ТЕПЛОВА ІНТЕГРАЦІЯ ПОТОКІВ ПРОЦЕСУ РОЗДІЛЕННЯ ГЕТЕРОАЗЕОТРОПНОЇ СУМІШІ ФУРФУРОЛ-ВОДА НА ДВОХ ВІДГІННИХ КОЛОНАХ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2023.1.01Ключові слова:
теплова інтеграція, пінч-аналіз, ректифікація, гетероазеотропні суміші, порогова задача, оптимізація тепломережіАнотація
Процес ректифікації азеотропних сумішей має місце в багатьох галузях хімічної промисловості. Цей процес потребує значних енерговитрат, як на підігрів та випаровування технологічних потоків, так і на конденсування пари та охолодження продуктів. Витрати зовнішньої енергії суттєво залежать від засобів організації процесів розділення. Пінч-аналіз є одним з сучасних методів проектування хіміко-технологічних систем з метою оптимального використання зовнішніх джерел енергії шляхом максимальної теплової інтеграції технологічних потоків системи, враховуючи обмеження конкретного виробництва, вимоги екологічної безпеки та захисту довкілля. В даній роботі розглядається теплова інтеграція процесів розділення гетероазеотропної суміші фурфурол-вода на двох колонах, в кожній з яких легкокиплячим є азеоптроп, а низькокиплячим – один з компонентів. Було розраховано тепловий та матеріальний баланс ректифікаційної установки та сформовано таблицю даних потоків, тобто проведено екстракцію даних хімікотехнологічної системи. Серед загальної множини теплових потоків було обрано підмножину для інтеграції. Для обраних теплових потоків, що підлягають тепловій інтеграції, було побудовано складені криві та проаналізовано їх взаємне розташування на температурноентальпійній діаграмі. Цей аналіз показав, що для визначеного значення мінімальної температурної різниці в теплообмінному обладнанні Тmin, отримуємо порогову задачу. Проблему було сформульовано для значення Тmin, трохи меншого, ніж порогове значення, що привело до невеликого збільшення споживання зовнішніх енергоносіїв. Було розглянуто опції подальшого удосконалення мережі теплообмінників та було виявлено наявність циклу через псевдопінч, що дало змогу прибрати теплообмінник з низьким навантаженням та перерозподілити це навантаження на інші. Відновлення Тmin в даному випадку неможливе, бо маємо жорсткі умови по відсутності гарячих утиліт. Продемонстрована значна економія витрат потужності зовнішніх утиліт. Для модернізації було підібране сучасне теплообмінне обладнання фірми Alfa Laval на усі позиції, що потребується.
Посилання
Kohan V. B. Azeotropnaia y ekstraktyvnaia rektyfykatsyia / V.B. Kohan. – L.: HOSKhYMYZDAT, 1961. – 316 p.
Bahaturov S. A. Osnovi teoryy y rascheta perehonky y rektyfykatsyy. – Yzd. 3-e, pererab. / S.A. Bahaturov. – M.: Khymyia, 1974. – 440 p.
Smith R. Chemical Process Design and Integration. Chichester. McGraw-Hill, John Wiley and Sons Ltd. 2005. 687 p.
Kemp Ian C. Pinch Analysis and Process Integration. – OXFORD. Elsevier Ltd. 2007. 396 p.
Smyt R., Klemesh Y., Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.A., Ulyev L.M. Osnovyyntehratsyy teplovykh protsessov.– Kharkov: NTU «KhPY». 2000.–456 p.
Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.A., Ulyev L.M., Boldirev S.A., Arseneva O.P., Tarnovskyi M.V. Yntehratsyia teplovikh protsessov na ustanovke pervychnoi pererabotke nefty AVT A 12/2 pry rabote v zymnee vremia. // Teoretycheskye osnovi khymycheskoi tekhnolohyy. – 2009.–T.43.–№6.–P. 665–676.
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.
Babak T., Golubkina O., Ponomarenko Y., Solovey L., Khavin G. The investigation of the process streams in the multi-effect evaporation plant for the concentration of sorghum syrup // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies.– V. 3, No. 8 (93) (2018). – Energy Saving Technologies and Equipment. – P. 52–58.
Tovazhnyanskyy L. L., Kapustenko P. A., Ulyev L.M., Boldyryev S. A. Uluchshenye teplovoi yntehratsyy na sakharnikh zavodakh // Intehrovani tekhnolohii ta enerhozberezhennia. – Kharkiv – NTU «KhPI». – 2002. – №2. – P. 11–16.
Bykanov S. M., Babak T. H., Danylov Yu. B., Bykanova V.V. Zastosuvannia metodu pinch-analizu pry provedenni teplovoi intehratsii protsesu vypariuvannia khlorydu mahniiu // Intehrovani tekhnolohii ta enerhozberezhennia. – Kharkiv NTU «KhPY».– 2020.– №1. P. 13–21.
Ulyev L. M., Hariev A. O., Myronov A. M. Pinch-analiz protsesu rektyfikatsii sumishi furfurol-voda // Visnyk NTU «KhPI».– 2013.– № 9.– P. 90–97.
Babak T. H., Holubkyna O. A., Malishko Yu. V., Ponomarenko E.D. Modernyzatsyia protsessa rektyfykatsyy chastychno rastvorymoi azeotropnoi smesy furfurol-voda // Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu «KhPI». Zbirnyk naukovykh prats. Seriia:
Innovatsiini doslidzhennia u naukovykh robotakh studentiv. – Kh.: NTU «KhPI». – 2016. – №29 (1201).– P. 38–42.
Babak T. H., Baliuk S. V., Holubkyna O. A., Ponomarenko E. D. Optymyzatsyia эnerhopotreblenyia rektyfykatsyonnoi ustanovky na osnove yntehratsyy teplovikh potokov // Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu «KhPI». Zbirnyk naukovykh prats. Seriia:
Innovatsiini doslidzhennia u naukovykh robotakh studentiv.– Kh.: NTU «KhPI».– 2016.– №29 (1201).– P. 43–48.
Babak T. H., Bykanov S.N., Solovei L. V., Us V. A. Optymyzatsyia potreblenyia enerhonosytelei v protsesse viparyvanyia vodnoho rastvora hydroksyda natryia // Visnyk Natsionalnoho Tekhnichnoho Universytetu «KhPI». Seriia: Innovatsiini doslidzhennia u naukovykh robotakh studentiv, 2018. – №40(1316). – P. 33–38.
