2). Выбор относительного движения тепловых потоков.
Количество отдаваемого тепла от нагретого вещества к
нагреваемому определяется направлением относительного движения
тепловых потоков. Тепловые потоки, как и в случае массообмена, могут двигаться или в одном направлении (прямоток), или противоположном (противоток). Эти виды движения применяют при любых способах теплообмена.
При прямотоке можно, в конечном счете, достигнуть такой
температуры, которая получается при их смешении.
.
При противотоке из-за высокой интенсивности процесса появляется возможность превысить среднюю температуру. Однако применение противотока не всегда возможно, так как большая интенсивность процесса может повлиять на качество продукта, например, способствуя его разложению или спеканию. Иногда трудно организовать противоток из-за конструктивных особенностей аппарата. Тогда используют смешанный ток. Эффект, получаемый при этом, будет
средним, который достигается при использовании прямотока и противотока.
3). Рациональное проведение процесса при высоких температурах.
Многие процессы химической технологии про водятся при высоких температурах. Это весьма энергоемкие процессы, поэтому их энергетическому оформлению следует уделять наибольшее внимание. При их реализации часто применяется ряд приёмов.
а) Снижение тепловых потерь. Для этой цели используют внешнюю изоляцию или подачу исходных веществ через пространство, прилегающее к стенкам аппарата.
б) Подогрев газов, поступающих в контактный аппарат, теплом продуктов реакции.
в) Использование тепла для получения пара в котлеутилизаторе. Этот прием широко используется при организации энерготехнологических систем. Например, в схеме оформления контактного узла окисления аммиака. Процесс окисления аммиака проводится на катализаторе (платиновых сетках) при температуре 900 Q C.
Тепло реакционной смеси используется для получения пара в котле-утилизаторе, что позволяет одновременно про извести «закалку» системы и предотвратить разложение оксида азота. В производстве серной кислоты при обжиге серосодержащего
сырья и переработке сернистого ангидрида в серную кислоту выделяется
от 138·104 до 192·104 ккал тепла на 1 т H 2 S04 (в зависимости
от вида исходного сырья). Около 60% общего количества тепла выделяется при обжиге серосодержащего сырья. Температура газов на выходе из печей обжига 800-1000 0 с. Это тепло используется для получения пара в котлах-утилизаторах. В дальнейшем пар применяется качестве теплоносителя или его энергию используют в турбинах (турбокомпрессоры, электрогенераторы).
г) Рациональное оформление технологического процесса предполагает использование тепла отходящих газов для различных этапов данного процесса. Наиболее наглядно это можно показать на оформлении эндотермического процесса конверсии метана водяным паром .Процесс проводят на никелевом катализаторе при температуре
800-900 0 с в трубчатой печи. Учитывая, что процесс протекает с поглощением тепла и катализатор обладает низкой теплопроводностью, для его осуществления катали
затор помещают в длинные узкие трубки, расположенные между газовыми горелками в топочной печи. Выходящие из камеры горячие газы поступают в конвективную камеру печи, где помещен блок теплоиспользующего оборудования. Блок включает в себя подогреватели парогазовой смеси, воздуха, топливного газа, пароперегреватель
д). Регулирование нагрузки реактора. Если в системе, состоящей из теплообменника и реактора, полное количество тепла, необходимое для нагревания газов до заданной температуры перед входом в реактор, поставляются газом, по кидающим реакционное пространство, то такая система будет работать автотермично. Это наиболее выгодный режим работы. Его осуществляют в
процессах синтеза аммиака, метанола, конверсии СО и т. п. Интенсивность потока газа на входе или нагрузка реактора позволяет регулировать температурный режим процесса.
Следует учитывать, что ограничение нагрузки может вызываться необходимостью отрогого соблюдения продолжительности контактирования реагентов с катализатором.
4). Использование образующихся в системе разности потенциалов. Если процесс протекает с изменением агрегатного состояния, необходимо использовать теплоту фазового превращения. Так, в процессе ректификации теплота конденсации
(при постоянной температуре) менее летучего компонента расходуется на испарение более летучего. Теплота, выделяющаяся в экзотермическом процессе, может использоваться для проведения эндотермической реакции, что имеет место, например, в шахтном конверторе паровоздушной конверсии метана, где протекают реакции:
СН4 + Н2 О ~ СО + 3Н2 - 206,4 кДж,
СН4 + 0,502 = СО + 2Н2 + 34,7 кДж.
