Дослідження інтеграціі теплових потоків багатокорпусної випарної установки для концентрування сиропу сорго

The study on the integration of heat streams of the evaporation station for sorghum syrup concentrating is presented. The relevance of the research is is why the research, aimed at reducing the consumption of external energy and enhancing operating efficiency, is relevant and has practical value.The main purpose of the work is to create a scientifically substantiated design with enhanced economic indicators of operation, ensuring saving in consumption of hot utility (steam) and cooling water.The problem was solved using the pinch-analysis. Heat streams, requiring heating and cooling, were identified, and the alternative project based on the selection of the value of minimum temperature difference DTmin., was created. This value was calculated and substantiated based on the data on thermal streams. The stream of condensate of return steam, the heat excess of which had not been used so far, was added to the system. For the alternative project, the layout of heat exchange equipment was proposed, calculation of plate heat exchangers was performed. The designed network of heat exchangers made it possible to decrease the annual steam consumption by 18 %.Cost-effectiveness analysis was conducted by comparing the indicators for two of the projects of the syrup preheating department for the evaporation station. The proposed alternative project saves power consumption of cooling water by 35.9 kW, of heating vapor steam – by 60.5 kW. At the interest rate of profit tax of 18 %, implementation of the alternative project will pay off in 4 months. As a result, net annual gain of an enterprise is planned to increase by 16 %, at virtually the same payback period of the projects. Application of the methods of heat streams integration made it possible to develop an effective project of sorghum syrup preheating before evaporation and ensure saving of external utilities.Представлено исследование интеграции тепловых потоков многокорпусной выпарной установки для концентрирования сиропа сорго. Актуальность работы определяется технологией процесса, который требует высоких затрат энергии. Поэтому все исследования, направленные на снижение потребления внешней энергии и повышения эффективности работы, актуальны и имеют практическую ценность.Главной целью работы является создание научно обоснованного проекта с улучшенными экономическими показателями работы, обеспечение экономии потребления горячего теплоносителя (пара) и охлаждающей воды.Решение проблемы было проведено с использованием метода пинч-анализа. Были идентифицированы тепловые потоки, требующие нагрева и охлаждения, и создан альтернативный проект, основанный на выборе значения минимальной разницы температур DTmin. Это значение было рассчитано и обосновано на основе данных по тепловым потокам. В систему был добавлен поток конденсата ретурного пара, избыток тепла которого использовался до сих пор. Для альтернативного проекта была предложена схема размещения теплообменного оборудования, проведен расчет пластинчатых теплообменников. Запроектированная сеть теплообменных аппаратов позволила снизить годовой расход пара на 18 %.Анализ экономической эффективности проводился сравнением показателей для двух проектов отделения предварительного нагрева сиропа для выпарной станции. Предложенный альтернативный проект, обеспечивает экономию потребляемой мощности охлаждающей воды 35,9 кВт, греющего пара – 60,5 кВт. При процентной ставке налога 18 % реализация альтернативного проекта окупится через 4 месяца. В результате чистый годовой доход предприятия планируется больше на 16 %, при практически одинаковом сроке окупаемости проектов. Применение методов интеграции тепловых потоков позволило разработать эффективный проект предварительного подогрева сиропа сорго перед выпариванием и обеспечить экономию внешних утилитПредставлено дослідження інтеграції теплових потоків багатокорпусної випарної установки для концентрування сиропу сорго. Актуальність роботи визначається технологією процесу, який вимагає високих витрат енергії. Тому всі дослідження, спрямовані на зниження споживання зовнішньої енергії і підвищення ефективності роботи, актуальні і мають практичну цінність.Головною метою роботи є створення науково обґрунтованого проекту з поліпшеними економічними показниками роботи, забезпечення економії споживання гарячого теплоносія (пари) і охолоджуючої води.Рішення проблеми було проведено з використанням методу пинч-аналізу. Були ідентифіковані теплові потоки, що вимагають нагрівання та охолодження, і створений альтернативний проект, заснований на виборі значення мінімальної різниці температур DTmin. Це значення було розраховане і обґрунтовано на основі даних по тепловим потокам. У систему був доданий потік конденсату ретурної пари, надлишок тепла якого не використовувався досі. Для альтернативного проекту була запропонована схема розміщення теплообмінного обладнання, проведено розрахунок пластинчастих теплообмінників. Запроектована мережу теплообмінних апаратів дозволила знизити річні витрати пари на 18 %.Аналіз економічної ефективності проводився порівнянням показників для двох проектів відділення попереднього нагріву сиропу для випарної станції. Запропонований альтернативний проект, забезпечує економію споживаної потужності охолоджуючої води 35,9 кВт, пари, що гріє – 60,5 кВт. При процентній ставці податку 18 % реалізація альтернативного проекту окупиться через 4 місяці. В результаті чистий річний дохід підприємства планується більше на 16 %, при практично однаковому терміні окупності проектів. Застосування методів інтеграції теплових потоків дозволило розробити ефективний проект попереднього підігріву сиропу сорго перед випаровуванням та забезпечити економію зовнішніх утилі

ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ПРОЦЕСУ РЕКТИФІКАЦІЇ СУМІШІ АЦЕТОН-БЕНЗОЛ

Modern approaches to energy saving in chemical-technological systems are considered. The rectifier for separation of the acetone-benzene mixture was examined, and the process streams data extraction was performed. Using the methods of pinch analysis, it was shown that the organization of energy recovery is not enough effective, and the minimum temperature difference in the regenerative heat exchanger is lower than necessary one, which indicates an overestimation of the required heat transfer surface area. The choice of DTmin was justified. For this value, the target energy values of external utilities and recovery were found by the method of composite curves. Using the rules of pinch analysis, a grid diagram was obtained and two options for the placement of heat exchange equipment were proposed that ensure the achievement of energy targets. The modern plate heat-exchange equipment was selected and the option offering a lower volume of capital investments was chosen. For the best option, an economic assessment was carried out, showing the payback period of the project no more than one year. Energy recovery will increase by more than two times and energy saving will be 5% approximately.Рассмотрены современные подходы к энергосбережению в химико-технологических системах. Обследована ректификационная установка для разделения смеси ацетон-бензол, произведена экстракция данных технологических потоков исследуемого процесса. С помощью методов пинч-анализа была показана недостаточная эффективность организации рекуперации энергии, занижение необходимой минимальной температурной разницы в рекуперативном теплообменнике, что указывает на завышение требуемой площади поверхности теплообмена. Был обоснован выбор значения DTmin. Для этого значения методом составных кривых найдены целевые значения мощности внешних утилит и рекуперации. Используя правила пинч-анализа, была получена сеточная диаграмма и предложены два варианта размещения теплообменного оборудования, обеспечивающие достижение энергетических целей. Подобрано современное пластинчатое теплообменное оборудование и выбран вариант, предлагающий меньший объем капитальных вложений. Для лучшего варианта была проведена экономическая оценка, показавшая срок окупаемости проекта не более одного года.Розглянуто сучасні підходи до енергозбереження в хіміко-технологічних системах. Обстежено ректифікаційну установку для розділення суміші ацетон-бензол, зроблено екстракцію даних технологічних потоків процесу, що досліджувався. За допомогою методів пінч-аналізу було показано недостатню ефективність організації рекуперації енергії, заниження необхідної мінімальної температурної різниці в рекуперативному теплообміннику, яка вказує на завищення площі поверхні теплообміну за потребою. Обґрунтовано вибір значення DTmin – для цього значення за методом складених кривих, знайдено цільові потужності зовнішніх утиліт та рекуперації. Використовуючи правила пінч-аналізу, отримано сіткову діаграму і запропоновано два варіанти розташування теплообмінного обладнання, що забезпечують досягнення енергетичних цілей. Підібрано сучасне пластинчате теплообмінне обладнання та обрано варіант, що пропонує менший об’єм капітальних вкладень – для нього проведено економічну оцінку: термін окупності не більше одного року

ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ПРОЦЕСУ РЕКТИФІКАЦІЇ СУМІШІ АЦЕТОН-БЕНЗОЛ

Modern approaches to energy saving in chemical-technological systems are considered. The rectifier for separation of the acetone-benzene mixture was examined, and the process streams data extraction was performed. Using the methods of pinch analysis, it was shown that the organization of energy recovery is not enough effective, and the minimum temperature difference in the regenerative heat exchanger is lower than necessary one, which indicates an overestimation of the required heat transfer surface area. The choice of DTmin was justified. For this value, the target energy values of external utilities and recovery were found by the method of composite curves. Using the rules of pinch analysis, a grid diagram was obtained and two options for the placement of heat exchange equipment were proposed that ensure the achievement of energy targets. The modern plate heat-exchange equipment was selected and the option offering a lower volume of capital investments was chosen. For the best option, an economic assessment was carried out, showing the payback period of the project no more than one year. Energy recovery will increase by more than two times and energy saving will be 5% approximately.Рассмотрены современные подходы к энергосбережению в химико-технологических системах. Обследована ректификационная установка для разделения смеси ацетон-бензол, произведена экстракция данных технологических потоков исследуемого процесса. С помощью методов пинч-анализа была показана недостаточная эффективность организации рекуперации энергии, занижение необходимой минимальной температурной разницы в рекуперативном теплообменнике, что указывает на завышение требуемой площади поверхности теплообмена. Был обоснован выбор значения DTmin. Для этого значения методом составных кривых найдены целевые значения мощности внешних утилит и рекуперации. Используя правила пинч-анализа, была получена сеточная диаграмма и предложены два варианта размещения теплообменного оборудования, обеспечивающие достижение энергетических целей. Подобрано современное пластинчатое теплообменное оборудование и выбран вариант, предлагающий меньший объем капитальных вложений. Для лучшего варианта была проведена экономическая оценка, показавшая срок окупаемости проекта не более одного года.Розглянуто сучасні підходи до енергозбереження в хіміко-технологічних системах. Обстежено ректифікаційну установку для розділення суміші ацетон-бензол, зроблено екстракцію даних технологічних потоків процесу, що досліджувався. За допомогою методів пінч-аналізу було показано недостатню ефективність організації рекуперації енергії, заниження необхідної мінімальної температурної різниці в рекуперативному теплообміннику, яка вказує на завищення площі поверхні теплообміну за потребою. Обґрунтовано вибір значення DTmin – для цього значення за методом складених кривих, знайдено цільові потужності зовнішніх утиліт та рекуперації. Використовуючи правила пінч-аналізу, отримано сіткову діаграму і запропоновано два варіанти розташування теплообмінного обладнання, що забезпечують досягнення енергетичних цілей. Підібрано сучасне пластинчате теплообмінне обладнання та обрано варіант, що пропонує менший об’єм капітальних вкладень – для нього проведено економічну оцінку: термін окупності не більше одного року