В статье рассмотрены возможные схемы утилизации теплоты дефлегмации в ректификационной установке с помощью теплонасосных установок.
Ключевые слова: кубовой остаток, теплота дефлегмации, верхний продукт, нижний продукт, рабочий агент.
Ректификационные установки являются крупными потребителями энергии. В традиционно применяемой схеме необходимая для процесса теплота подводится в куб колонны с греющим паром, а в дефлегматоре практически вся подведенная теплота отводится с охлаждающей оборотной водой в окружающую среду. В летний период из-за недостаточного охлаждения оборотной воды возникают проблемы с дефлегмацией и качеством дистиллята [1]. Утилизация теплоты в процессе ректификации в основном сводится к использованию теплоты дефлегмации (конденсации флегмы и дистиллята). При этом исключается сложная и материалоемкая система охлаждения водой или воздухом и одновременно исключается влияние температуры окружающей среды на производительность установки. К установке подводится только электрический кабель вместо паропроводов от котельной или ТЭЦ. Возможно, также использовать отводимую теплоту при охлаждении дистиллята и кубового остатка [2].
На рис. 1 дана схема утилизации теплоты дефлегмации в ректификационной установке (РУ) с помощью теплонасосных установок (ТНУ), работающей по открытому циклу на флегме.
Рис. 1. Утилизация теплоты дефлегмации в РУ: ТНУ, работающая по открытому циклу на флегме
В этой схеме пары верхнего продукта 2 сжимаются в компрессоре (КМ). Часть сжатых паров 3 является готовым верхним продуктом (дистиллятом) и отводится из установки. Другая часть 4 поступает в куб колонны кипятильник-конденсатор (К-К), где за счет теплоты конденсации потока 4 образуются пары кубового остатка 5, поступающие в низ колонны РК. Конденсат 4 дросселируется через дроссель-вентиль (ДР) и в качестве флегмы поступает в верхнюю часть колонны: 1-исходная смесь, 6-кубовый остаток (нижний продукт).
По другой схеме (рис. 2) теплота дефлегмации в РУ утилизируется с помощью ТНУ, работающей по открытому циклу на кубовой жидкости. Часть 5 нижнего продукта дросселируется через ДР и после этого используется в качестве хладагента в дефлегматоре-испарителе (ДФ-И), обеспечивая флегмой 4 колонну РК. С другой стороны ДФ-И является испарителем для потока 5. Пары 5 сжимаются КМ и направляются в нижнюю часть колонны РК: 3-готовый верхний продукт-дистиллят.
Рис. 2. Утилизация теплоты дефлегмации в РУ: ТНУ, работающая по открытому циклу на кубовой жидкости
Возможны и другие варианты схем ректификации с использованием ТНУ для утилизации теплоты дефлегмации, в частности, схема замкнутого цикла ТНУ с промежуточным рабочим агентом 7 (рис. 3). Рабочий агент 7 испаряется в ДФ-И, забирая теплоту от верхнего продукта 2. После сжатия КМ рабочий агент 7 отдает теплоту в К-К на получение паров 5 нижней части колонны.
Рис. 3. Утилизация теплоты дефлегмации в РУ: ТНУ, работающая на промежуточном рабочем агенте по замкнутому циклу
На схеме рис. 4 теплота дефлегмации отбирается с помощью ТНУ, работающей на кубовом остатке 6, который после своего расширения в ДР поступает в дефлегматор, отбирает теплоту дефлегмации, сжимается в КМ и отдает эту теплоту, конденсируясь в К-К.
Рис. 4. Утилизация теплоты дефлегмации в РУ: ТНУ, работающая на кубовом остатке
Преимуществом схем с использованием ТНУ для утилизации теплоты в процессах ректификации является уменьшение суммарной поверхности теплообмена и снижение расхода энергии на 25…30 %, так как при ректификации близкокипящих смесей требуются сравнительно небольшие затраты на сжатие.
Литература:
- Мазур Л. С. Техническая термодинамика и теплотехника: Учебник. — М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003. — 352 с.
- Визиришвили О. Ш., Меладзе Н. В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения. — М.: Изд. МЭИ, 1994.
