DOI: https://doi.org/10.20998/2078-5364.2020.1.01

ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНА ІНТЕГРАЦІЯ УСТАНОВКИ УПАРЮВАННЯ ВОДНИХ РОЗЧИНІВ НІТРАТУ НАТРІЮ

A. Myronov, M Ilchenko

Анотація


Роботу присвячено вивченню можливості модернізації теплообмінної мережі установки упарювання водних розчинів нітрату натрію шляхом використання засобів інтеграції процесів. Мета роботи полягає у збільшенні величини рекуперації теплової енергії у хіміко-технологічній системі та зменшенні частки сторонніх утиліт у загальній структурі енергоспоживання підприємства, що розглядається. Поставлені задачі досягаються за рахунок застосування проектувальних та розрахункових методів пінч-аналізу як однієї з базових методологій інтеграції процесів. Найбільш важливим результатом роботи є розрахунково доведена можливість збільшення рекуперації енергії на 3,2 МВт, а також зниження потужності зовнішніх теплоносіїв на ту саму величину. Значимість отриманих результатів полягає у тому, що синтезовані при розрахунках схеми теплообмінних мереж можуть бути використані при проектуванні або реконструкції аналогічних установок упарювання водних розчинів нітрату натрію та інших хімічно подібних речовин. Окрім того, викладені принципи можуть бути адаптовані спеціалістами різних промислових підприємств задля модернізації інших виробничих установок та суттєвого зниження витрат на функціонування хіміко-технологічних систем. У якості основного розрахункового методу в роботі використано пінч-аналіз. Доступний потенціал енергозбереження схеми оцінено за допомогою інструмента складових кривих процесу. Встановлено, що рекуперація у існуючому процесі складає приблизно 4,76 МВт, а мінімальна різниця температур у системі дорівнює 35,31 °С. За допомогою програмного забезпечення «PINCH» визначено нове оптимальне значення мінімальної різниці температур, яке становить 10 °С. Для встановленої величини побудовано сіткову діаграму процесу та принципову схему проекту інтеграції теплообмінної мережі. Запропонована схема здатна забезпечити збільшення рекуперації тепла та зменшення теплової енергії зовнішніх утиліт процесу на 67,5 %. Вказані проектні показники досягаються за рахунок використання комплекту з дев’яти рекуперативних та чотирьох утилітних теплообмінників.


Ключові слова


інтеграція процесів; пінч-аналіз; рекуперація; складові криві; сіткова діаграма; випарна установка; нітрат натрію

Повний текст:

PDF

Посилання


Global energy transformation: A roadmap to 2050 (2019 edition), International Renewable Energy Agency. – Abu Dhabi: IRENA, 2019. – 52 p.

Renewable Energy: A Global Review of Technologies, Policies and Markets / Edited by D. Aßmann, U. Laumanns and D. Uh – UK-US: Earthscan (Taylor & Francis), 2006. – 320 p.

Tovazhyanskyy L.L. Application of process integration for energy saving and pollution reduction in Ukraine / L.L. Tovazhyanskyy, P.A. Kapustenko, L.M. Uliev et al. // Budapest: PRES’99 Proceedings, ed. by F. Friedler and J. Klemes (Hungarian Chemical Society) – 1999. – PP. 659–664.

Morgan S. Use process integration to improve process designs and the design process / S. Morgan // Chemical engineering progress – 1992. – № 9. – P. 62–68.

Linnhoff B. Synthesis of heat exchanger networks: Part I. Systematic generation of energy optimal networks / B. Linnhoff, J. R. Flower // American Institute of Chemical Engineers Journal (AIChE Journal), 1978. – № 24 (4). – PP. 633–642.

Linnhoff B. Synthesis of heat exchanger networks: Part II: Evolutionary generation of networks with various criteria of optimality / B. Linnhoff B., J. R. Flower // American Institute of Chemical Engineers Journal (AIChE Journal), 1978. – № 24 (4). – PP. 642–654.

Rodera N. A methodology for improving heat exchanger network operation / N. Rodera, D. L. Westphalen, H. K. Shethna // Applied thermal engineering – 2003. – № 23. – PP. 1729–1741.

Gundersen T. The synthesis of cost optimal heat exchanger networks. An industrial review of the state of the art / T. Gundersen, L. Naess // Computer & Chemical Engineering – 1988. – № 12(6). – PP. 503–530.

Kapustenko P.O. Integration processes of benzene-toluene-xylene fraction, hydrogenation, hydrodesulphurization and hydrothermoprocessing on installation of benzene unit / P.O. Kapustenko, L.M. Ulyev, M.V. Ilchenko, O.P. Arsenyeva // Chemical Engineering Transactions – 2015. – Vol. 45. – PP. 235–240.

Moodley A. Development of a unified mass and heat integration framework for sustainable design. An automated approach / A. Moodley, T. Majozi // Chemical Engineering Transactions – 2005. – № 7. – PP. 465–470.

Taal M. Cost estimation and energy price forecasts for economic evaluation of retrofit projects / M. Taal, I. Bulatov, J. Klemes et al.// Applied Thermal Engineering – 2003. – № 23. – PP. 1819–1835.

PINCH Software, version 2.02. CESIT, NTU “KhPI”, Ukraine, Kharkiv: NTU “KhPI”, 2002. Available at: http://www.sodr-t.kharkiv.com (accessed 06.01.2020).

Klemes J. Total Sites integrating renewables with extended heat transfer and recovery / J. Klemes, P. Varbanov // Heat Transfer Engineering – 2010. – № 31(9). – PP. 733–741.