1.5 возможные источники экономии энергии
Экономия энергии применительно к ректификации означает, что сам процесс разделения осуществляется при пониженном потреблении энергии за счет более эффективной его организации. Вначале необходимо найти наиболее эффективный путь повышения коэффициента полезного действия колонны.
Наиболее летучие смеси легче разделить при снижении их давления благодаря соответствующему изменению относительной летучести, обусловленной изменениями давления и температуры. Выгоду от этого свойства можно получить в течение того времени, когда теплоотводящая способность конденсатора более чем достаточна для поддержания регулирования давления колонны.
В большинстве колонн давление регулируется путем соответствующего регулирования режима работы конденсатора. Можно дросселировать либо охладитель, либо конденсат, а пар можно дросселировать или перепускать в обход конденсатора. Менее удовлетворительным способом является наддув в конденсатор неконденсирующегося газа, который при слишком высоком давлении выпускается.
В каждом случае применение регулирования повышает давление в колонне выше того уровня, который достигался бы при отсутствии регулирования конденсатора. Цена увеличения необратимости этого процесса теплообмена определяется использованием большего количества энергии для разделения, чем требовалось бы, когда колонна работала при минимальном давлении.
Невозможно утверждать с полной уверенностью, что минимальное давление может поддерживаться в колонне в любой момент времени. Однако достаточно просто установить минимальное давление в колонне путем перемещения регулирующего органа клапана регулятора давления в крайнее положение. Тем не менее, при этом следует проявлять осторожность, чтобы не произошло полной потери регулирования давления. При отсутствии регулирования в некоторых колоннах наблюдаются колебания давления, обусловленные взаимодействием между конденсатором, верхним коллектором и потоком флегмы. Эти колебания можно исключить только жестким контролем давления.
Еще одно серьезное нарушение режима работы возможно в тех случаях, когда вентиляторный конденсатор внезапно подвергается действию ливня. Когда конденсатор находится во влажном состоянии, его производительность заметно возрастает, вследствие чего возросшая интенсивность теплообмена может вызвать резкое снижение давления. При отсутствии регулирования снижение давления приведет к понижению температуры кипения жидкости во всей колонне, преобразуя физическую теплоту в скрытую теплоту парообразования. Результирующий временный рост интенсивности кипения может вызвать захлебывание колонны.
Эти трудности можно обойти путем кратковременного регулирования давления при минимизации его уставки на большой период времени. На рис. 5.1 показано, как это делается. Обычный регулятор давления осуществляет дросселирование конденсатора и (или) перепускного клапана общепринятым способом. Выходной сигнал этого регулятора затем поступает на регулятор положения клапана, который медленно изменяет уставку давления до тех пор, пока регулирующий орган клапана не займет заданное положение вблизи предельной отметки. Например, регулирующий орган перепускного клапана конденсатора благодаря регулированию уставки давления мог бы постепенно переводиться в открытое на 10% положение. Этот предел устанавливается для того, чтобы регулятор давления имел возможность реагировать на небольшие нарушения режима в любом направлении: большие нарушения происходят, вероятнее всего, в направлении снижения давления, подобно тому, как атмосферные условия ухудшаются гораздо быстрее, чем улучшаются. Внезапный ливень может вызвать полное открытие перепускного клапана для предотвращения снижения давления. Тогда уставка давления будет постепенно уменьшаться до тех пор, пока регулирующий орган клапана не вернется в свое номинальное положение. Чувствительность положения клапана и, следовательно, давления к ступенчатому изменению расхода охладителя носит экспоненциальный характер, причем постоянная времени равна постоянной времени интегрального закона регулирования регулятора положения клапана.
Рис. 1.5.1. Регулятор положения клапана воздействует на перепускной клапан пара таким образом, чтобы в установившемся режиме он находился в практически закрытом состоянии.
Р - датчик давления; РС - регулятор давления; VРС - регулятор положения клапана.
Повышение относительной летучести, вызываемое снижением давления, будет проявляться в повышении качества одного или обоих продуктов, если регулирование качества отсутствует. Если же оно имеет место, то результаты снижения давления проявляются в экономии энергии. Однако налицо определенные трудности осуществления такого регулирования.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.