Совершенствование абсорбционной водоаммиачной холодильной машины в схеме синтеза аммиака тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат наук Веденеева, Алина Игоревна

• Веденеева, Алина Игоревна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Веденеева, Алина Игоревна

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение

Глава 1. Анализ состояния проблемы модернизации крупных абсорбционных водоаммиачных холодильных машин (АХМ) на основе изучения опыта эксплуатации и перспектив использования в химических технологиях

1.1. Перспективы развития ОАО «Азот» Российской Федерации

1.2. Схема синтеза аммиака из природного газа

1.3. Роль абсорбционной холодильной установки (АХУ) в составе системы синтеза аммиака

1.4. Направление технической модернизации и совершенствования АХУ ОАО «Невинномысский Азот»

1.5.Тенденции повышения эффективности абсорбера АХМ с использованием поверхностно-активных веществ

1.6. Выводы

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1. Схема холодильной установки. Основные задачи устойчивой технической эксплуатации

2.2. Экспериментальное исследование. Натурный производственный эксперимент. Обработка и анализ результатов

2.3. Оценка степени термодинамического совершенства на основе термодинамического анализа

2.4. Выводы

Глава 3. Схема технической модернизации АХУ. Термодинамическая оценка

эффективности схемы

3.1.Разработана энергосберегающая система на базе АХУ с двухступенчатой абсорбцией в привязке к действующей схеме синтеза аммиака, позволяющая добиться улучшения технических характеристик системы с наименьшими затратами

3.2. Методика расчёта цикла АХМ с двухступенчатой абсорбцией

3.3. Результаты расчётов и их анализ

3.4. Эксергетический анализ АХУ с двухступенчатой абсорбцией

3.5. Выводы

Глава 4. Моделирование работы холодильной станции до и после модернизации

4.1. Обоснование выбора вида моделирования. Исходные данные для моделирования

4.2. Разработка программы

4.3. Численный эксперимент с использованием разработанной модели для оптимального режима действующей и модернизированной АХУ. Оценка адекватности модели

4.4. Обработка результатов численного эксперимента

4.5. Выводы

Глава 5. Тенденции повышения эффективности абсорбера АХМ в составе

системы синтеза аммиака с использованием ПАВ

5.1. Методика прогнозирования концентрации крепкого раствора с использованием ПАВ в плёночном абсорбере

5.2. Реализация методики расчета для июля 2014

5.3. Сравнение результатов оценочных расчетов действующей абсорбционной водоаммиачной холодильной машины и АХМ с применением

ПАВ

5.4. Условия циркуляции и выведения ПАВ из системы

5.5. Выводы

Глава 6. Экономическая оценка технического совершенствования абсорбционной

водоаммиачной холодильной машины

6.1. Расчет абсорбера высокой ступени

6.2. Оценка эффективности инвестиционного проекта

6.3. Выводы

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование абсорбционной водоаммиачной холодильной машины в схеме синтеза аммиака»

ВВЕДЕНИЕ

Решение задач повышения энергоэффективности хозяйственного комплекса государства связано с устойчивым развитием сообщества. В России эффективное

энергообеспечение производственных систем является одной из наиболее значимых экономических и социальных проблем. Практика показывает, что эффективность вложения средств в повышение энергоэффективности производства значительно выше, чем в развитие новых производственных мощностей[3,44,52].

Широкое внедрение химических методов в различные отрасли промышленности позволяет более рационально вести производство, использовать все составные части сырья, работать без отходов, не загрязняя окружающую среду вредными примесями, снижать себестоимость основного продукта и, наконец, получать новые материалы. В химической промышленности имеется многообразие систем холодоснабжения с различным типом холодильных машин, начиная с небольших поршневых компрессоров и кончая крупными центробежными агрегатами производительностью в несколько тысяч киловатт. Широко применяют абсорбционные установки, использующие теплоту технологических процессов, либо теплофикационные отборы ТЭЦ [36, 24, 50].

В химической промышленности холод широко и в больших объёмах используется в производстве этилена, фармацевтических и биохимических препаратов, в азотном производстве, в производстве синтетического каучука, хлора и др. В азотном производстве большая роль отводится производству аммиака как широко применимого продукта в промышленности и сельском хозяйстве [49].

Наиболее распространённым и экономичным методом получения технологического газа для синтеза аммиака является конверсия углеводородных газов. Исходным сырьём в этом процессе служит природный газ, а также попутные нефтяные газы, газы нефтепереработки, остаточные газы производства ацетилена. Сущность конверсионного метода получения азото-водородной смеси состоит в разложении при высокой температуре метана и его гомологов на водород и окись углерода с помощью окислителей - водяного пара и кислорода. К конвертированному газу при этом добавляют атмосферный воздух или воздух, обогащенный кислородом. Синтез аммиака из простых веществ протекает с

выделением тепла и уменьшением объёма. Наиболее благоприятными условиями образования аммиака являются возможно более низкая температура и возможно более высокое давление [58].

Важный этап процесса синтеза - очистка газовой смеси от каталитических ядов (к ним относятся вещества, содержащие 02, Бв, Р, Аз, пары воды, СО и др.).

Способы производства синтетического аммиака различаются по применяемому давлению: системы низкого (10 - 15 Мн/м ), среднего (25 - 30 Мн/м ) и высокого (50 - 100 Мн/м ) давления. Наиболее распространены системы среднего давления (30 Мн/м и 500 °С). Для увеличения степени использования газа в современных системах синтеза аммиака применяют многократную циркуляцию азото-водородной смеси - круговой аммиачный цикл.

