Рис. 9.6. Технологическая схема 1: T1 и Т2 – теплообменники

Температура греющего пара не меняется, так как идет процесс конденсации пара

Тп=tп+273=200+273=473K;

DT1T = 298Ч1Ч473 −Ч 386 = − 0,142 МДж. 473 386

В теплообменнике Т2

Потери эксергии, отнесенные к сумме теплот на нагревание и охлаждение продуктов реакции (Dе) сырья, равны

227

Второй вариант технологической схемы включает котел-утилизатор и возможность использования теплоты конденсата водяного пара для подогрева исходного сырья (рис. 9.7).

Для расчета потерь эксергии необходимо определить количество передаваемой в каждом теплообменнике теплоты и температуры t3 и t4.

Рис. 9.7. Технологическая схема 2

Как следует из условий, общее количество теплоты, передаваемой в теплообменниках Т1 и Т2, равно 1 МДж. Принимаем, что распределение теплоты по этим теплообменникам прямо пропорционально количеству теплоты, отдаваемой килограммом конденсирующегося пара при его охлаждении от (tn) до температуры конденсата на выходе из теплообменника

Считая, что теплоносители в теплообменнике Т1 движутся противотоком, примем tк на десять градусов выше, чем температура другого теплоносителя на входе (tисх).

Tк=tисх+10=30+10=40 °С.

Для 1 кг пара теплота конденсации, по справочным данным, составляет при 200 °С − 1938 кДж/кг; теплота охлаждения конденсата

Qê = 1ЧCH2O ( tí − tê ) = 4,19 Ч( 200 − 40) = 670 кДж/кг.

Отсюда, количество теплоты, передаваемое в каждом теплообменнике, составит:

втеплообменнике Т1 − QT1 = 670 кДж/кг;

втеплообменнике T2 − QT2 = 1938 кДж/кг. Определяем температуру t3 из уравнения:

Потери эксергии в теплообменнике Т1 определяем из уравнения:

DT1T = T0 ЧQT1 ЧTêT1 − TñT1 , TêT1 ЧTñT1

228

Примем температуру t4 на 20 оС выше, чем температура воды в котле-у- тилизаторе, т. е. t4=tку+20=170 °С. Тогда количество теплоты, передаваемое в каждом теплообменнике Т3 и Т4, будет равно соответственно

Потери эксергии в теплообменнике Т4:

229

Рис. 9.8. Схемы использования тепла реакций:

а– с холодным байпасом; б – с отводом тепла реакции в выносном аппарате;

в– с отводом тепла непосредственно из реактора; г – с предварительным подогревом реактивов; 1 – реактор; 2 – теплообменник; 3 – холодильник; 4 – аппарат для использования тепла реакции; 5 – подогреватель реагентов

Как показали расчеты, более совершенной с точки зрения использования энергии является второй вариант технологической схемы.

Необходимо отметить, что реальные схемы утилизации тепла сложнее и могут быть многоступенчатыми.

Существует три группы методов экономии энергетических ресурсов:

230

1.Методы, связанные с увеличением поверхностей аппарата, времени протекания реакции, использованием более активных катализаторов, что позволяет приблизиться к равновесному состоянию на выходе из аппарата.

2.Методы, основанные на изменении технологического режима и не связанные с изменением технологической схемы, что может привести к увеличению габаритов аппарата.

3.Методы, требующие наряду с приемами, изложенными выше, изменение технологической схемы.

При разработке технологической схемы необходимо производить совместный анализ энергетического и эксергетического балансов с целью установления уровня возврата и возможности использования электрической, тепловой и механической энергии с существенным сокращением потребляемой извне энергии. Кроме того, при выборе относительного варианта технологической схемы должны быть учтены технико-экономические показатели.

231