9.3.3. Расчет эксергетических кпд и эксергетических потерь
Исходя из данных таблицы 9.3, находим эксергетические КПД и потери эксергии для каждого из аппаратов и для всей технологической схемы производства в целом.
Расчёт эксергетических КПД, выполнен по следующим формулам:
;
В
таблице 9.4 приведены значения суммы
эксергии технологических потоков на
входе в аппарат
,
на выходе из него
,
значение "полезной" эксергии на
выходе из аппарата
;
значения общего ()
и "целевого" (полез)
эксергетического КПД. В этой таблице
указаны также названые выше параметры
для всей технологической схемы в целом.
Таблица 9.4. Эксергетические КПД аппаратов на стадии оксимирования.
№ |
Аппарат |
, МДж/ч |
, МДж/ч |
, МДж/ч |
, % |
полез, % |
1 |
0010 |
254300 |
254200 |
216180 |
99.96 |
85.01 |
2 |
0050+0070 |
262300 |
262100 |
222535 |
99.92 |
84.84 |
3 |
0080 |
260600 |
260600 |
222526 |
100.00 |
85.39 |
4 |
0110+0350 |
268300 |
263500 |
230120 |
98.21 |
85.77 |
5 |
0140 |
262900 |
262900 |
230140 |
100.00 |
87.54 |
6 |
0150 |
239700 |
239400 |
224024 |
99.87 |
93.46 |
7 |
0160 |
239400 |
239400 |
224000 |
100.00 |
93.57 |
8 |
0210+0440 |
223200 |
223200 |
223200 |
100.00 |
100.00 |
9 |
0250 |
9639 |
8393 |
8387 |
87.07 |
87.01 |
10 |
0240+0300 |
49750 |
49180 |
8423 |
98.85 |
16.93 |
11 |
0020 |
70060 |
69970 |
8386 |
99.87 |
11.97 |
12 |
0320 |
47910 |
47650 |
8389 |
99.46 |
17.51 |
13 |
0360 |
17040 |
16690 |
719 |
97.95 |
4.22 |
14 |
0490/1,2 |
16430 |
16260 |
0 |
98.97 |
0.00 |
15 |
0650/1,2 |
772.3 |
30.33 |
0 |
3.93 |
0.00 |
16 |
0690 |
122.2 |
39.77 |
0 |
32.55 |
0.00 |
17 |
0330 |
15040 |
15040 |
0 |
100.00 |
0.00 |
18 |
0370/1,2 |
15530 |
15440 |
0 |
99.42 |
0.00 |
19 |
* |
258921 |
249660 |
223200 |
96.42 |
86.20 |
* Для всей технологической схемы.
О степени совершенства технологического процесса можно судить не только по величине эксергетического КПД, но и по потерям эксергии, чем они меньше, тем процесс совершенней.
В таблице 9.5 приведены значения потерь эксергии в различных аппаратах и для всей технологической схемы в целом. Для большей наглядности потери эксергии в аппаратах представлены на диаграмме рисунок 9.2
Таблица 9.5. Эксергетические потери в аппаратах на стадии оксимирования
№ |
Аппарат |
Потери эксергии, МДж/ч |
№ |
Аппарат |
Потери эксергии, МДж/ч |
1 |
0010 |
114.8 |
11 |
0020 |
89.5 |
2 |
0050+0070 |
191.2 |
12 |
0320 |
264.0 |
3 |
0080 |
0.0 |
13 |
0360 |
349.3 |
4 |
0110+0350 |
4774 |
14 |
0490/1,2 |
168.1 |
5 |
0140 |
0.0 |
15 |
0650/1,2 |
742.0 |
6 |
0150 |
324.7 |
16 |
0690 |
82.5 |
7 |
0160 |
0.0 |
17 |
0330 |
0.0 |
8 |
0210+0440 |
0.0 |
18 |
0370/1,2 |
93.07 |
9 |
0250 |
1246 |
19 |
* |
9261 |
10 |
0240+0300 |
562.5 |
|
|
|
* Для всей технологической схемы.
1 — Виброэкстрактор; 2 — Реактор I ступени; 3 — Реактор II ступени;
4 — Реактор-осушитель; 5 — Воздушный холодильник; 6 — Колонна;
7 — Теплообменник; 8 — Паровой подогреватель; 9 — I колонна выпарки;
10 — II колонна выпарки; 11 — Воздушный холодильник выпарки;
12 — Промежуточная ёмкость; 13 — Теплообменник 2
Рис. 9.2 Потери эксергии на стадии оксимирования циклогексанона в производстве капролактама.
Анализ эксергетических балансов показывает, что наибольшие потери эксергии происходят в реакторе оксимирования 0110 и в воздушных холодильниках 0250 и 0650/1,2.
В реакторе оксимирования 0110 54.5% эксергетических потерь являются необратимыми и связаны с химической природой реакции между циклогексаноном и гидроксиламинсульфатом, реакции образования сульфата аммония из аммиака и серной кислоты.
Потери эксергии в воздушных холодильниках объясняются необратимыми потерями тепла в окружающую среду.
Эксергетический анализ стадии оксимирования показал высокую степень совершенства её энерготехнологического режима: общий эксергетический КПД для всей схемы составляет 96.4%, целевой — 86.2%. Более низкое значение целевого эксергетического КПД связан энергетическими затратами на образование и извлечение сульфата аммония. Высокое значение эксергетического КПД свидетельствует о том, что технология получения циклогексаноноксима путём оксимирования циклогексанона гидроксиламинсульфатом реализована корректно. Т.е. потребление энергии и сырья, а также образование побочного продукта (сульфата аммония) минимально возможно. В тоже время значительные величины необратимых потерь эксергии в реакторах оксимирования указывают на необходимость изменения способа получения оксима. Как будет показано далее, например, замена оксимирования циклогексанона его аммоксимированием в присутствии перекиси водорода, позволит снизить примерно в 4 раза необратимые потери эксергии, тем самым, пропорционально уменьшив необходимые количества энергии и вещества, а так же образование побочных продуктов.