Тепло конверсии углеводородных газов как источник дешевой теплоты используется в безотходных технологиях с применением абсорбционных холодильных установок (АХУ).

Основная задача технической эксплуатации установки заключается в обеспечении холодом заданного технологического процесса производства при минимальных затратах. Экономичность работы холодильной установки зависит от системы охлаждения, состояния оборудования, степени автоматизации и соблюдения правил эксплуатации. Она определяется себестоимостью производства единицы холода.

Существует два метода повышения эффективности АХУ в системах химических технологий. Первый метод - механический, который объединяет два направления - увеличение эффективности машины путем изменения формы поверхности теплообмена и путём модернизации существующей поверхности за счёт частичного изменения схемы. Второй метод повышения эффективности -химический. В химических методах для повышения эффективности теплообмена используют поверхностно- активное вещество [44]. В работе предлагается третий метод - модернизация технологического процесса на основе результатов системного анализа с выходом на оптимальный режим работы.

Анализ процессов, протекающих в элементах крупных АХУ, был проведен при изучении системы синтеза аммиака на ОАО «Азот» г. Невинномысск. Возможность проведения работы была согласована с дирекцией предприятия и ведется с 2010 года по настоящее время. Основой для проведения анализа был натурный эксперимент. Натурный эксперимент проводится в естественных условиях на реальных объектах. Этот вид эксперимента часто используется в процессе натурных испытаний [97]. В зависимости от места проведения испытаний натурные эксперименты подразделяются на производственные, полевые, полигонные и др.

Центральными задачами натурного эксперимента являются: -изучение характеристик воздействия среды на испытуемый объект; -идентификация статических и динамических параметров объекта; -оценка эффективности функционирования объекта и проверка его на соответствие заданным требованиям.

В соответствии с местом проведения в данном исследовании натурный эксперимент является производственным.

В результате анализа было установлено, что решение задачи по совершенствованию процессов в АХУ может быть достигнуто в значительной степени путем модернизации системы. Технические характеристики существующей системы и предлагаемой модернизации были определены на основе моделирования и численного эксперимента с учетом условий работы установки. Программа разработана на языке Visual Basic [81]. Для оценки эффективности модернизации предлагается использование термодинамического анализа, в частности, эксергетического метода, который позволяет выразить в одинаковых единицах (через эксергию) энергетическую ценность потоков вещества и энергии, оценить степень термодинамического совершенства системы [20].

Актуальность работы. В процессах химических производств для ведения технологического процесса, обеспечивающего необходимое качество и количество вырабатываемой продукции, используются абсорбционные

холодильные машины. Характерной особенностью работы АХМ при высоких температурах окружающей среды является ухудшение технических характеристик. Возможность совершенствования системы, направленная на улучшение технических характеристик, может быть достигнута путем комплексной модернизации.

Энергосберегающие системы модернизации, основанные на использовании сложных схем, влиянии поверхностно-активных веществ, результатах системного анализа, учитывающие особенности производства, территориальное расположение, вырабатываемое сырье, на сегодняшний день не исследованы.

Таким образом, проблема разработки, проектирования и применения эффективных способов улучшения технических характеристик химических производств является актуальной.

Цель работы: Повышение эффективности АХУ на основе её комплексной модернизации. Задачи:

1. Анализ состояния проблемы модернизации крупных АХУ на основе изучения опыта эксплуатации и перспектив использования абсорбционных водоаммиачных холодильных машин в химических технологиях.;

2. Изучение схемы синтеза аммиака и холодильной установки;

3. Натурный производственный эксперимент. Анализ недостатков холодильной установки, эксергетическая оценка действительного состояния системы;

4. Разработка схемы технической модернизации с привязкой к существующей системе, эксергетическая оценка модернизированной системы;

5. Моделирование работы холодильной установки. Численный эксперимент с выходом на оптимальный режим эксплуатации;

6. Анализ результатов численного эксперимента, разработка рекомендаций по модернизации;

7. Разработка тенденций повышения эффективности АХУ за счёт использования поверхностно- активных веществ (ПАВ);

8. Оценка экономической эффективности предлагаемых способов совершенствования АХУ.

Научная новизна:

1. Разработана энергосберегающая система на базе АХМ с двухступенчатой абсорбцией в привязке к действующей схеме синтеза аммиака, установлено улучшение технических характеристик системы с наименьшими затратами;

2. Разработана модель эксергетического способа оценки степени термодинамического совершенства, построены диаграммы потоков и потерь эксергии, установлено увеличение эксергетического КПД модернизированной системы в сравнении с действующей;

3. Разработана натурная модель и специальное программное обеспечение для проведения модернизации на основе системного анализа, получены результаты численного эксперимента с выходом на оптимальный режим работы;

4. Разработана физическая модель процесса абсорбции в пленочном элементном абсорбере в присутствии ПАВ, получены новые результаты улучшения технических характеристик системы с использованием химической модернизации.

Глава 1. Анализ состояния проблемы модернизации крупных абсорбционных водоаммиачных холодильных машин (АХМ) на

основе изучения опыта эксплуатации и перспектив использования

в химических технологиях.

1.1. Перспективы развития ОАО «Азот» Российской Федерации

В состав Акционерной компании входит ряд предприятий, работающих в различных регионах Российской Федерации, основная характеристика которых приведена ниже.

ОАО «Новомосковская акционерная компания «Азот»» (НАК АЗОТ)- одно из крупнейших химических предприятий России, второй по объемам выпуска российский производитель азотных удобрений и аммиака. Компания входит в состав холдинга ОАО «Минерально - химическая компания «ЕвроХим»». Основная продукция: аммиак, нитрат аммония, карбамид, метанол, азотно-известняковое удобрение [89].

