ІНТЕГРАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПОТОКІВ БРАЖНОЇ ТА ЕПЮРАЦІЙНОЇ КОЛОНИ В ПРОЦЕСІ ВИРОБНИЦТВА РЕКТИФІКОВАНОГО ЕТИЛОВОГО СПИРТУ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2021.2.04Ключові слова:
теплова інтеграція, ректифікаційна колона, мережа рекуперативних теплообмінників, енергоефективність, виробництво етилового спиртуАнотація
На сьогодні етиловий спирт є речовиною, використання якої поширено у багатьох галузях промисловості. Технологія виробництва етанолу з будь-якої органічної сировини найчастіше включає ректифікацію, яка є енергоємним процесом. Висока ціна енергоносіїв і постійне її зростання призводять до суттєвого збільшення вартості продукції. Зменшення питомих витрат енергії на одиницю продукції може вирішити комплекс питань: по-перше, зменшити собівартість продукції, по-друге, в масштабах держави, полегшити енергозалежність від зовнішніх постачальників енергії. Детальний аналіз енергетичного потенціалу технологічних потоків з метою вирішення задачі зменшення енерговитрат надихає на розробку більш енергоефективних рішень організації цього процесу.
Пошук альтернативних рішень демонструє, що одним з методів зменшення питомих витрат енергії на виробництво етанолу, зокрема таким, що не потребує тотальної реконструкції виробництва, є метод інтеграції процесів, що базується на пінч-аналізі.
Екстракція даних технологічних потоків була здійснена на основі регламентної документації апаратурно-технологічної схеми установки централізованої розгонки ГФЕС (головної фракції етилового спирту) та звіту з енергоаудиту даної установки, який був здійснений на одному з спиртових підприємств України.
Для теплової інтеграції існуючого процесу, було обрано дві колони установки централізованої розгінки етилового спирту :бражну та епюраційну. Були розраховані тепловий та матеріальний баланси цих колон установки ГФЕС.
Для максимальної реалізації енергетичного потенціалу технологічних потоків, були використані принципи пінч-проектування та спроектовано сіткову діаграму.
Для максимізації рекуперації теплової енергії було задано ΔТmin - 3ºС. Це призвело до необхідності використання енергоефективного теплообмінного обладнання. Суттєве зменшення використання зовнішніх утиліт (холодних на 48% та гарячих – на 38%) для обраних технологічних потоків та невеликий термін окупності проекту (близько трьох місяців) робить доцільним використання такого роду рішення проблеми.
Посилання
Energetichna strategiya Ukrayini do 2035 r. http://mpe.kmu.gov.ua/minugol/control/publish/article?art_id=245239564
Bagaturov S.A. Osnovy teorii i rascheta peregonki i rektifikaczii. Izd. 3-e pererabotannoe. – M.: Khimiya, 1974. – 440 p.
Dhole V.R., Linnhoff B. Distillation Column Targets.– Proceedings of ESCAPE–7 Symposium, Elsinore, Denmark, May, 24–28, 1992.
Tvajdell Dzh., Uejr A. Vozobnovlyaemye istochniki energii. – M., Energoato-mizdat, 1990. – 392 p.
Linnhoff B. and Vredeveld D.R. Pinch Technology Has Come Of Age. Chemical Engineering Progress, 1984, vol. 80, no. 7, pp. 33–40.
Smit R., Klemesh J., Tovazhnyanskij L.L., Kapustenko P.A., Ulyev L.M. Osnovy integraczii teplovykh proczessov.– Kharkov, NTU «KhPI», 2000.– 456 p.
Meshalkin V.P, Tovazhnyanskij L.L., Kapustenko P.A. Osnovy teorii resur-sosberegayushhikh integrirovannykh khimiko-tekhnologicheskikh sistem. – Kharkov: NTU "KhPI", 2006. – 412 p.
Song C., Qiu Y., Liu Q., Ji N., Zhao Y., Kitamura Y., Hou X. Process intensification of cellulosic ethanol pro- duction by waste heat integration. Chemical Engineer- ing Research and Design, 2018, vol. 132, pp. 115–122. doi: 10.1016/j.cherd.2018.01.016.
Ulyev L., Vasiliev M., Boldyryev S. Process integration of crude oil distillation with technological and economic restrictions. Journal of Environmental Management, 2018, vol. 222, pp. 454–464. doi: 10.1016/j.jenvman.2018.05.062.
Boldyryev S., Krajačić G., Duić N. Cost Effective Heat Exchangers Network of Total Site Heat Integration. Chemical Engineering Transaction, 2016, vol. 52, pp. 541–546. doi: 10.3303/CET1652091.
Pan M., Bulatov I., Smith R. Improving heat recovery in retrofitting heat exchanger networks with heat transfer intensification, pressure drop constraint and fouling mitigation. Applied Energy, 2016, vol. 161, pp. 611–626. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.09.073.
Boldyryev S. Achievements and perspectives of process integration in CIS countries, Resource-Efficient Technologies 2 (2020) 1–14, Saint-Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics University ITMO, St. Petersburg, Russia.
Tovazhnyanskij L.L., Kapustenko P.A., Khavin G.L., Arseneva O.P. Plastin-chatye teploobmenniki v promyshlennosti. – Kharkov: NTU «KhPI», 2004. – p.
