ІНТЕГРАЦІЯ ТЕПЛОВИХ ПОТОКІВ ВИПАРНОЇ УСТАНОВКИ КОНЦЕНТРУВАННЯ СИРОПУ СОРГО З ВИКОРИСТАННЯМ ПІНЧ-АНАЛІЗУ
Ключові слова:
рекуперація енергії, пінч-аналіз, випарна установка, пластинчаті теплообмінникиАнотація
У статті розглянуто модернізацію системи підігрівачів сиропу сорго перед концентруванням у випарній установці. Процес випарювання є одним з найбільш енергоємних процесів хімічної технології, тому організація рекуперації тепла в цих процесах – це актуальна задача, особливо враховуючи високі ціни на зовнішні енергоносії. Для рішення задачі, що поставлена, було використано методи пінч-аналізу. На підставі розрахунків теплового та матеріального балансів було виділено теплові потоки для теплової інтеграції. За допомогою складених кривих і сіткової діаграми було проведено аналіз існуючого проекту і виявлено недоліки запропонованої системи рекуперації тепла, а саме, порушення мінімальної температурної різниці в теплообмінних апаратах та перенос тепла через пінч. Це тягне за собою як збільшення капітальних витрат, так і витрат на зовнішні енергоносії. На основі принципів пінч-аналізу було розроблено альтернативний проект інтеграції теплових потоків, що реалізує максимальну рекуперацію тепла для економічно та технологічно обґрунтованого значення мінімальної температурної різниці в мережі теплообмінників DTmin = 5 °С. Для технічної реалізації модернізованої схеми було підібрано та розраховано додаткові пластинчаті теплообмінники. Пропозиції щодо покращення теплової схеми містять у собі забезпечення економії споживання гарячої утиліти (пари, що гріє), холодної утиліти (охолоджуючої води), підвищення загальної ефективності від використання модернізованої схеми. Техніко-економічний аналіз запропонованого проекту модернізації показав зниження споживання зовнішніх енергоносіїв в 1,43 рази в порівнянні з вихідним проектом. При практично однаковому терміні окупності альтернативний проект дозволяє отримати чистий річний прибуток на 42 % більше, ніж існуючий проект.
Посилання
Westphalen D. L. Optimization of bleed streams in evaporation systems based on pinch analysis: new approach [Text] / D. L. Westphalen M. R. Wolf Maciel // Computer Aided Chemical Engineering, 2000. 8. P. 997–1002.
Perin-Levasseur Z. Energy integration study of a multi-effect evaporator / Z. Perin-Levasseu, V. Palese, F. Marechal [Text] // Energy integration study of a multi-effect evaporator, PRES08: 11th Conference Process Integration, Modelling and Optimisation for Energy Saving and Pollution Reduction, Praha (Czech Republic), August 24–28, 2008.
Higa M. Thermal integration of multiple effect evaporator in sugar plant / M. Higa, A. J. Freitas, A. C. Bannwart, R. J. Zemp [Text] // Applied Thermal Engineering, 2009. 29. P. 515–522.
Kemp I. C. Pinch Analysis and Process Integration. A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy [Text] / I. C. Kemp // Butterworth-Heinemann is an imprint of Elsevier Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP, UK 30 Corporate Drive, Suite 400, Burlington, MA 01803, USA, 2006. 396 p.
Smit R., Klemesh Y., Tovazhnyanskyy L. L., Kapustenko P. A., Ulyev. L.M. (2000). Osnovy integratsii teplovykh protsessov [Tekst]. Kharkov. NTU «KhPI», 458.
Barambu N. U., El-Nafaty U. A., Saeed I. A. (2017). Energy Integration of Sugar Production Plant Using Pinch Analysis: A Case Study of Savanah Sugar Company Yola [Text]. Advances in Applied Science Research, 8(2), 20–29.
Tovazhnyanskyy L. L., Kapustenko P. A., Ulyev L. M., Boldyryev S. A. (2002). Heat Integration Improvement for Eastern European Countries Sugar-Plant [Text]. Proceedings of 15-th International Congress of Chemical and Process Engineering, CHISA’2002, Prague, 2002, Summaries, 4, 251.
Tovazhnyanskyy L. L., Kapustenko P. A., Ulyev L. M., Boldyryev S. A. (2002) Teplovaya integratsiya i energosberezheniye v sakharnoy promyshlennosti [Tekst]. Vestnik NTU «KhPI». 1. р. 94–105.
Arsenyeva, O.P., Babak, T.G., Demirskyy , A.V., Khavin, G.L. (2011) Modernizatsiya sistemy posledovatelno ustanovlennykh podogrevateley sakharnogo soka [Tekst]. Nauchnyye trudy ONAKhT, 39, 2, 151–155.
Demirskyy, A.V., Tovazhnyanskyy, L.L., Arsenyeva, O.P., Khavin, G.L. Kapustenko, P.A. (2013). Analiz raboty sistemy podogrevateley sakharnogo soka s uchetom zagryazneniy teploobmennoy poverkhnosti [Tekst]. Integrirovannyye tekhnologii i energosberezheniye, 2, 14–17.
Babak, T.G., Holubkina, O.A., Korol, D.S., Ponomarenko, E.D. (2017). Povysheniye energoeffektivnosti raboty stantsii uparivaniya sakharnogo siropa [Tekst]. Vestnik NTU «KhPI», 18 (1240), 46–52.
Lambert, C., Laulan, B., Decloux, M., Romdhana, H., Courtois, F. (2018). Simulation of a sugar beet factory using a chemical engineering software (ProSimPlus®) to perform Pinch and exergy analysis [Text]. Journal of Food Engineering, 225, 1–11.
Eggleston, G., Cole, M., Andrzejewski, B. (2013). New Commercially Viable Processing Technologies for the Production of Sugar Feedstocks from Sweet Sorghum for Manufacture of Biofuels and Bioproducts. Review article [Text]. Sugar Technology, 15(3), 232–249.