Кемеровское ОАО «Азот» (КОАО «Азот») -одно из крупнейших предприятий химической промышленности России, выпускающее более 40 наименований продукции на базе современного оборудования. Завод выпускает все основные виды азотных удобрений для аграрного комплекса, аммиачную селитру, а также капролактам для химической промышленности. Основная продукция: капролактам, сульфат аммония, карбамид, аммиачная селитра, аммиак безводный сжиженный, аммиак водный технический и др. Компания входит в состав ОАО «СИБУР - Минудобрения» [90].

Открытое акционерное общество «Объединенная химическая компания «УРАЛХИМ»» (ОАО «ОХК «УРАЛХИМ») - одна из крупнейших компаний на рынке минеральных удобрений в Российской Федерации, СНГ и Восточной Европе. В состав основных активов ОАО «ОХК «УРАЛХИМ» входят: Филиал «Азот» в г. Березники Пермского края; ОАО «Завод минеральных удобрений Кирово-Чепецкого химического комбината»; ОАО «Минеральные удобрения» г. Пермь; ОАО «Воскресенские минеральные удобрения» г. Воскресенск

Московской области; ООО «Торговый Дом «УРАЛХИМ»», г. Пермь. Основная продукция: аммиачная селитра, аммиак, карбамид, сложные удобрения[91].

ОАО «Череповецкий Азот» является крупнейшим производителем аммиака и аммиачной селитры в России. Это динамично развивающееся и перспективное предприятие. Основная продукция: аммиак жидкий технический, аммиачная селитра, бензол, диэтилбензол, карбид кальция[92].

ОАО «Невинномысский Азот» является крупнейшим производителем азотных удобрений в России и ведущим химическим предприятием Южного федерального округа, а также одним из самых современных и эффективных производителей аммиака в России. Предприятие входит в группу «ЕвроХим». Продукция: аммиак, аммиачная селитра, карбамид, метанол, азотная кислота, азот, кислород и др.

Наиболее важными направлениями в развитии производства аммиака являются увеличение единичной мощности производственного агрегата, создание энерго-технологических установок и снижение давления. При повышении единичной мощности производственного агрегата улучшаются технико-экономические показатели производства. Это также облегчает создание энерго-технологических систем, когда одновременно с химическим продуктом потребителям выдается товарная энергия [93].

ОАО «Невинномысский Азот» в отличие от перечисленных выше предприятий эксплуатируется в условиях высоких температур окружающей среды, что создает особые трудности в работе и требует особого отношения к анализу процессов, протекающих в элементах системы. Проблемой изучения состояния систем синтеза аммиака, в том числе особенностей и недостатков в работе АХУ, занимается московский институт НИКТИН, рекомендации которого были использованы в процессе исследования.

1.2.Схема синтеза аммиака из природного газа

Современное производство синтеза аммиака из природного газа состоит из ряда последовательных технологических стадий, сосредоточенных в отдельных

блоках: сероочистки (1,2,3,4), конверсии в трубчатой печи (5), конверсии в шахтном конверторе (6), двухступенчатой каталитической конверсии от СО2 (8,11), абсорбционной очистки от СО(15,34), метанирования(35), компрессии(20,21,22,23,24) и блока выделения товарной продукции(25,29) [58, 46, 22,].

Рисунок 1.1. Схема синтеза аммиака

Природный газ, сжатый компрессором до давления 4,2 МПа, направляют в подогреватель, откуда он при 380-400 °С поступает на очистку от сероорганических соединений гидрированием, которое проводят на алюмо-кобальт-молибденовом катализаторе при температуре 400 °С.

Образующийся сероводород поглощается оксидом цинка. После сероочистки в природный газ дозируется пар и парогазовая смесь, предварительно подогретая за счет тепла дымовых газов до 510-525 °С, и далее его направляют в трубчатую печь, в реакционных трубах которой на никелевом катализаторе при 860 °С ведут процесс паровой конверсии природного газа.

Тепло, необходимое для процесса конверсии метана, получают за счет сжигания топливного газа в горелках, размещенных между рядами реакционных труб. В конверсионной зоне печи размещена теплоиспользующая аппаратура,

включающая подогреватели природного газа, воздуха и пароперегреватель для получения пара давлением 10,3 МПа, необходимого для привода азото-водородного копрессора.

Конвертированный газ из трубчатой печи подается в шахтный конвертор, где проводят конверсию метана. Тепло конвертированного газа после конвертора метана II ступени используют для получения энергетического пара в котле утилизаторе. В этом котле за счет тепла, выделяющегося при охлаждении конвертированной парогазовой смеси, вырабатывается насыщенный пар давлением 10,3 МПа, который направляется в паросборник.

Для уменьшения диаметра аппарата и снижения потерь давления на I ступени принят конвертор СО радиальной конструкции. В нем на железохромо-вом катализаторе при температуре на выходе не выше 450 °С проходит конверсия оксида углерода с водяным паром.

Остаточное содержание СО в парогазовой смеси после конвертора I ступени составляет не более 4%. Затем ее охлаждают до 205-220 °С в теплообменнике, нагревая при этом очищенный от СО2 конвертированный газ перед метанатором.