Аналогичный прием используется в производстве Формальдегида
СНзОН + 0,502 = НСОН + Н2 О + 156,3 кДж,
СНзОН ~ НСОН + Н2 - 85,3 кДж.
Типичным примером использования возникающих в системе
разности потенциалов является использование в технологии азотной
кислоты энергии хвостовых газов после очистки от оксидов азота
(температура 700 0 С) для привода турбины компрессора, подающего в
систему воздух. Этот прием используется практически во всех многотоннажных энерготехнологических системах, что позволяет повысить экономичность их функционирования.
5). Разработка энерготехнологических схем (химикоэнергетических системХтС). Энерготехнологическая система сочетает производство химической продукции с одновременным получением энергии. При этом уменьшается количество не утилизированного низко потенциального тепла и улучшаются 'экономические показатели процесса.
Структура ХЭС включает реакционное оборудование, осуществляющее целевое химическое превращение, систему выделения товарного продукта, а также жестко связанные с ними узлы преобразования энергии: генераторы водяного пара, высокотемпературные печи, рекуператоры тепла, турбогенераторы и турбокомпрессоры и т. п.
Энергия, производимая одновременно с товарным продуктом, может быть использована как на данном производстве, так и передана стороннему потребителю.
К энерготехнологическим системам следует отнести производство аммиака, азотной кислоты, метанола, серной кислоты и др. Наибольших успехов энерготехнология достигла в азотной промышленности и основном органическом синтезе. Этому способствовала разработка непрерывных процессов на основе агрегатов большой единичной мощности, позволяющих концентрировать энергию.
Реализация систем, включающих агрегаты большой единичной мощности, позволяет:
-снизить удельные капитальные затраты и уменьшить себестоимость продукции (на 15-20% при удвоении мощности);
- повысить производительность труда;
- уменьшить материалоемкость и сократить производственные площади.
Кроме того, становится рентабельным использование сложной системы автоматизации и регулирования параметров процесса. Следует, однако, отметить, что данные системы имеют и существенные недостатки:
- наличие жестких связей между отдельными элементами и
подсистемами;
- возрастает цена времени (вынужденные и незапланированные остановки приводят к большим затратам);
- залповые выбросы при продувке систем оказывают значительное отрицательное воздействие на окружающую среду;
- требуется высокая степень надежности агрегата;
- конструкционные и технические сложности монтажа агрегата.
4.3.2. Понятие эксэргия. Эксергия топлив
Эксергия — предельное (наибольшее или наименьшее) значение энергии, которое может быть полезным образом использовано (получено или затрачено) в термодинамическом процессе с учётом ограничений, накладываемых законами термодинамики; та максимальная работа, которую может совершить макроскопическая система при квазистатическом переходе из заданного состояния в состояние равновесия с окружающей средой (эксергия процесса положительна), или та минимальная работа, которую необходимо затратить на квазистатический переход системы из состояния равновесия с окружающей средой в заданное состояние[1] (эксергия процесса отрицательна[2]).
Альтернативны источники энергии
1. Гидроэлектростанция ( плохо со стороны экологии)
2. Атомная энергетика (опасно)
3. Солнечная энергия
4. Ветровая энергия
5. Приливные станции
Аспекты
1. Ресурсосбережение
C
aCO3+
Fe+H2O
CnHn+2
2. Экономика
3. Экология КПД= от 40 до 45 %
Истоичники энергии в ХТС
1. тепло экзотермических реакций
2. Потенциально горючих отходов
3. Высокотемпературные процессы
Теплообмен
1. Непосредственный теплообмен горячим потоком нагревается какой-то объём с непосредственным контактом (смеси и газов)
2. С использованием промежуточных теплоносителей
3. Через стенку ( непосредственного контакта нет) Металлы должны быть термически стойкими.
Приёмы ресурсосбережения:
1. Изоляция аппаратов , работающих при повышенных Т
2. Рекуперация тепла ( использование горячих выходных потоков для подогрева)
CH4+0,5 O2-> CO+2H2
3. Получение пара в котлах утилизатора.
Газ между катализаторной коробкой и стенками аппарата
4.Турбокомпрессоры
5. Турбогенераторы
6. Создание энерготехнологических систем
7. Совмещение в одном реакторе реакций с противоположным тепловым эффектом
