Комплексна теплова інтеграція процесу ректифікації із використанням термокомпресії

Abstract

Процес ректифікації знаходить широке розповсюдження в багатьох галузях промисловості і потребує значних витрат енергії. Пошук технологічних схем процесу ректифікації, яке забезпечує максимальне зниження енерговитрат, є актуальною задачею. Один з сучасних підходів до проектування технологічних схем, що спрямовані на забезпечення ресурсо- і енергозбереження, є пінч-аналіз. В даній роботі було вирішено застосувати методи пінч-аналізу і тепловий насос (термокомпресію) для комплексної теплової інтеграції процесу ректифікації суміші метанол-вода. На основі матеріального і теплового балансу ректифікаційної колони було розраховано характеристики основних технологічних потоків процесу ректифікації суміші метанол-вода: їх витрати, температури, питому теплоємність, потокову теплоємність та зміну потокової ентальпії (теплове навантаження). Сформовано потокову таблицю. Побудовано складені криві процесу для мінімальної різниці температур ΔТmin, визначено точку пінча і мінімальні значення потужності гарячих та холодних утиліт. На основі розрахованих даних побудовано сіткову діаграму і розташовано теплообмінники у відповідності із пінч-правилами, що дозволяє досягнути максимальної рекуперації тепла, яка відповідає обраному ΔТmin. For the use of heat pump (thermocompression), the required degree of steam compression in the P₂/P₁. Вона була обрана з урахуванням необхідної температури пари, яка достатня для обігріву куба колони. На основі цих розрахунків розроблено технологічну схему процесу ректифікації метанол-вода із тепловим насосом (термокомпресією) і тепловою інтеграцією основних технологічних потоків. Така схема дає значну економію гарячих та холодних утиліт у порівнянні із проведенням процесу ректифікації суміші метанол-вода за принциповою технологічною схемою.The rectification process is widespread in many industries and requires significant energy consumption. The search for technological schemes of the rectification process, which ensures the maximum reduction of energy consumption, is arelevant task. One of the modern approaches to the design of technological schemes aimed at ensuring resource and energy saving is pinch analysis. In this work, it was decided to apply the methods of pinch analysis and heat pump (thermocompression) for complex thermal integration of the methanol-water mixture rectification process. On the basis of the material and heat balance of the rectification column the characteristics of the main technological flows of the methanol-water mixture rectification process were calculated: their consumption, temperatures, specific heat capacity, flow heat capacity, and enthalpy change (heat load). A flow table has been created. Composite process curves for the minimum temperature difference ΔТmin were constructed, the pinch point and the minimum power values of hot and cold utilities were determined. Based on the calculated data, a grid diagram was constructed and heat exchangers were located in accordance with the pinch rules, which allows to achieve the maximum heat recovery that corresponds to the selected ΔТmin. For the use of a heat pump (thermocompression), the required degree of steam compression in the P₂/P₁ compressor was calculated. It was chosen taking into account the necessary steam temperature, which is sufficient for heating the cube of the column. Based on these calculations a technological diagram of the methanol-water rectification process with a heat pump (thermocompression) and thermal integration of the main technological flows was developed. Such a scheme provides a significant saving of hot and cold utilities in comparison with carrying out the process of rectification of the methanol-water mixture according to the principle technological scheme.