Охлажденная парогазовая смесь поступает в конвертор СО II ступени, верхний слой катализатора которого предназначен для сероочистки и может быть перегружен при отравлении. Это необходимо, поскольку низкотемпературный катализатор чувствителен к серосодержащим соединениям (допустимое их содержание в конвертированном газе перед низкотемпературной конверсией — не более 0,2 мг/м ). В зоне катализа конвертора СО II ступени на цинк-хром-медном катализаторе при температуре 200-260 °С происходит конверсия оксида углерода с водяным паром до содержания СО в конвертированном газе 0,3-0,6% (на сухой газ).

После конвертора СО II ступени парогазовая смесь при температуре не более 260 °С направляется в кипятильник раствора моноэтаноламина, затем конвертированный газ отделяется от газового конденсата в сепараторе и направляется в абсорбционную холодильную станцию, с целью получения холода, необходимого для выделения аммиака после колонны синтеза.

Охлажденный газ далее подается на очистку для удаления из него СО2 раствором моноэтаноламина. После очистки от СО2 конвертированный газ направляется в метанатор.

Температура в метанаторе за счет тепла экзотермической реакции окисления СО поднимается до 350 °С. Очищенная азото-водородная смесь из метанатора поступает в межтрубное пространство подогревателя питательной воды, где охлаждается до 60 °С, и затем на аппарат воздушного охлаждения и сепаратор.

После отделения газового конденсата во влагоотделителе газ направляется на I ступень трехкорпусного центробежного компрессора азото-водородной смеси, совмещенного с циркуляционным колесом (привод от паровой конденсационной турбины). На входе в компрессор свежая азото-водородная смесь имеет давление 2,4 МПа и температуру не выше 43 °С. После первой ступени компрессора газ имеет давление 4,8-5,0 МПа, после второй - 10,0 МПа, после третьей - 22,0 МПа и после четвертой - 31,4 МПа. Поскольку при компримировании газ нагревается до 150 °С, то после каждой ступени он охлаждается в воздушном холодильнике, сконденсировавшаяся влага отделяется в сепараторе. После I ступени компрессора часть азото-водородной смеси отбирается в отделение сероочистки.

Пар давлением 10,3 МПа для привода турбины поступает из пароперегревателя риформинга. Отработанный пар давлением 4,0 МПа направляется на технологические нужды и приводы ряда компрессоров, насосов и т. д. Часть пара поступает в конденсационную турбину, где, отдав свою энергию на вращение колес компрессора, направляется в конденсатор воздушного охлаждения.

Особую роль играет блок синтеза аммиака. Свежая азото-водородная смесь из IV ступени компрессора, содержащая 74% Н2, 24,5% Ы2, до 25 млн. долей СО и С02, до 1% СН4 и 0,3% Аг после охлаждения в воздушном холодильнике направляется в отделение (блок) синтеза аммиака и поступает в нижнюю часть конденсационной колонны, где барботирует через слой жидкого аммиака для дополнительной очистки от следов влаги и диоксида углерода, после чего смешивается с циркуляционным газом.

Смесь свежего и циркуляционного газа из конденсационной колонны поступает в выносной теплообменник, а затем в колонну синтеза, где происходит экзотермическая реакция образования аммиака из азото-водородной смеси.

Газовая смесь, содержащая 15-16% ЫИ3 после колонны проходит подогреватель питательной воды, выносной теплообменник и поступает в аппарат воздушного охлаждения - I конденсатор. Сконденсировавшийся аммиак отделяется в сепараторе, а газовая смесь, содержащая 11-12% ЯИ3, идет на циркуляционное колесо азото-водородного компрессора.

Из колеса циркуляционного компрессора газ, пройдя воздушный холодильник, идет во II конденсационную систему, состоящую из конденсационной колонны и испарителя жидкого аммиака. В испарителе газ проходит Ц-образные трубки, охлаждается до -5 °С за счет испарения аммиака, кипящею в межтрубном пространстве при температуре -10 °С.

Из трубного пространства испарителя смесь охлажденного циркуляционного газа, содержащая 4-5% ЯИ3, и сконденсировавшегося аммиака поступает в сепарационную часть конденсационной колонны, где происходит отделение жидкою аммиака от газа, идущего далее в теплообменник конденсационной колонны, в котором отдаст холод поступающему на конденсацию циркуляционному газу.

Жидкий аммиак, выделившийся в сепараторах, поступает в сборник жидкого аммиака, откуда подается на склад готовой продукции. Газообразный аммиак из испарителя поступает на абсорбционную холодильную установку, откуда жидкий аммиак направляется в испаритель.

1.2. Роль абсорбционной холодильной установки (АХУ) в составе

системы синтеза аммиака

В настоящее время, когда актуальной стала проблема экономии энергоресурсов, обосновано широкое применение абсорбционных холодильных машин (АХМ) в качестве источника холода в химических технологиях[41, 71].

Анализ результатов сравнения АХМ и компрессионных холодильных машин убедительно показывает экономическую целесообразность внедрения АХМ, естественно, в тех случаях, где для этого имеются соответствующие

технологические и технические условия. Экономические показатели абсорбционных холодильных машин могут существенно возрасти в случае использования бросовой теплоты[42].

Рисунок 1.2. - Конденсационная колонна: 1 - корпус; 2 - теплообменник; 3 - отбойник; 4 - сепарационное устройство; 5 -

испаритель

В схеме синтеза аммиака АХУ используется для работы колонны разделения газа, обеспечивая стабильное протекание процесса при низкой температуре. Схема конденсационной колонны с использованием испарителя холодильной машины представлена на рис.1.2. [47].

