ОПТИМАЛЬНИЙ РОЗРАХУНОК ЗВАРНОГО ПЛАСТИНЧАСТОГО ТЕПЛООБМІННИКА КОЛОНИ СИНТЕЗУ АМІАКУ
DOI:
https://doi.org/10.20998/%25xКлючові слова:
пластинчатий теплообмінний апарат, теплопередача, математична модель, колона синтезу аміакуАнотація
Оптимізація теплообмінних мереж промислових підприємств, орієнтована на енергозбереження, передбачає використання високоефективного обладнання для теплопередачі. Оцінка оптимальних параметрів конструкції теплообмінників вимагає надійних математичних моделей для опису термогідравлічних процесів всередині каналів та адекватних методів розрахунку конструктивних параметрів апаратів. У даній роботі пропонується нова математична модель і алгоритм оптимізації для вибору зварного пластинчастого теплообмінного апарату (зварного ПТА), що працює в колоні синтезу аміаку. Це дозволяє знайти оптимальну конструкцію із заданою формою гофрованих пластин, розподілом потоків і кількістю пластин і проходів. Розроблений алгоритм реалізований в програмному забезпеченні Mathcad. Застосування запропонованого підходу ілюструється промисловим прикладом, для якого розрахований зварений ПТА спеціальної конструкції. В отриманому апараті рух теплоносіїв в одному ході організовано поперечним потоком, в той час як загальний рух потоків виконується симетричною протитечією. Дана організація руху теплоносіїв в апараті дозволяє зменшити площу теплопередачі на 25 % в порівнянні з раніше випробуваними в промисловості звареним ПТА з несиметричним розташуванням ходів.Посилання
Khademi M.H., Sabbaghi R.S. Comparison between three types of ammonia synthesis reactor configurations in terms of cooling methods // Chemical Engineering Research and Design. ‒ 2017. ‒ T. 128. ‒ C. 306–317.
Penkuhn M., Tsatsaronis G. Comparison of different ammonia synthesis loop con-figurations with the aid of advanced exergy analysis // Energy. ‒ 2017. ‒ T. 137. ‒ C. 854–864.
Compact Heat Exchangers for Energy Transfer Intensification: Low Grade Heat and Fouling Mitigation. / Klemes J. J., Arsenyeva O., Kapustenko P., Tovazhnyanskyy L.: CRC Press, 2015. ‒ 354 с.
Arsenyeva O.P., Čuček L., Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.O., Savchenko Y.A., Kusakov S.K., Matsegora O.I. Utilisation of waste heat from exhaust gases of drying process // Frontiers of Chemical Science and Engineering. ‒ 2016. ‒ T. 10, № 1. ‒ C. 131–138.
Klemeš J.J., Varbanov P.S., Kapustenko P. New developments in Heat Integration and intensification, including Total Site, waste-to-energy, supply chains and fundamental con-cepts // Applied Thermal Engineering. ‒ 2013. ‒ T. 61, № 1. ‒ C. 1–6.
Klemesh Y., Kostenko Yu.T., Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.A., Ulev L.M., Perevertaylenko A.Yu., Zulin B.D. Primenenie metoda pinch-analiza dlya proektirova-niya energosberegayuschih ustanovok neftepererabotki. // Teoret. osnovyi him. Tehnologii.- 1999.- T. 33(4).- C. 420–431.
Tovazhnyanskyy L., Kapustenko P., Ulyev L., Boldyryev S., Arsenyeva O. Process integration of sodium hypophosphite production // Applied Thermal Engineering. ‒ 2010. ‒ T. 30, № 16. ‒ C. 2306–2314.
Nemet A., Boldyryev S., Varbanov P., Kapustenko P., Klemeš J. Capital Cost Tar-geting of Total Site Heat Recovery // Chemical Engineering Transactions. ‒ 2012. ‒ T. 29. ‒ C. 1447–1452.
Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.A., Havin G.L., Arseneva O.P. Plastincha-tyie teploobmenniki v promyishlennosti // Book Plastinchatyie teploobmenniki v pro-myishlennosti / Editor.- Harkov: NTU «HPI», 2004.- C. 232.
