Обґрунтування енергоефективних режимів роботи системи рекуперативних теплообмінників в процесі переробки піроконденсату

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 – процеси та обладнання хімічної технології. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2017 р. Дисертацію присвячено аналізу системи рекуперативного теплообміну і визначенню її недоліків для обґрунтування енергоефективних режимів роботи установки переробки піроконденсату з подальшим удосконаленням тепло- обмінної мережі. Проведено аналіз розвитку методології інтеграції процесів хімічних виробництв. Обґрунтовано необхідність застосування високоефективного пластинчастих теплообмінників на сучасних підприємствах задля максимальної економії енергоресурсів. Розглянуто тепловий розрахунок теплообмінника, принципи визначення середнього температурного напору і коефіцієнтів тепловіддачі. Досліджено можливість застосування відомих моделей перемішування, витіснення та їхньої комбінації при обрахунку теплообмінних апаратів. Наведено алгоритми розрахунку теплообмінників із робочими середовищами, що знаходяться в одній фазі та в різних. Представлено імітаційну модель переробки піроконденсату на установці виробництва бензолу, виконану за допомогою програмного забезпечення UniSim Design. Перевірено взаємне узгодження початкових даних та відзначено високу ступінь збіжності матеріальних і теплових балансів в отриманій розра-хунково-імітаційній моделі. Проведено аналіз функціонуючої теплообмінної системи, встановлено її недоліки та потенціал для енергозбереження. Екстраговано технологічні потоки та розраховано існуючу локалізацію пінчу зі встановленням значення мінімального температурного напору ΔTmin. Визначено локалізацію пінчу для можливої інтеграції. Розроблено три варіанти проектів реконструкції мережі теплообмінних апаратів із власними значеннями ΔTmin. Обчислено можливі техніко-економічні ефекти від запровадження проектів інтеграції у виробництво. Обрано найбільш економічно доцільний варіант проекту реконструкції системи теплообміну та запропоновано комплект теплообмінних апаратів із необхідними технічними характеристиками.Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in specialty 05.17.08 – processes and equipment of chemical technology – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" of Ministry of Education and Science of Ukraine, 2017. The thesis is dedicated to the analysis of recuperative heat exchange system and determining its shortcomings for a substantiation of the energy efficient modes on pyrocondensate processing installation with further improvement of heat exchange network. The analysis of process integration methodology for chemical production is made. The necessity of the highly efficient plate heat exchangers for modern enterprises in order to maximize energy savings is substantiated. The thermal calculation of the heat exchanger, the principles of determining the average temperature pressure and the heat transfer coefficients are considered. The algorithms of the heat exchangers calculation with one-phase and two-phase working environments is provided. The simulation model of the process of pyrocondensate processing at the plant for the benzene production, performed using UniSim Design software, is presented. The mutual reconciliation of the initial data is checked and the high degree of material and thermal balances convergence in the resulting calculation-and-imitation model is noted. The analysis of the functioning heat exchange system is carried out, its deficiencies and energy saving potential are established. A number of technological streams are extracted and the existing pinch localization with determining of mini-mum temperature difference value ΔTmin are calculated. The pinch localization for possible process integration is determined. Three variants of reconstruction projects for the heat exchanger network, involved in the pyrocondensate processing, with their own optimum minimum temperature differ-ence values ΔTmin are developed. The most economically feasible variant of the heat exchange system reconstruction project is selected and a set of heat exchangers with the necessary technical characteristics are proposed.