Конденсационная колонна представляет собой вертикальный сосуд высокого давления. В верхней части колонны размещена трубчатая часть теплообменника, предназначенного для предварительного охлаждения газа. В нижней части колонны происходит отделение аммиака от газа, возвращающегося из испарителя. Из межтрубного пространства конденсационной колонны газовая смесь поступает в змеевики аммиачного испарителя, где происходит частичная конденсация аммиака из газовой смеси. Смесь охлажденного циркуляционного газа и сконденсировавшегося аммиака возвращается в конденсационную колонну, в сепарационном пространстве которой из газа выделяется часть жидкого аммиака. Далее смесь поступает в колонну синтеза, а затем в скоростной водяной конденсатор (типа труба в трубе ), где охлаждается до 30—35 С0. При

этом часть аммиака, содержащегося в газовой смеси, конденсируется. В сепараторе, куда после водяного конденсатора поступает газовая смесь, также происходит отделение жидкого аммиака от газа. Далее газ направляется в линию всасывания циркуляционного компрессора, обеспечивающего компенсацию потерь давления в агрегате, и цикл синтеза снова повторяется.

1.3. Направление технической модернизации и совершенствования

АХУ ОАО «Невинномысский Азот»

Предварительный анализ работы АХУ в составе системы синтеза аммиака показал, что в теплое время года значительно уменьшается важнейший показатель работы АХМ- интервал дегазации, что влечет за собой увеличение кратности циркуляции раствора и, как следствие, необходимого тепла нагрева, тепла абсорбции, снижение холодопроизводительности и теплового коэффициента. Анализ современного состояния работы АХУ позволяет решить вопрос об увеличении интервала дегазации за счет использования сложных схем. С учетом условий работы АХУ в качестве схем, позволяющих воздействовать на интервал дегазации, могут быть предложены двухступенчатая АХМ и АХМ с двухступенчатой абсорбцией [36,72,16].

Схема двухступенчатой АХМ представляет собой систему с двумя последовательно включенными генераторами и абсорберами.

Особенностью работы схемы является то, что в абсорбер ступени высокого давления поступает пар из генератора низкой ступени при соответствующем промежуточном давлении, что расширяет интервал дегазации. В двухступенчатой машине по сравнению с одноступенчатой тепловой коэффициент значительно снижается. Однако, благодаря более полному использованию теплоты уменьшается расход теплоты греющего источника и за счет большого перепада температур уменьшается общая площадь поверхности аппаратов. Недостатком схемы является ее громоздкость.

Рисунок 1.3. Двухступенчатая абсорбционная холодильная машина: а- схема

машины; б- процессы на ^-г диаграмме

Схема с двухступенчатой абсорбцией представлена на рис.1.4.

Теплота генератора может быть уменьшена за счет снижения кратности циркуляции раствора, которая обратно пропорциональна зоне дегазации. Увеличение зоны дегазации происходит за счет организации ступенчатой абсорбции, позволяющей получить более высокую концентрацию крепкого раствора.

Рисунок 1.4. Абсорбционная холодильная машина с двухступенчатой абсорбцией: а - схема машины; б- процессы на & диаграмме для жидкой фазы раствора

Наибольший эффект от применения двухступенчатой абсорбции достигается при наличии в системе нескольких температур кипения. Повышение концентрации крепкого раствора при двухступенчатой абсорбции обеспечивает уменьшение теплоты генератора и повышения теплового коэффициента. При равных внешних условиях двухступенчатая абсорбция позволяет получить экономию теплоносителя до 20%, охлаждающей воды до 20%, электроэнергии на привод растворных насосов до 40%, суммарной площади теплообменных поверхностей до 15%[7, 15].

1.4. Тенденции повышения эффективности абсорбера АХМ с использованием поверхностно-активных веществ

Абсорбция является одним из основных процессов абсорбционных преобразователей теплоты (АПТ). Это сложный процесс одновременного переноса массы и теплоты. В абсорбционных процессах участвуют две фазы -жидкая и паровая, происходит переход вещества из паровой фазы в жидкую. В абсорбционных процессах перенос массы вещества осуществляется через поверхность раздела фаз пар-жидкость. Для того, чтобы процесс протекал интенсивно, поверхность соприкосновения фаз должна быть как можно большей. Конструкции абсорбционных аппаратов предусматривают создание развитой поверхности раствора, находящегося в контакте с абсорбируемым паром. Чем больше поверхность жидкости находится в единице объёма пара, тем аппарат эффективнее. При абсорбции чистых компонентов сопротивление переносу массы преимущественно определяется сопротивлением жидкой фазы, зависящим от молекулярной и кинетической диффузий хладагента в абсорбенте [64, 17, 67].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Веденеева, Алина Игоревна, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамзон А.А. Поверхностно - активные вещества. Свойства и применение. -Л.: Химия, 1981. - 303с.

2. Абрамзон А.А., Зайченко Л.П., Файнгольд С. И. Поверхностно-активные вещества. Синтез, анализ, свойства, применение. Учеб. Пособие для вузов/под ред. Абрамзон А.А. - Л.: Химия, 1988. - 200с.

3. Аракелов В.Е. О потребности отраслей экономики России в энергосберегающем оборудовании многоотраслевого применения // Варварский В.С., Перепелкин Ю.М. // Промышленная энергетика №10 -1992 -С.5-7.

4. Бадылькес И.С., Данилов Р.Л. Абсорбционные холодильные машины. -М.: Пищевая промышленность, 1966. -355с.

5. Бамбушек Е.М., Бухарин Н.Н., Герасимов Е.Д. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. Под общ. Ред. И.А. Сакуна. - Л.: Машиностроение. 1987. - 423с.

