Введение к работе
Актуальность работы
В 2008 году президентом РФ намечена стратегия по энергосбережению и повышению экологической безопасности производств. Планируется к 2020 году снизить энергопотребление на единицу продукции на 50%.
Одним из самых энергоемких процессов на предприятиях топливно-энергетического комплекса (ТЭК) является процесс ректификации смесей. Большинство действующих в настоящее время ректификационных установок проектировались в 60-80 г.г. прошлого столетия. За это время появились новые высокоэффективные контактные устройства, которые взамен устаревшим позволяют повысить качество разделения смесей, снизить гидравлическое сопротивление колонн и что особенно важно уменьшить энергозатраты на единицу выпускаемой продукции.
Большинство контактных устройств для использования в новых или модернизируемых тепломассообменных аппаратах предлагаются зарубежными фирмами Sulzer, Koch-Glitsh, Цзэхуа и др. Контактные устройства имеют большую стоимость и длительные сроки поставок. В связи с этим актуальным является разработка, исследование и использование на предприятиях ТЭК отечественных контактных устройств, не уступающих по эффективности зарубежным, но с меньшей стоимостью.
Работа выполнена в соответствии с НИОКР КГЭУ «Исследование и математическое моделирование сопряженных тепломассообменных процессов и процессов сепарации для теплоэнегетических установок» №01200406196 по заданию Федерального агентства по образованию №1.3.05, а также по заданию ОАО «Казаньоргсинтез»
Цель работы
Разработать технические решения по энергосберегающей модернизации теплотехнологической установки разделения этаноламинов. Использовать термодинамический анализ для оценки энергетической эффективности процессов с модернизированными аппаратами.
Повысить эффективность тепломассообменого процесса и эксергетический КПД промышленных аппаратов, за счет чего снизить энергозатраты на установке разделения этаноламинов.
Разработать и экспериментально исследовать высокоэффективную конструкцию регулярной насадки для энергосберегающей модернизации ректификационных колонн.
Обобщить экспериментальные данные в виде расчетных уравнений для использования в математическом описании процесса тепломассообмена в колонных аппаратах.
Внедрить насадку в ректификационных колоннах на ОАО «Казаньоргсинтез» и оценить экономический эффект за счет энергосбережения.,
Научная новизна
1. Для решения задач повышения эффективности тепломассообменых процессов и снижения энергозатрат на разделение этаноламинов разработана
конструкция регулярной рулонной гофрированной насадки с элементами шероховатости поверхности или просечками.
На экспериментальном стенде выполнены исследования гидродинамических и массообменных характеристик новой насадки. Получены данные по перепаду давления сухой и орошаемой насадки, задержке жидкости, обратному перемешиванию и массоотдачи в газовой фазе. Сделаны обобщения полученных результатов в виде расчетных выражений для ' уравнений математической модели процесса тепломассообмена в колонных аппаратах. .
Проведен тепловой и термодинамический анализ теплотехнологической схемы действующей установки разделения этаноламинов до и после выполненной модернизации. Дана технико-экономическая оценка предложенного решения.'
Практическая значимость
Снижены энергозатраты на проведения процесса разделения этаноламинов за счет использования высокоэффективной регулярной насадки в новых разработанных ректификационных колоннах.
В 2006 году в производстве этаноламинов на ОАО «Казаньоргсинтез» внедрены новые колонны с насадками. Эксплуатация колонн в течение более трех лет подтвердила правильность принятых научно-технических решений. Улучшилась качество,продуктов, а энергозатраты на разделение (по греющему пару) снизились почти в два раза (на 2,28 Гкал/час или 18240 Гкал/год). Кроме этого, почти в три раза снизился расход охлаждающей воды в дефлегматорах колонн. Экономический эффект за счет энергосбережения составляет 14,34 млн. руб. в год. Срок окупаемости разработанной насадки составил 7 месяцев.
Использование высокоэффективной насадки обеспечивает значительное уменьшение энергозатрат на процесс разделения за счет уменьшения флегмовых чисел, и соответственно, греющего пара в кипятильниках колонн.
Личное участие автора заключается: в выполнении термодинамического анализа работы промышленной установки разделения этаноламинов и в выборе научно-технических решений по' энергосбережению; в разработке конструкции регулярной - рулонной насадки; выполнении экспериментальных исследований данной насадки на лабораторном стенде; обработке и обобщении опытных данных по гидравлическому сопротивлению и массоотдачи новой насадки; выполнении расчетов эффективности массоопередачи.
Автор защищает:
Разработанную конструкцию высокоэффективной . регулярной гофрированной насадки для энергосберегающей модернизации ректификационных колонн;
Результаты экспериментальных исследований гидравлических и массообменных характеристик разработанной насадки на лабораторном стенде. Обобщение опытных данных в виде расчетных выражений;
Результаты теплового и термодинамического анализа и научно-технические решения по энергосберегающей модернизации ректификационных колонн теплотехнологической установки разделения этаноламинов на ОАО «Казаньоргсинтез»;
'4. Результаты внедрения насадки в модернизированных колоннах. '
Апробация работы и публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, из них 2 из списка рекомендованного ВАК. Отдельные разделы диссертации докладывались и обсуждались на Международных 'научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ), г: Казань, 2005; г. Воронеж, 2006; г. Ярославль, 2007; г. Саратов, 2008; V Российской научно - технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности», г. Ульяновск, 2006; Всероссийской школе - семинаре «Проблемы тепломассобмена и гидродинамики в энергомашиностроении», г. Казань, 2004; Международной научно-технической конференции «ЭНЕРГЕТИКА - 2008: инновации, решения, перспектива», г. Казань, 2008; Международной юбилейной научно-практической конференции «Передовые технологии и перспективы развития ОАО «Казаньоргсинтез»», г. Казань, 2008, а также на семинарах и конференциях КГЭУ (2003-2008 гг.).
Объем и структура диссертации:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений с расчетом экономического эффекта, и актом о внедрении результатов. Объем диссертации составляет 110 стр. текста, содержатся 25 рисунков, 13 таблиц и список литературы из 130 наименований.
