Использование энергосберегающих технологий для кристаллизации сульфата натрия (стр. 6 из 12)
В реальных условиях работы ТН коэффициент эффективности ТН рассчитывается по левой формуле (18), причем работа сжатия 1 кг водяного пара может быть рассчитана с помощью энтальпийно-энтропийной диаграммы h,i- S водяного пара как разность энтальпий конечного и начального состояний (h" - i) или (h* - i)/ηад (рисунок 4.5). С учётом механического к.п.д. компрессора ηмех работа сжатия равна:
При расчётах по формуле (22) принята С п -1,98 кДж/(кгК); ηад = 0,78; ηмех =0,9; i= 2676 кДж/кг. Результаты расчёта ε рпри давлениях Р= 2 , 3 и 4 ата приведены в таблице 4.1.
Из рисунка4. 4 видно, что коэффициент эффективности реального ТН составляет 65 — 70 % от теоретического коэффициента эффективности ТН, что близко к произведению двух коэффициентов ηад * ηмехравному 0,702.
С увеличением разности температур (давлений) коэффициент эффективности ТН (коэффициент преобразования) ε рзакономерно уменьшается, оставаясь достаточно высоким.
При оценке эффективности применения ТН необходимо учесть большую стоимость единицы электроэнергии (для работы турбокомпрессора) по сравнению с тепловой в виде греющего пара. По данным различных заводов РФ коэффициент К, равный отношению цен за единицу электроэнергии и тепловой в виде пара давлением до 1 МПа, колеблется в широких пределах (от 3 до 6). С учётом этого соотношения экономический коэффициент эффективности ТН будет в К раз меньше: ε эк = εр /K. Расчёт ε экдля ПТН и КТН с учётом формулы (22) дает одинаковый результат в расчёте на 1 кг сжимаемого в турбокомпрессоре пара. Однако при сравнении эффективности применения ПТН, КТН и ОТН необходимо учесть долю свежего пара d≡D+/ D, дополнительно подаваемого, как правило, в аппарат с ПТН и, наоборот, отводимого с установки в случае КТН и ОТН. Тогда экономический коэффициент эффективности ε экпри работе с ПТН, КТН и ОТН по сравнению с работой кипятильника без ТН может быть рассчитан по формуле:
Здесь ε ррассчитывается по формуле (22), но без учёта теплоты перегрева паров, так как последняя учтена при расчётах D+из тепловых балансов узлов смешения (контур II на рисунке 4.1б и контур IV на рисунке 4.1в).
Результаты расчётов ε экпо формуле (23) совместно с (3), (8) и (12) при условии t1=t, р=0,1 МПа и Р=0,25МПа и различных значениях К представлены на рисунке 4.6.
При работе без ТН подаётся только свежий пар (d= 1) и, естественно, величина ε эк= 1.
Для частичного теплового насоса экономический коэффициент эффективности не зависит, естественно, от соотношения цен К за единицу электроэнергии и тепловой в виде пара. Он полностью определяется коэффициентом инжекции U = Dв/D oи возможным отличием цен на пар высокого давления и рабочего, характеризующимся коэффициентом К п.
На ряде предприятий РФ цена за 1 кг пара при давлениях от 0,3 до 1 МПа одинакова, тогда К п = 1.
Так как D = D 0 + Dв = D0 (1+U), то D/D o = 1+U, a коэффициент преобразования для ЧТН :
При U = 0.6 и принятом К п = 1 на рисунке 4.6 получим горизонтальную линию, пересекающую ε эк для других вариантов ТН при значениях К > 5,5-5,8. Это свидетельствует, что турбокомпрессоры в схемах ТН выгодно применять при не очень большом соотношении цен за единицу электроэнергии и тепловой (менее 5). При значениях К > 6 в случае одинаковых цен на пар высокого и среднего (рабочего) давлений экономически более выгодным может оказаться частичный ТН.
При К < 5 наиболее выгодным является ОТН. Совсем немного (по величине ε эк примерно на 1 %) уступает ему КТН и чуть больше - ПТН (примерно на 6%).Однако в последних двух случаях обогрев кипятильника производится перегретым паром, что приводит к ухудшению условий теплопередачи. Поэтому схему ОТН следует считать наиболее целесообразной.