6. Баранеко А.В., Шевченко А.Л. Результаты опытно-промышленных испытаний абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины АБХМ-).35 - В кн. Исследование и совершенствование конструкций холодильных машин.- Л. ЛТИ им Ленсовета, 1990.-С.18-21

7. Бараненко А.В. Абсорбционные перобразователи теплоты/Тимофеевский Л.С., Долотов А.Г., Попов А.В.//Санкт - Петербург, СПбГУНиПТ, 2005г. - 337с.

8. Бараненко А.В. Интенсивность тепломассопереноса при пленочной абсорбции в условиях поверхностной неустойчивости. - Сибирский. физико-технический журнал СО АН СССР, 1991, Вып. 1, С. 17-21.

9. Бараненко А.В., Бухарин Н.Н. Холодильные машины. Под общей редакцией проф. Тимофеевского Л.С. - СПб.: Политехника, 2006. - 944 с.

10.Бараненко А.В., Орехов, И.И.,Шевченко А.Д. Тепломассообмен при абсорбции водяного пара плёнкой раствора в присутствии поверхностно-активных веществ//Известия вузов -Энергетика. 1991. №1 С.68-72

11.Бараненко А.В., Тимофеевский Л.С., Долотов А.Г., Попов А.В.. Абсорбционный преобразователи теплоты. Монография. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2005. - 338 с.

12.Бараненко А.В., Шевченко А.Л. Конденсация водяного пара с добавками поверхностно-активных веществ на пучке горизонтальных труб.-В кН. Исследования теплофизических свойств рабочих веществ в процессе теплообмена в холодильной технике. -Л.ЛТИ им.Ломоносова. 1989.- С.104-106

13.Бараненко А.В., Шевченко А.Л., Орехов И.И. Влияние поверхностно-активных веществ на интенсификацмю теплоотдачи при конденсации водяного пара //Холодильная техника. 1988.№11. С.26-28

14.Бараненко А.В.Интенсивность тепломассопереноса при плёночной абсорбции в условиях поверхностной неустойчивости// Сибирский физико-технический журнал, СО АН СССР.1991.Вып.1С 17-21

15.Блиер Б. М., Галимова Л.В. Анализ термодинамического совершенства выпарных элементов абсорбционных холодильных машин// Труды Всесоюзной научно технической конференции по термодинамике. Сборник докладов секции «Новые технические схемы и циклы.»— Л., 1969.

16.Блиер Б.М., Вургафт А.В. Теоретические основы проектирования абсорбционных термотрасформаторов. — М. : Пищ. пром-сть, 1971. — 203

17.Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В., Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ. Агропромиздат, 1999, -380с.

18.Богданов С.Н., Гуйко Э.И., Филаткин В.Н., Бучко Н.А., Данилова Г.Н., Цветков О.Б. Теоретические основы хладотехники. Тепломассообмен - М.:-Агропромиздат, 1988, -320с.

19.Бродянский В.М. Эксергетический метод и перспективы его развития// Теплоэнергетика. - 1988. - 280 с.

20. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. - М.: Энергия, 1973. - 296 с.

21.Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетическийй метод и его приложения/ Под ред. Бродянского В.М. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 288 с.

22.Брянкин К.В., Утробин Н.П., Орехов В.С., Дьячкова Т.П. Общая химическая технология. Издательство Тамбовского государственного технического университета.2006 - 172 с.

23.Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука,1978 - 400с. 88.

24.Быков А.В., Калнинь И. М., Шмуйлов Н. Г., Розенфельд Л.М., Шавра Б.М. Перспективы применения абсорбционных холодильных машин// Холодильная техника, 1977 №2 - С.6-8

25. Веденеева А.И., Галимова Л.В., Кайль В.Я. Тенденции повышения эффективности абсорбера водоаммиачной холодильной машины с использованием поверхностно-активныхвеществ установки синтеза аммиака ОАО «азот» г. Невинномысск. - Холодильная техника, № 8, 2016г. С31-35

26.Веденеева А.И., Галимова Л.В. Научно - практические основы процесса абсорбции с применением к действующей абсорбционной водоаммиачной холодильной машины. Сборник научных трудов III Международной конференции «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур». - М.: Университет машиностроения, 2014. - С 191.

27.Веденеева А.И., Галимова Л.В.. Анализ работы энергосберегающей системы установки синтеза аммиака ОАО «Азот» г. Невинномысск. Сборник научных трудов VII Международная научно - техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», Санкт - Петербург, 2015

28. Воропанова Ю.В. Методика оценки экономической эффективности инвестиций в объекты нетрадиционной электроэнергетики //Диссертация на соискание ученой кандидата экономических наук. Вологда, 2004г.

29. Вургафт А.В. К вопросу об определении коэффициента теплопередачи в тонкопленочных абсорберах холодильных машин. Сборник трудов Астраханского технического института рыбной промышленности и хозяйства.Выпуск №2. Астрахань. Изд. Волга 1953 - С 127-133

30. Вургафт А.В., Галимова Л.В. Массоотдача при сопутствующей ректификации в генераторе АХМ // Изв. Вузов СССР. Пищ. технология.-1974.-N 5.- С. 7-9.

31.Галимова Л.В. Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы. -Астрахань.: Издательсьво АГТУ. 1997.- 166 с.

32.Галимова Л.В. Веденеева А.И. Совершенствование процесса абсорбции абсорбционной холодильной машины в системе синтеза аммиака. Холодильная техника №12. 2013

33. Галимова Л.В. Исследование вертикального пленочного генератора абсорбционной водоаммичной холодильной машины: Дис. канд. техн. наук.-Одесса, 1976.- 111 с.

