Изучение процесса утилизации низкотемпературных вторичных энергетических ресурсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

214

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный технический университет

Изучение процесса утилизации низкотемпературных вторичных энергетических ресурсов

Финаева Н.В.

Филиппов В.В.

При рассмотрении экологических проблем химической и нефтехимической промышленности в первую очередь обсуждается её воздействие на атмосферу, гидросферу и литосферу, т.е. рассматриваются газообразные выбросы, сточные воды и твёрдые отходы. На сегодняшний день можно с уверенностью сказать, что воздействие на все три сферы окружающей среды достаточно хорошо изучено и известны пути уменьшения этого воздействия.

Между тем, химическая и нефтехимическая промышленность является одной из самых энергоёмких, занимая второе место после металлургии. Созданные в советские времена технологии не отличались энергосбережением, что было понятно в условиях изобилия энергетических ресурсов. Так, в России до сих пор эксплуатируется производство двухстадийного дегидрирования изо-пентана в изопрен, хотя данная технология требует 500-кратного разбавления реакционной массы астехиометрическим разбавителемтеплоносителем, в качестве которого применяется водяной пар высоких энергетических параметров.

В технологической структуре вторичных энергетических потоков различают высокопотенциальные (высокотемпературные) источники теплоты и низкопотенциальные (низкотемпературные) источники с температурой до 150⁰С. Эффективное использование высокопотенциальных потоков решается, как правило, на стадии проектирования производства путём глубокой рекуперации теплоты. Примером могут служить современные установки атмосферно-вакуумной трубчатки (АВТ) на нефтеперерабатывающих заводах.

Сложнее ситуация с потоками низкопотенциальной теплоты. Установлено, что именно эти потоки вносят наибольший вклад в тепловое загрязнение окружающей среды. Однако их рекуперация требует значительных капитальных затрат и её реализация неизбежно вызовет увеличение себестоимости выпускаемой на предприятии продукции.

Кафедра «Химическая технология и промышленная экология» Самарского государственного технического университета выпускает инженеров по специальности 280201 «Охрана окружающей природной среды и рациональное использование природных ресурсов». Кроме того, кафедра ведёт подготовку студентов специальностей «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» и «Химическая технология органических веществ» очной и заочной форм обучения. В учебный план обучения студентов-экологов включены дисциплина «Промышленная экология», ч. II, а в учебные планы подготовка студентов других специальностей - дисциплина «Техническая термодинамика и энерготехнология».

В лекционной части названных курсов студенты получают основополагающие знания по энерготехнологии, обеспечивающие необходимый уровень знаний для реализации государственной программы по экономии энергоресурсов и рациональному использования природного сырья.

Для экспериментального изучения процессов использования низкопотенциальных источников теплоты нами сконструирована и внедрена в учебный процесс лабораторная установка по утилизации теплоты сточных вод, не содержащих токсичных веществ.

Целью и задачей работы является формирование знаний и умений в области оптимизации тепловых схем химических производств и рационального использования вторичных энергоресурсов (ВЭР), оценки энергетической эффективности процессов, сокращения тепловых потерь.

Практическая ценность предлагаемой работы заключается в том, что в ходе обучения, рассматривая теоретические основы процесса, студент должен узнать:

особенности утилизации низкопотенциальной теплоты (<150⁰С);

основное оборудование теплоиспользующих установок;

общие теоретические закономерности исследуемого процесса;

В результате выполнения экспериментального исследования студент должен уметь:

использовать физические понятия, физические законы, критериальные и аналитические зависимости для решения практических инженерных задач;

рассчитывать энергетические балансы тепловых аппаратов смесительного типа;

определять эффективность использования теплоты;

разрабатывать рекомендации и предложения, направленные на совершенствование энергопотребления основных химических производств.

Объектом изучения является скрубберная установка, а предметом изучения - особенности утилизации низкопотенциальной теплоты, ее механизм.

Необходимо было создать установку, приспособленную именно для учебных целей, но, вместе с тем, являющуюся своеобразным «мостом» от вуза к реальному производству, от теории к промышленной практике, дающую возможность достаточно быстро, уверенно и грамотно в дальнейшем осваивать производственную ситуацию и аппаратуру.

На кафедре «Химическая технология и промышленная экология» Самарского государственного технического университета спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, позволяющая изучать процесс утилизации низкопотенциальной теплоты на примере охлаждения горячей воды атмосферным воздухом. Схема установки представлена на Рисунке.

Главным элементом установки является колонна 1, изготовленная из оргстекла и заполненная четырьмя ярусами плоскопараллельной насадки, выполненной из гофрированных пластин. Сверху колонны установлен ороситель 2, в который подаётся горячая вода. Нагрев воды осуществляется в баке 13 с помощью встроенных электронагревателей.

Схема лабораторной установки для изучения процесса утилизации низкопотенциальной теплоты: 1 - колонна с гофрированной плоскопараллельной насадкой; 2 - ороситель; 3, 4, 15 - термопары; 5 - газодувка; 6 - лабораторный автотрансформатор (ЛАТР); 7 - мерная диафрагма; 8 - ротаметр; 9 - дифференциальный манометр; 10 - измерительный блок; 11, 12 - вентили; 13 - бак с горячей водой; 14 - циркуляционный насос

Вентили 11 и 12 позволяют или осуществлять циркуляцию воды во время её нагрева по малому контуру, или направлять на охлаждение в колонну. Вода на процесс подаётся из сети. Её расход измеряется с помощью ротаметра 8. Воздух нагнетается воздуходувкой 5, производительность которой можно изменять путём изменения напряжения лабораторным автотрансформатором. Расход воздуха определяется мерной диафрагмой 7 по показанию подключённого к ней дифференциального манометра 9. Температуры воды и воздуха до и после скруббинга находятся с помощью термопар 3, 4 и 15, подключённых к цифровому милливольтметру 10. За температуру воздуха на входе в аппарат принимается температура в помещении.

Таким образом, лабораторная установка позволяет проводить процесс охлаждения горячей воды воздухом в противоточном аппарате.

После проведения эксперимента студенты составляют тепловой баланс колонны с учётом изменения влагосодержания воздуха, находят тепловой поток, воспринятый газом, рассчитывают коэффициент удержания теплоты (КПД) в скруббере. Кроме того, рассчитывается коэффициент смачиваемости насадки и коэффициент теплопередачи.

Изучая физическую сущность процесса, его основные характеристики и возможности установки при различных режимах ее работы, студент получает предпосылки в дальнейшем стать творческим специалистом, эффективно и разумно использующим резервы современной химической техники.

Развитие навыка самостоятельного критического подхода к решению технических вопросов является одной из основных задач лабораторного практикума вообще и рассматриваемой работы в частности.

Студент не выполняет эту работу «просто для навыка», ему необходимо критически подойти к решению поставленной задачи и научиться технически мыслить, задавая себе вопрос: зачем и как? По этой причине экспериментальному исследованию предшествует самостоятельное ознакомление с аппаратурой установки и задачей работы.

Каждому студенту предлагается самостоятельно составить план испытания и алгоритм теоретического расчета, а затем внести соответствующие коррективы, пользуясь лабораторными указаниями.

вторичный энергоресурс низкопотенциальный теплота

Размещено на Allbest.ru