Штриховой линией на рисунке 4.6 показана зависимость ε экот К для ПТН без учёта теплоты перегрева паров после сжатия. Видно, что доля последней составляет 5 - 7 % от полной энтальпии пара и пренебрегать ею не следует. Однако для эффективного использования этой теплоты перегрева следует применять полное внутреннее охлаждение паров в сепараторе высокого давления, как это показано на рисунке 4.1г.
Сравнение эффективности применения ТН в процессах выпаривания, дистилляции и ректификации может быть проведено по той же канве.
Задачей данных патентных исследований является поиск информации об энергосберегающих технологиях и оборудовании для энергосбережения в процессах кристаллизации растворов солей и, в частности, сульфатов.
Поиск проведен по материалам, предоставленным в таб. 4.2.
| Предмет поиска (тема, объект, его составные части) | Цель поиска информации | Страна поиска | Классификационные индексы | |
| Наименование источника поиска информации | ||||
| Энергосберегающее оборудование и технологии кристаллизации растворов солей | Снижение энергозатрат на процесс кристаллизации сульфата натрия из осадительной ванны | Россия | Пат. 1752115 РФ, МКН G 21 F 9/16 | Айзенштейн В.Г., Захаров М.К.,Носов Г.А., Оптимизация полного теплового насоса в процессах химической технологии заявка 15.01.2001 |
| Энергосберегающее оборудование и технологии кристаллизации растворов солей | Снижение энергозатрат на процесс кристаллизации сульфата натрия из осадительной ванны | Россия | Пат. 1752115 РФ, МКН G 21 F 9/16 | Айзенштейн В.Г., Захаров М.К.,Носов Г.А., Компенсирующий тепловой насос в химико-технологических процессах. Заявка от 23.03.2000. |
3. П редложения по модернизации и реконструкции
В данном проекте предлагается реконструкция кристаллизационной установки АО «Вискозное волокно» в ОАО «Балаковский завод волоконных материалов». При этом обвязка кристаллизатора выполняется по энергосберегающей технологии. Для этого на каждую секцию кристаллизатора устанавливается по дополнительному конденсатору смешения. Орошение конденсаторов производится речной водой (по
на каждый конденсатор). При этом количество воды, подаваемой на основной конденсатор - уменьшается. Барометрическая вода с проектируемых конденсаторов сливается в существующую камеру- гидрозатвор. Не сконденсировавшаяся парогазовая смесь отсасывается паровым эжектором в сборный коллектор ( с 2,3,4 секций кристаллизатора) и в сборный коллектор (с 1 секции кристаллизатора) и далее по существующей схеме.3.1 Техническая характеристика оборудования
3.1.1 Кристаллизатор
· Рабочее давление – вакуум;
· среда – агрессивная (осадительная ванна с кристаллами глауберовой соли);
· температура по секциям: I - до 17° С ; II - до 15° С; III – до 12° С; IV - до 10° С;
· матерная – сталь гуммированная эбонитом 51 – 1627 по ТУ 38 – 1051082 – 76, δ гум = 4,5 мм;
· габариты:
;· масса - 14900 кг.
3.1.2 Конденсатор смешения
· Подача воды на орошение
;· материал: сталь нж;
· габариты: 1000 мм; Н= 3500 мм.
3.1.3 Насос 
· Подача -
;· напор – 31 м.вод.ст;
· электродвигатель АО -51-2:
мощность - 18 кВт;
частота вращения - 940
3.1.4 Насос вакуумный ВВН1 – 12
· Номинальная производительность по линии всасывания - 560
;· вакуум – 0,04 МПа;
· расход воды - 2
· электродвигатель 4А200 L 6У3:
мощность - 32 кВт;
частота вращения - 1040
.Кроме указанного выше мероприятия предлагается увеличить подачу осадительной ванны в кристаллизатор с 18 до 24
, что приведет к повышению температуры ванны по секциям кристаллизатора в сумме на 3С. При этом увеличивается скорость образования кристаллов и их зародышей, что в свою очередь увеличивает выход кристаллов; в связи с этим увеличивается и производительность кристаллизационной установки.