Kapustenko P., Boldyryev S., Arsenyeva O., Khavin G. The use of plate heat ex-changers to improve energy efficiency in phosphoric acid production // Journal of Cleaner Production. ‒ 2009. ‒ T. 17, № 10. ‒ C. 951–958.
Arsenyeva O.P., Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.O., Khavin G.L., Yuzbashyan A.P., Arsenyev P.Y. Two types of welded plate heat exchangers for efficient heat recovery in industry // Applied Thermal Engineering. ‒ 2016. ‒ T. 105. ‒ C. 763–773.
Tovazhnyanskyy L., Kapustenko P., Perevertaylenko O., Khavin G., Arsenyeva O. Investigation of the new corrugation pattern for low pressure plate condensers // Applied Thermal Engineering. ‒ 2011. ‒ T. 31, № 13. ‒ C. 2146–2152.
Arsenyeva O., Tovazhnyanskyy L., Kapustenko P., Khavin G. Mathematical mod-elling and optimal design of plate-and-frame heat exchangers // Chemical Engineering Trans-actions, 2009. ‒ C. 791–796.
Arsenyeva O.P., Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.O., Khavin G.L. The gener-alized correlation for friction factor in crisscross flow channels of plate heat exchangers // Chemical Engineering Transactions, 2011. ‒ C. 399–404.
Kapustenko P., Arsenyeva O., Dolgonosova O. The Heat and Momentum Trans-fers Relation in Channels of Plate Heat Exchangers // Chemical Engineering Transactions, 2011. ‒ C. 357–362.
Arsenyeva O.P., Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.O., Demirskiy O.V. Gener-alised semi-empirical correlation for heat transfer in channels of plate heat exchanger // Ap-plied Thermal Engineering. ‒ 2014. ‒ T. 70, № 2. ‒ C. 1208–1215.
Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.O., Nagorna O.G., Perevertaylenko O.Y. The Simulation of Multicomponent Mixtures Condensation in Plate Condensers // Heat Transfer Engineering. ‒ 2004. ‒ T. 25, № 5. ‒ C. 16–22.
Gogenko L., Anipko O.B., Kapustenko P.A., Arsenyeva O.P. Accounting for foul-ing in plate heat exchanger design // Chemical Engineering Transactions. ‒ 2007. ‒ T. 12 ‒ C. 207–213.
Triboix A. Exact and approximate formulas for cross flow heat exchangers with unmixed fluids // International Communications in Heat and Mass Transfer. ‒ 2009. ‒ T. 36, № 2. ‒ C. 121–124.
Starace G., Fiorentino M., Longo M. P., Carluccio E. A hybrid method for the cross flow compact heat exchangers design // Applied Thermal Engineering. ‒ 2017. ‒ T. 111. ‒ C. 1129–1142.
Arsenyev P., Tovazhnyanskyy L., Kapustenko P., Perevertaylenko O., Arsenyeva O. The mathematical model of the welded plate heat exchanger for ammonia synthesis col-umn // Integrated Technologies and Energy Conservation. ‒ 2019. ‒ T. 1. ‒ C. 23–32.
Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P., Perevertaylenko O.Y., Khavin G., Arsenyeva O., Arsenyev P.Y., Khusanov A.E. Heat transfer and pressure drop in cross-flow welded plate heat exchanger for ammonia synthesis column // Chemical Engineering Transactions. ‒ 2016. ‒ T. 52. ‒ C. 553–558.
Arsenyeva O., Tran J., Piper M., Kenig E. An approach for pillow plate heat ex-changers design for single-phase applications // Applied Thermal Engineering. ‒ 2019. ‒ T. 147. ‒ C. 579–591.
Kays W.M., London A. L. Compact heat exchangers // Book Compact heat ex-changers / Editor. ‒ New York: McGraw-Hill Book Co, 1964. ‒ C. 272.
Arsenyeva O.P., Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.O., Demirskiy O.V. The Modified Analogy of Heat and Momentum Transfers for Turbulent Flows in Channels of Plate Heat Exchangers // Chemical Engineering Transactions. ‒ 2013. ‒ T. 35 ‒ C. 487–492.
