9.2. Взаимосвязь потерь эксергии.

Наличие сложных связей между потерями эксергии исключает формальный подход к обоснованию мероприятий по уменьшению потерь эксергии.

Пример Линхоффа: рассмотрим систему 1 , потребляющую 100 единиц эксергии в виде водяного пара и 100 единиц эксергии хладоагента.

1

2 3 4

2  паровой котел 3  турбина 4  холодильная машина

= 0,8 = 0,65 = 0,25

Е₁ Е₂ Е₃

При формальном подходе к усовершенствованию системы 1 безразлично, какой вид затрат будет уменьшен, например, на 10 единиц, тепла или холода. Однако этот вывод неверен.Водяной пар производится в начале технологической цепочки. На 10 единиц эксергии пара следует затратить единиц эксергии топлива. На 10 единиц эксергии холода затрачивается единиц эксергии, т.е. экономия 10 единиц холода в раза больше экономит топлива, чем при сокращении потребления 10 единиц тепла.

Чем “дальше” от первичного источника энергии находится потребитель энергии, тем больший эффект дает ее экономия.

Экономия энергии на ТЭЦ очень важна, но гораздо важнее экономить ее у потребителя. По оценке Линхоффа в Англии затраты энергии в виде товаров и услуг составляют около всех энергетических затрат. Следовательно, сокращение затрат энергии в обрабатывающей промышленности сокращает в 3 раза количество необходимой первичной энергии. Таким образом, в ходе эксергетического анализа наряду со значениями необходимо знать происхождение первичной эксергии. Поэтому в эксергетическом анализе рассматривают прямые потери, т.е. потери эксергии на данной стадии и побочные потери , возникающие на последующих стадиях. Например, неполное протекание химического процесса увеличивает нагрузку на стадиях разделения, поэтому необходимо знать функциональные связи.

9.3. Эксергетический анализ химических производств.

Этот раздел посвящён эксергетическому анализу предпоследней из стадий синтеза промежуточных продуктов в производстве капролактама — стадии оксимирования, с целью определения степени её термодинамического совершенства. Для этого были определены эксергии основных технологических потоков и теплоносителей. Составлены эксергетические балансы для основных аппаратов и рассчитаны их эксергетические КПД. Для определения степени совершенства теплообменных процессов, протекающих на данной стадии, построена кривая регенерации тепла.

9.3.1. Краткое описание технологического процесса стадии оксимирования

Оксимирование осуществляется по двухступенчатой схеме. Основные технологические аппараты и технологические потоки веществ представлены на рисунке 9.1. Во избежание проскока циклогексанона в поток с циклогексаноноксимом на II ступени, оксимирование ведется с 30% избытком гидроксиламинсульфата. Избыток гидроксиламинсульфата на I ступени оксимирования экстрагируется из раствора сульфата аммония свежим циклогексаноном при температуре 55°C. При такой температуре ограничиваются побочные реакции.

Реакция оксимирования между свежим циклогексаноном и остаточным гидроксиламинсульфатом протекает в реакторе I ступени 0050 при температуре 55°C. Для поддержания pH в реактор подаются аммиак и аммиачная вода. Тепло реакции отводится в выносном циркуляционном холодильнике 0070. Из реактора 0050 смесь подается в отстойник 0080.

Нижний слой — раствор сульфата аммония, содержащий по растворимости циклогексанон и циклогексаноноксим, из отстойника 0080 поступает в верхнюю часть виброэкстрактора 0010. Снизу в экстрактор подаётся свежий циклогексанон для извлечения уносимого циклогексаноноксима.

Верхний слой из отстойника 0080, представляющий собой циклогексанон с циклогексаноноксимом, поступает на II ступень оксимирования в реактор 0110. Для протекания реакции оксимирования в реактор подаётся свежий гидроксиламинсульфат. В реактор 0110, как и в реактор 0050, для поддержания pH подаются аммиак и аммиачная вода. Из реактора 0110 реакционная смесь поступает в отстойник 0140. Нижний слой из отстойника — 28% раствор сульфата аммония, подается на I ступень оксимирования. Верхний слой — неосушенный циклогексаноноксим, перетекает в реактор-осушитель 0150.

После осушки циклогексаноноксим поступает на стадию изомеризации.

Для получения товарного сульфата аммония из стоков стадии оксимирования, производится его очистка и концентрирование.

Извлечение циклогексанона из раствора сульфата аммония производится азеотропной отгонкой его с водяным паром в колонне 0240. Отогнанный циклогексанон подаётся на I ступень оксимирования. Раствор сульфат аммония из куба колонны 0240 поступает на двухступенчатую систему выпарки 0360 и 0490/1,2, где концентрация его повышается до 40%. Часть этого раствора используется для осушки циклогексаноноксима.