23.5Комбинирование экзо- и эндотермических реакций в одном реакционном объеме

Многочисленные процессы получения различных химических продуктов в своей основе имеют эндотермическую реакцию, требующую организации процесса при высокой температуре. При этом селективность процесса, как правило, снижается, в результате чего возрастают не только энергозатраты, но и материалоемкость продукции. Одним из методов, позволяющих улучшить экономичность процесса, является комбинирование экзо- и эндотермических реакций в одном реакторе. Выделяющееся в результате экзотермической реакции тепло используется для проведения эндотермического процесса. В качестве примера можно привести энергосберегающий способ производства уксусного ангидрида. Старый промышленный метод дегидратации уксусной кислоты требует повышения температуры реакционной массы до 600°С. В настоящее время этот процесс осуществляется при комнатной температуре на комплексном палладиевом катализаторе. Недостающее тепло обеспечивается протеканием экзотермической реакции СО + 0,5О₂. Общая схема реакции:

23.6Комбинирование процессов испарения и конденсации в одном аппарате

С

Рис.7.10.. Термосифон

нижение энергоемкости процесса с одновременным уменьшением металлоемкости рекуперационного оборудования может быть достигнуто при комбинировании в одном аппарате процессов испарения и конденсации. Предназначенный для этих целей аппарат называется термосифоном (рис. 7.10).

Термосифон представляет собой герметически закрытую оребренную полость, частично заполненную теплоносителем, одна часть которой служит испарителем, а другая – конденсатором. При работе термосифона протекают три процесса: испарение теплоносителя за счет соприкосновения о горячим технологическим газом его стенки, конденсация за счет теплообмена с нагреваемым потоком и свободный конвективный тепломассоперенос между зонами конденсации и испарения.

При подведении теплоты теплоноситель кипит, образующийся пар направляется в конденсатор, а конденсат под действием гравитационных сил по стенке движется в испаритель. Термосифоны обладает малым термическим сопротивлением, просты и автономны в работе (не требуют дополнительных затрат на перекачку теплоносителя). Малое термическое сопротивление позволяет передавать большие тепловые потоки при малой разности температур на значительные расстояния. Термосифоны могут быть использованы при утилизации ВЭР для нагрева воздуха, поступающего на сжигание топлива, а также для выработки механической или электрической энергии.

23.7Комбинирование тепловых потоков в подсистемах разделения многокомпонентных смесей

У

Рис .7.11. Комбинирование по принципу многократного действия

становки для разделения сложных смесей по температурам кипения компонентов представляют собой последовательность дистилляционных колонн, расположенных в порядке повышения температур кипения. Каждая из колонн делит поступающий в нее поток питания на два погона: верхний и нижний. Колонны снабжены рибойлерами (кипятильниками) и конденсаторами. Для поддержания заданной температуры низа колонны в рибойлерах применяют огневой или паровой обогрев, а необходимую температуру в конденсаторе получают с помощью водяного или воздушного охлаждения.

Для сокращения затрат теплоносителей и хладагентов, которые в дистилляционных процессах велики из-за больших теплот парообразования, используют комбинирование по принципу многократного действия. В этом способе поток питания направляют не в одну, а в две или более колонны. Давление в одной из них повышают настолько, чтобы температура в ее конденсаторе была выше, чем температура в рибойлере другой. Тогда тепло конденсата можно использовать для замены пара или другого теплоносителя в рибойлере колонны низкого давления. В этом случае рибойлер одной колонны служит конденсатором для другой. Схема комбинирования потоков конденсата с рециклом испарителя приведена на рис. 7.11. Указанная схема эффективна при работе с многокомпонентными системами.