Принцип наилучшего использования энергии

При организации ХТС энергетические проблемы имеют ресурсосберегающий, экологический и экономический характер. Проблема энергосбережения связана с все возрастающим количеством населения земного шара и опережающим потреблением энергетических ресурсов (рис. 2.1). При этом в основном потребляются углеводородные ресурсы: уголь, нефть, газ, которые являются невозобновляемыми. Степень их использования не превышает 45% - отсюда возникают тепловые выбросы, приводящие к нарушению функционирования природных экосистем, изменению климата и Т.п.

Экономический аспект энергетической проблемы связан с тем,

что в себестоимости химической продукции доля энергии составляет

до 60% от затрат на сырье. Поэтому одной из основных задача энергосберегающих технологий является снижение затрат энергии на единицу продукта и уменьшение тепловыделение в окружающую среду. Эти задачи должны решаться за счет внутренних энергетических ресурсов, которыми обладают многие хтс.

Следует отметить, что химическая технология обладает следующими источниками энергии:

- многие химические процессы протекают с выделением большого количества тепла, которое отводится для поддержания оптимальных температур в реакторе, для регулирования качества продукта или для безопасных условий ведения процесса;

- эндотермические процессы про водятся при высоких температурах, которые затем могут являться дополнительным источником тепла;

- в производствах органического синтеза в качестве отходов образуются вещества, способные служить топливом при определенных условиях.

Однако использование энергоресурсов в химических производствах связано с трудностями, основными из которых являются:

- рассредоточенность источников энергии в пространстве, особенно для малотоннажных производств;

- рассредоточенность источников энергии во времени (при периодических проuессах);

- малое количество энергоресурсов на единицу оборудования и в единицу времени;

- значительные потери тепла в окружающую среду;

- трудности использования тепла экзотермических низкотемпературных процессов.

Основным направлением в повышении энергетической эффективности химических производств является снижение их энергоемкости. Этому способствует:

- перевод производства на непрерывную технологию;

- использование топливного потенциала горючих отходов;

- создание агрегатов большой единичной мощности, позволяющих концентрировать энергию;

- рациональная организация энерготехнологических агрегатов.

В результате анализа эффективности разрабатываемой ХТС путем термодинамического анализа и расчета теплового баланса становятся ясными потенциальные энергетические возможности системы и следующим этапом, в соответствии с этим, является рациональное инженерное оформление данного химико-энергетического элемента или системы в целом. Задача этого этапа - снизить затраты энергии на единицу выпускаемого целевого продукта и сократить потери теп­

ла в окружающую среду.

В зависимости от типа реализуемого процесса для этой цели используют ряд приемов:

1). Регенерация теплоты - использование тепла отходящих продуктов реакции для нагрева входящих потоков. Для этой цели применяют три основных способа:

- непосредственный теплообмен;

- теплопередача через теплообменную поверхность;

- перенос тепла при помощи тепловых агентов.

Непосредственный теплообмен используется в тех случаях, когда теплообменивающиеся вещества находятся в разных фазах. По этому принципу работает большинство непрерывно действующих печей: твердый материал, загружаемый в печь, подогревается отходящими газами, а входящие газы нагреваются теплотой материала, сгоревшего или обожженного в печи. Теплопередача соприкосновением осуществляется также при упарке раствора в аппарате погружного горения (рис. 2.2): горючие газы сгорают в камере сгорания под слоем раствора, который подвергается концентрированию.

Теплопередачу соприкосновением нельзя использовать, если теплопередающие потоки находятся в одинаковых хорошо смешивающихся фазах или если между их составляющими возможно химическое взаимодействие. В этих случаях теплопередачу осушествляют через теплообменную поверхность. Это наиболее распространенный случай в химической промышленности и поэтому его применение отличается большим разнообразием инженерных приемов.

теплопередача через стенку невозможна при очень высоких температурах процесса и сильном коррозионном воздействии теплообменивающихся потоков на оборудование, так как трудно подобрать материалы. Кроме того, теплопередача через стенку экономически невыгодна, если необходимо устанавливать большие и, следовательно, дорогостоящие теплообменные поверхности. В этих случаях возможно использование твердых тепловых агентов. Их применение может быть осуществлено в аппарата,"'(периодического или непрерывного действия. Наиболее прогрессивными являются аппараты непрерывного действия.

В качестве теплоносителя используют твердый материал небольшого

зернения, движущийся в системе и периодически нагреваемый или

отдающий приобретенную теплоту. Материал представляет собой

гранулы диаметром 8-15 мм, которые нагреваются в верхней камере

непосредственным соприкосновением с горячим газом, свободно па­

дают в нижнюю камеру, передавая здесь тепло газам, которые необходимо нагреть, и, охлажденные, снова подаются подъемником в верхнюю камеру.

Если гранулы сделать из материала, способного быть катализатором, то появляется возможность проведения в нижней камере эндотермических химических реакций. Подобным образом оформлены процессы каталитического крекинга нефтепродуктов, пиролиза этана ит. п.