34. Галимова Л.В. К методике расчета выпарного элемента генератора АХМ // Повышение эффективности использования теплообменных аппаратов холодильных машин: Тезисы докладов науч. техн. конф.- Астрахань,1980.-С.10.

35.Галимова Л.В., Марченко О.С., Веденеева А.И. Термодинамический анализ действующей абсорбционной водоаммиачной холодильной установки ОАО «Азот» г. Невинномысск. - Сборник трудов VIII Международной научно -технической конференции, посвященной 90-летию ОГАХ, 2012 - С 65.

36.Галимова Л.В. Эффективность энергосберегающих систем на базе абсорбционных термотрансформаторов // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, СПбГУНиПТ, 2004г.

37. Галимова Л.В., Веденеева А. И. Эксергетический анализ модернизированной абсорбционной водоаммиачной холодильной машины крупной системы синтеза аммиака. - Международный научный журнал «Smart and young», №8, 2016 г. С 60-64

38. Галимова Л.В., Кайль В.Я., Веденеева А.И. Оценка степени термодинамического совершенства на основе анализа работы действующей абсорбционной холодильной установки системы синтеза аммиака ОАО «АЗОТ», г. Невинномысск. - Вестник МАХ №4, 2015 г. - С 55.

39. Галимова Л.В.,Гуиди Тоньон Клотильде, Веденеева А.И. Эксергетический анализ технических систем. - Deutschland. : LAP LAMBERT Acadenic Publishing, 2013. - 77 с.

40. Гросман Э.Р., Наумов С.Е. Исследование влияния многоатомных спиртов на интенсивность процесса тепломассообмена в абсорбере бромистолитиевой холодильной машины.-В кН. Повышение эффективности бромистолитиевой холодильных машин -Л.: ЛТИ им. Ломоносова, 1981. -С. 84-88

41. Долотов А.Г., Тимофеевский Л.С., Петко Ю.В, Петин Ю.М. Оценка эффективности применения абсорбционных водоаммиачных термотрансформаторов//Холодильная техника, 1991 №5 - С.14-16

42. Дорохов А.Р, Огуречников Л.А. Методика расчета процессов абсорбции в теплообменных аппаратах. Препринт. - Новосибирск. Издательство ИТСОАН СССР, 1987 - 23с.

43. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Учебник для вузов. Часть 1. - М.:Химия, 1995 - 400 с.

44. Жигулев Г.В. Проблемы энергосбережения в Ульяновской области / Иванов Л.Л., Сторожков А.П. // Материалы третьей Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» Ульяновск, 2001.- С. 18-21.

45. Кардашев Г.А. Физические методы интенсификации процессов химической технологии [Текст] / Г.А. Кардашев. - М.: Химия, 1990. - 208 с.

46. Касаткин А.Г.. Основные процессы и аппараты химической технологии. Учебник для вузов. М.: Альянс, 2004 - 752 с.

47. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Анализ и синтез химико-технологических систем. Учебник для вузов. - Москва: Химия, 1991. - 432 с.

48. Крылов В.С. Теоретические аспекты интенсификации процесса межфазного обмена //Теоретические основы химической технологии. 1983 Т. XII №1 С.15 -30

49. Кузнецов Л.Д., Дмитренко Л.М., Рабина П.Д., Соколинский Ю.А. Синтез аммиака. - Под редакцией Л.Д. Кузнецова, - М.: Химия, 1982, - 296 с

50. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. Учеб. пособие. М.: Энергия, 1970 - 408 с.

51. Леонтьев А.П., Беев Э.А. Расчет аппаратов воздушного охлаждения: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - 74 с.

52. Макаров А.А., Чупятов В.П. Возможности энергосбережения и пути их реализации // Теплоэнергетика №6 - 1995 - С.2-6

53. Маньковский О.Н., Толчинский А.Р., Александров М.В. Теплообменная аппаратура химических производств. Инженерный метод расчета. Под ред. Романкова П.Г. и Курочкиной М.И. / Л.: Химия, 1976. — 368 с.

54.Марусейцев Ю. Д., Каппель А. С, Лебедев В. Ф. Термодинамическая оценка работы абсорбционного водоаммиачного теплового насоса. Холодильная техника №6. 1979

55. Минкус Б.А., Глинка Л.Л. Исследование пленочного дефлегматора-дефлегматора абсорбционной холодильной машины//Холодильная техника, 1974 №9

56.Моисеев Н.Н. Самарский А.А., Математическое моделирование: методы описания и исследования сложных схем. Под. ред. А.А. Самарского. - М.: Наука,1989 - 271с.

57. Морозюк Л.И., Морозюк Т.В. Водоаммиачные двухступенчатые термотрансформаторы// Вестник международной академии холода, 2000 №1 -С.5-6.

58. Мухленов И. П., Авербух А. Я., Тумаркина Е. С. и др.Теоретические основы химической технологии.; Под ред. И. П. Мухленова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк. , 1984. — 256 с.

59. Поконова Ю. В., Стархов В. И. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Часть II - СПб: "Мир и Семья", 2002 - 1142 с.

60. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. - Л.: Химия,1976 - 366с.

61. Слейбо У., Персонс Т. Общая химия. М., Мир, 1979. - 552 с.

62. Слепцова Л.Д. Программирование на VBA. Самоучитель.: - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. - 384 с.

63. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Москва. Высшая школа, 1998 - 311с.

