом случае положение оптимума, то есть минимума затрат, будет зависеть от соотношения между стоимостью оборудования и стоимостью энергозатрат, по мере возрастания последних оптимум сдвигается в область меньших значений избытка флегмы.

Ректификация с рекомпрессией паров (с тепловым насосом). Принципиальная схема ректификации с рекомпрессией пара (с тепловым насосом) изображена на Рис 7.1. Поток пара из верха колонны сжимают в газодувке (компрессоре низкого давления) до такого давления, чтобы он мог служить нагревателем в испарителе-конденсаторе 4. Отдавая тепло на испарение содержимого испарителя, пары конденсируются и образуют флегму, которая после дросселирования поступает на орошение колонны. Часть конденсата отбирается в качестве дисстиллата - продукта ректификации. Таким образом, в отличие от обычной схемы ректификации отсутствует дефлегматор - он совмещается с испарителем.

1- ректификационная колонна; 2- машина для сжатия паров; 3 - привод (мотор);

4- конденсатор-испаритель; . 5- вспомогательный(пусковой) испаритель с внешним обогревом

Рис. 7.1. Принципиальная схема ректификации с рекомпрессией пара

Колонна снабжена также вспомогательным испарителем 5 с внешним обогревом для пуска и в случае необходимости.

В данной схеме энергия расходуется не на испарение жидкости, как при обычной ректификации, а на повышение потенциала потока паров, выходящего из колонны, что даст большую экономию.

Расход энергии на сжатие паров будет тем больше, чем больше разница температур в верхнем и нижнем сечениях колонны. Разность температур зависит от типа контактных устройств колонны и режима ее работы.

Схема ректификации с рекомпрессией пара может дать значительную экономию расхода энергии до 3-4 раз по сравнению с обычной схемой обогрева ректификационных колонн.

На примере ректификации смеси бутан - изобутан эксергетический КПД установки с тепловым насосом по расчетам в 2,5 раза выше чем в случае обычной ректификации с паровым обогревом.

Для установки ректификации метанола – сырца затраты на энергоносители на единицу продукции уменьшаются в два раза.

По оценке зарубежных специалистов инвестиции на переоборудование ректификационной установки по схеме с рекомпрессией пара окупаются за 1.5 года.

Рис. 7.2. Схема ректификации с вспомогательным циклом

Схема с рекомпрессией пара широко и успешно применяется в криогенной технике при ректификации сжиженных газов.

Если нежелательно подвергать сжатию пары ректифицируемого вещества, рекомендуется схема с вспомогательным циклом, представленная на Рисунке 7.2. Однако, выбор вспомогательного теплоносителя с нужными физическими свойствами может представлять известные трудности.

Многокорпусная ректификация. Использование теплосодержания потока паров, выходящих из ректификационной колонны, возможно и по схеме многокорпусной ректификации, аналогичной хорошо известным установкам многокорпусной выпарки. Для этого процесс ректификации необходимо осуществлять в двух или большем числе корпусов при различном давлении и температуре с таким расчетом, чтобы пары, выходящие из одной колонны-корпуса, могли служить греющим потоком для другой колонны-корпуса. В этом случае испаритель следующего корпуса служит одновременно конденсатором предыдущего корпуса, работающего при более высоком давлении. Принципиальная схема двухкорпусной ректификации изображена на Рис. 7.3.

Рис. 7.3. Схема двухкорпусной ректификации

Технологическая связь по перерабатываемым потокам может быть различной - либо это независимо параллельно работающие колонны, как на схеме Рис. 7.3, либо последовательные ступени ректификации, возможна и ректификация разных продуктов.

Число колонн-корпусов в принципе может быть более 2-х и зависит от разности температур греющего агента, поступающего на обогрев высокотемпературного первого корпуса, и температуры хладоагента, используемого для охлаждения конденсатора последнего низкотемпературного корпуса. Учитывая, что повышение температуры, как правило, вызывает уменьшение коэффициента разделения при ректификации, увеличение числа корпусов свыше 2-3-х вряд ли рационально, даже если последний (низкотемпературный) корпус работает под вакуумом.

При многокорпусной ректификации теплоноситель со стороны расходуется только на обогрев 1-го корпуса, остальные корпуса обогреваются соковым паром. Экономия энергии при этом пропорциональна числу корпусов и в грубом приближении кратна этому числу, но в действительности несколько меньше, так как оптимальные температурные условия можно поддерживать только в одном корпусе.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Актуальность энергосбережения в России и мире. Энергоаудит. Увеличение эффективности генерации тепла.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Эта тема принадлежит разделу:

Энергосбережение

Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Актуальность энергосбережения в России и мире. Энергоаудит. Увеличение эффективности генерации тепла.

К данному материалу относятся разделы:

Теплота сгорания топлива. Понятие условного топлива. Энергоёмкость ВВП

Состояние с производством и потреблением топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в мире и в России

Нормативно-правовая база энергосбережения

Закон “Об энергосбережении”

Федеральная целевая программа "Энергоэффективная экономика" на 2002-2005 годы и на перспективу до 2010 года

Энергосбережение и экология. Энергосбережение и уменьшение выбросов парниковых газов

Нормативно-правовые основания проведения энергетических обследований

Виды энергетических обследований

Увеличение эффективности генерации тепла

Использование биомассы в качестве топлива

Каталитические технологии сжигания топлив

Расширение использования местных видов топлива

Энергосбережение при совместной выработке тепловой и электрической энергии

Пути экономии энергетических ресурсов в тепломассообменных процессах и установках

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР)

Тепловой насос

Тепловая труба

Энергосбережение в жилищно - коммунальном хозяйстве

Уменьшение потерь при транспортировке теплоносителя. Частотно регулируемый электропривод

Уменьшение потерь у потребителя

Энергосбережение в системах освещения

Похожие материалы:

Контрольная работа по дисциплине «Надежность электронных устройств»

Кафедра «Микро- и нанотехнологии» Результаты аппроксимации интенсивности отказов распределением Вейбулла

Организационная система управления

Лабораторная работа Цель работы Познакомиться с формированием организационной структуры в Business Studio.

Информатика. Ответы

Інноваційні процеси

Інноваційний процес – охоплює весь комплекс відносин виробництва та споживання та представляє собою період від зародження ідеї до її комерційної реалізації.

Оформление и учет безналичных расчетов

Дипломный проект. Основы организации проведения безналичных расчетов. Сущность и принципы организации безналичных расчетов. Формы безналичных расчетов. Документальное оформление безналичных расчетов. Организация документального оформления безналичных расчетов. Формы безналичных расчетов. Платежи по территории РФ и международные переводы. Направления совершенствования организации безналичных расчетов. Особенности бухгалтерского учета безналичных расчетов.