Обстеження центральної газофракціонуючої установки. Моделювання інтегрованої технологічної схеми, страница 11

Ефективність теплових насосів оцінюється коефіцієнтом трансформації теплоти, що являє собою відношення кількості теплоти Q_В, отриманої в ТН, до витраченої потужності на привід компресора N [24]:

                       (2.1)

де       – температура конденсації робочого тіла, °С;

 – температура випарювання робочого тіла, °С;

 – коефіцієнт корисної дії (КПД), рівний від 0,5 до 0,6.

Звичайно коефіцієнт трансформації дорівнює від 4 до 6. Чим нижче різниця температур між конденсатором і випарником, тим вище  і тем вище ефективність схеми із ТН.

Рисунок 2.2 – Схема з парокомпресійним тепловим насосом (а) і

T-S діаграма (б)

У зв'язку з тим, що розумні ступені компремірування робочого тіла можуть забезпечити обмежене підвищення температурного потенціалу тепла, що утилізується, у нафтопереробній і нафтохімічній промисловості компресійні теплові насоси використовують переважно в процесах ректифікації близькокиплячих вуглеводнів або їхньої суміші.

На рисунку 2.3 наведена схема ректифікації із застосуванням компресійного теплового насоса. Головний погон колони, конденсуючись, віддає тепло циркулюючому холодоносію, пари якого компреміруються, після чого використовуються як теплоносій у ребойлері тієї ж колони, де він віддає тепло конденсації. Витрата енергії на компресор тим менше, чим нижче різниця температур між холодоносієм і продуктом у конденсаторі й кип'ятильнику.

Використовування головного погона або нижнього продукту колони як теплоносій дозволяє істотно знизити вартість установки. Схема використовування головного погона наведена на рисунку 2.4, а. По цій же схемі компреміруються пари з верху колони, які нагрівають ребойлер, при цьому самі прохолоджуються й конденсуються. Після дроселювання частина потоку подають на зрошення, а балансову кількість виводять як готовий продукт.

1 – ректифікаційна колона; 2 – конденсатор; 3 – кип'ятильник;

4 – компресор; I – сировина; II – верхній продукт; III – нижній продукт;

IV – циркулюючий холодоносій

Рисунок 2.3 – Схема ректифікації з компресійним тепловим насосом

Схема використовування нижнього продукту колони наведена на рисунку 2.4, б. У цій схемі виключається ребойлер, а частина продукту з низу колони через дросель, де потік прохолоджується до температури нижче, ніж температура верху колони, подають спочатку в конденсатор, а потім на компресор, після чого гарячий потік вносить тепло в низ колони.

а                                                             б

1 – ректифікаційна колона; 2 – рефлюксна ємність; 3 – кип'ятильник; 4 – компресор; 5 – конденсатор-холодильник; I – сировина; II – пари верхнього продукту; III – верхній продукт; IV – нижній продукт; V – пари нижнього продукту

Рисунок 2.4 – Схеми ректифікації з використанням верхнього (а) і нижнього (б) продуктів як теплоносіїв

Економічна ефективність ректифікації із застосуванням компресійного ТН визначається співвідношенням між необхідними капітальними витратами й експлуатаційними витратами, що досягаються (головним чином енергетичних). В окремих випадках треба враховувати можливе поліпшення чистоти одержуваного продукту в результаті підвищення чіткості поділу.

Включення ТН у схему поділу нафтопродуктів ефективно при невеликій різниці температур верху й низу колони; необхідності застосування в схемі без ТН спеціальних холодоносіїв для охолодження верху колони; неможливості достатнього охолодження верху колони водою, що розташовує завод; використання в схемі без ТН дорогих теплоносіїв. Найбільше повно цим умовам відповідають процеси поділу близькокиплячих вуглеводнів, які через необхідність застосування високих кратностей зрошення досить енергоємні.

2.7  Інтеграція теплового насоса

Інтеграція теплових насосів може бути економічно вигідна й не дуже.

При інтеграції теплових насосів може бути два основних способи їхнього розміщення щодо процесу: через пінч і не через пінч. При інтеграції не через пінч також може бути два випадки розміщення: вище пінча й нижче пінча.