64. Стефановский В.Н. Исследование укрепляющего действия водоаммиачной холодильной машины//Изв. Вузов. Пищ. Технология- 1965 №3 - С.18-21

65. Табунщиков Ю. А. Оценка экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия / Шилкин Н. В. // АВОК №7 - 2005 -http://www.abok.ru/for spec/articles.php?nid=3014

66. Тимофеевский Л.С. Математическая модель действительных процессов тепло-и массопереноса в горизонтальном пленочном абсорбере // Повышение эффективности холодильных машин: Сб. науч. Тр / Под ред. И.И. Орехова. -Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1982. - С. 133-150

67. Тимофеевский Л.С. Математическая модель действительных процессов тепло-и массопереноса в горизонтальном пленочном абсорбере// Повышение эффективности холодильных машин: Сб. науч. Тр./ Под ред. И.И. Орехова - Л., 1982 - С. 133-150.

68. Трусов М.А. Visual Basic.NET / Трусов М.А. - М.: НТ Пресс, 2006. - 176 с.

69. Филиппов Г.А., Салтанов Г.А., Кукушкин А.Н. Гидродинамика и массообмен в присутствии ПАВ. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 184с.

70. Филиппов Г.А., Салтанов Г.А., Кукушкин А.Н. Гидродинамика и тепломассообмен в присутствии ПАВ .-М.:Энергоатомиздат.1988.-184 с.

71. Флореа О., Смигельский о. Расчеты по процессам и аппаратам химической технлогии. М.: Изд. «Химия», 1971 - 419 с.

72. Хараз Д.И., Плахис Б.И. Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах. - М.: Химия, 1984. - 224с.

73. Холодильные машины. Под ред. Проф. А.С. Тимофеевского СПб Изд. Политехника 2006 г, 941с.

74. Шмуйлов Н.Г. Совершенстврвание абсорбционных бромисто-литиевых холодильных машин. -М.ЦИИНТИхимнефтемаш. 1976.-С.18-21

75. Шмуйлов Н.Г. Абсорбционные водоаммиачные холодильные и теплонасосные машины. М.: ЦИНТИ химнефтемаш, 1987 - 34 с

76. Carrier Hermetic Absorbtion Liquid Chillers 1678010-068, Start-Up. Operation and Maintenance Insttructions, 1985

77. J. Fernández-Seara, J. Sieres , C. Rodríguez, M. Vázquez. Ammonia-water absorption in vertical tubular absorbers, Int.J.Therm.Sci.44(2005) s.277- 288

78. J.-К. Kim, J.Y. Jung, Y.T. Kang. Absorption performance enhancement by nano-particles and chemical surfactants in binary nano-fluids, Int. J. Refrigeration 30 (2007) s.50-57

79. J.-К. Kim, А. Akisawa T. Kashiwagi, Y. T. Kang. Numerical design of ammonia bubble absorber applying binary nano-fluids and surfactants. Int. J. Refrigeration 30 (2007) s.1086-1096

80. L.C.S. Martinho, J.V.C. Vargas, W. Balmant, J.C. Ordonez. A single stage absorption refrigeration system dynamic mathematical modeling, adjustment and experimental validation. Int. J. Refrigeration 68(2016) s.130-144

81. Microsoft Visual Basic 6.0 для профессионалов. Практ.пособ./Пер. с англ. - М.: Издательство ЭКОМ, 1999. - 720 с

82. R. Moller, K.F. Knoche, Surfactants with NH3-H2O, Int. J. Refrigeration 19 (1996) s.317-321.

83. Y. T. Kang, T. Kashiwagi. Heat transfer enhancement by Marangoni convection in the NH3-H2O absorption process. Int. J. Refrigeration 25 (2002) s.780-788

84. Y.T.Kang, A.Akisawa, T.Kashiwagi, Analytical investigation of two different absorption modes: falling film and bubble types, Int. J. Refrigeration 23 (6) (2000) s.430-443.

85.Pat. 3081605(USA) 72. Absorption refrigeration systems. 1963

86. Pat.5584193(USA) 29. Absorption-type refrigeration systems and methods. 1966

87. А.с.885744 СССР МКИ F25B15/06 Способ повышения холодопроизводительности бромистолитиевой абсорбционной холодильной машины и устройство для циркуляции рабочей жидкости с интесифицирующей добавкой в абсорбере и испарителе.

88. А.с 1096463 СССР МКИ F25B15/06 Система циркуляции рабочей жидкости

89. ОАО «Новомосковская акционерная компания «Азот» http: //www.euro chem gro up .com/ru/что - мы - делаем - наша деятельность/production/nak-azot/

90. Кемеровское ОАО «Азот» (КОАО «Азот») http: //legacy .azot.kuzbas s. net

91. Объединенная химическая компания «УРАЛХИМ» http: //www.uralchem.ru

92. ОАО «Череповецкий Азот» www.chazot.ru

93. ОАО «Невинномысский Азот» http://www.eurochemgroup.com/ru/что-мы-делаем-наша-деятельность/production/nevinomysskiy-azot/

94. Свободная энциклопедия «Википедия» https://ru.wikipedia.org/wiki/2-Этилгексанол

95. Расходомер компании "Камерон" http: //kepproducts .ru/cameron/turbinnie.html

96. Манометр-вакууметр (МПЗ-У) http: //nvph.womanparadise.ru/manometr-vakuumetr-mt3 -u

97. Промышленный уровнемер G34 Reflex указатель уровня http://www.rizur.ru/g34 reflex.htm

98. Классификация экспериментов http://psyera.ru/5268/klassifikaciya-eksperimentov