Интеграция теплових потоков выпарной установки концентрирования сиропа сорго с использованием пинч-анализа

Abstract

В статье рассмотрена модернизация системы подогревателей сиропа сорго перед концентрированием в выпарной установке. Процесс выпаривания является одним из наиболее энергоемких процессов химической технологии, поэтому организация рекуперации тепла в этих процессов – это актуальная задача, особенно при высоких ценах на внешние энергоносители. Для решения поставленной задачи были применены методы пинч-анализа. На основании расчета теплового и материального балансов выпарной установки были выделены тепловые потоки для тепловой интеграции. С помощью составных кривых потоков процесса и сеточной диаграммы был проведен анализ существующего проекта и выявлены недостатки предлагаемой системы рекуперации тепла, а именно, нарушение минимальной разности температур в теплообменных аппаратах и перенос тепла через пинч. Это влечет за собой как увеличение капитальных затрат, так и затрат на внешние энергоносители.

The modernization of the sorghum syrup heating process before concentrating in the multi-effect evaporator is considered in the paper. Process of evaporation is one of the most power-intensive processes of chemical technology therefore the organization of heat recovery in these processes is a relevant task, especially taking into account high prices of external energy carriers. Pinch-analysis methods have been applied to the solution of the objective. Thermal and material balances of evaporator system have been calculated, process streams for heat integration have been identified and their data have been extracted. By means of the process streams composite curves and the grid diagram the analysis of the existing project has been carried out and shortcomings of the offered system of heat recover, namely, violation of the minimum temperature difference in heat exchange equipment and heat transfer across the pinch has been revealed. It involves both increase in capital expenditure, and costs of external energy carriers. On the basis of the pinch-analysis principles the alternative design of the process streams heat integration, that realizes the maximum energy recovery for economically and technologically reasonable value of the minimum temperature difference in heat exchange network Tmin = 5 С, has been developed. For technical implementation of the upgraded scheme additional plate heat exchangers have been chosen and calculated. Propositions for improving the heat scheme include saving of the hot utility (steam) and cold utility (cooling water) consumptions, increasing overall efficiency by using the upgraded scheme have been made.The technical and economic analysis of the proposed design showed a 1.43-fold decrease in the of external energy consumption in comparison with the initial design. At almost identical payback period, the alternative design will allow to get net annual profit 42 % more, than the existing design.