CC BY
18
I----------
У робот1 розглянута математична модель процесу теплообмену сепарацшног частини конденсацшног колони. Проаналгзовано вплив матергальних потоков на температурний режим циркуляцшного газу п1сля сепараци та отримане, за експе-риментальними даними, р1вняння для роз-рахунку температури, необхдног для визна-чення поверхт теплообмену конденсацшног колони
Ключовг слова: амгак, блок вторинног конденсаци, конденсацшна колона, циркуляцшний газ, азотно-воднева сумш, сепаращя
В работе рассмотрена математическая модель процесса теплообмена сепара-ционной части конденсационной колонны. Проанализировано влияние материальных потоков на температурный режим циркуляционного газа после сепарации и получено, по экспериментальным данным, уравнение для расчета температуры, необходимой для определения поверхности теплообмена конденсационной колонны
Ключевые слова: аммиак, блок вторичной конденсации, конденсационная колонна, циркуляционный газ, азото-водородная смесь, сепарация
УДК 681.51:621.574.013:661.53
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СЕПАРАЦ1ЙНОТ ЧАСТИНИ КОНДЕНСАЦ1ЙНОТ КОЛОНИ БЛОКУ ВТОРИННОТ КОНДЕНСАЦИ АМ1АКУ
В. I. Тошинський
Доктор техычних наук, професор, завщувач кафедрою* Контактний тел.: (057) 707-66-87 E-mail: tosh@kpi.kharkov.ua
А.К. Баб^ченко
Кандидат техычних наук, професор* Контактний тел.: (057) 707-66-87 E-mail: tosh@kpi.kharkov.ua
Т. В. Власова
Асистент*
Контактний тел.: (093) 197-75-57 E-mail: t_vlasova25@mail.ru
*Кафедра Автоматизаци хiмiко-технологiчних систем та
еколопчного мошторингу Нацюнальний техычний уыверситет «Хармвський пол^ехшчний шститут» вул. Фрунзе, 21, м. Хармв, УкраТна, 61002
Вступ i постановка задачi дослщжень
Остаточне видшення амiаку з газово! сумш1 у ве-ликотоннажних агрегатах виробництва синтетичного амiаку АМ-1360 вщбуваеться у блощ вторинно! конденсаци, де генераторами холоду е двi абсорбцшно-холодильн установки (АХУ) та турбокомпресорний холодильний агрегат (АТК). Останнш обумовлюе пщ-вищену енергоемтсть блоку в щлому, тому синтез енерготехнолопчно! системи, яка дозволить знизити навантаження або взагалi виключити його зi схеми е актуальною задачею у шдвищент енергоефективностi агрегату в щлому
Синтез таких складних технологiчних систем най-бiльш ефективно зд1йснюеться на стади проектування за допомогою методiв математичного моделювання, якi дозволяють здшснювати прогнозування показникiв у рiзних комбшащях апаратурно-технологiчного оформ-лення. Одним з основних апаратш блоку вторинно!
конденсаци е конденсацiйна колона, у якш в1дбуваеться рекуперацiя холоду циркуляцiйним газом (ЦГ) з амЬ ачних випарниюв та сепaрaцiя рщкого aмiaку. Одним з основних пaрaметрiв для визначення середньо! рiзницi температур, а отже i поверхт теплообмшу при про-ектувaннi е температура газового потоку з сепаратору. Визначення ii ускладнюеться сумiсним прот1канням процес1в теплообм1ну при змшувант азотно-воднево! сумlшi (АВС), ЦГ i конденсату, що видаляеться з колони шсля сепараци. Однак чггка iнформaцiя для визначення Ti у лiтерaтурi в1дсутня. Таким чином з метою розробки алгоритму визначення температури змшаного потоку i були проведет експериментальн дослщження.
Експериментальнi даннi та i'x обробка
Дослщження виконувалися на промисловому агрегат1 синтезу. Конденсац1йна колона якого ста-
+VCK ' Pnh3 -г + V
вить собою вертикальний апарат високого тиску, що мiстить корпус та насадку. Насадка складаеться з теплообмшника розташованого у верхнiй частин i, та сепаратора, що включае кошик з фарфоровими кiльцями Рашига та вiльний сепарацiйний об'ем. У шар рщкого амiаку в сепарацшнш частинi колони пiдводиться свiжа АВС та ЦГ з деякою кшьюстю р1дкого амiаку, що надходить з двох амiачних випарникiв. Барботу-ючи крiзь шар рщкого амiаку, АВС очищуеться в1д домiшок вологи та дюксиду вуглецю та змiшуеться з ЦГ. В результат теплообмiну з рщким амiаком АВС охолоджуеться, температури АВС та рщкого амiаку вирiвнюються, а частина р1дкого амiаку випаровуеться, насичуючи газову фазу. Впродовж цього вщбуваеться вiддiлення рщко! фази вщ газово! та продукцiйний амiак потрапляе у збiрник. У мiжтрубному просторi теплообмiнника проходить ЦГ пiсля циркуляцшного колеса турбокомпресора, у трубному - охолоджуючий циркуляцiйний газ пiсля амiачних випарникiв, який минув сепарацiйну частину колони [1].
Статична щентифжащя колони проведена на основi даних, яю отриманi шляхом пасивно-го реестрацшного експерименту, за результатами якого була сформована вибiрка режимiв, найбшьш характернi з яких наведенi у табл.1. В1д^р проб та визначення вмкту амiаку у ЦГ проводилось за методикою, що Грунтуеться на поглинанш амiаку водою з наступним титруванням амiачноí води мрчаною кислотою. За кiлькiстю використано! кис-лоти знаходили концентрацiю амiаку. Iншi компонен-ти сумiшi визначались за допомогою хроматографу «Цвет - 102».
Таблиця 1
Результати дослщжень по po6oTÍ конденсацшноТ колони (сепарацiйна
частина)
[2]. З виршення рiвнянь матерiального та теплового балансiв сепарацшно! частини (3 - 6) отримуемо кшьюсть амiаку, що випарилась VH .
Мiжтрубний простiр КК (прямий потж):
Q4r = Vr рг -ССР -(t£ -СХ) + VnBHX -PNH3 _CX) +
ЦГ К-pNH3
П
ЛВХ — :ВИХ\
1/ж % )
Трубний простiр КК (зворотнiй потiк):
,(1)
ЦцГ = Vr -рг -сСР
+ V -pNH3 -r + VnBHX
/.ВИХ - t \ + VBX p ЛВИХ _ • \ ЦГ УЖ KNH3 ^Ж 1
p í ;вих _-вх\
KNH3 ^П 1П )
, (2)
Матерiально-тепловий баланс сепарацшно! частини конденсацшно! колони:
QABC = Qr+QM + Qn + Q
ПРОД
(3)
V,
АВС -рАВС -САВС - (tABC t4) = Vr -рГ - СГ - (t4 ^ЦГ ) + VИ
PNH3
-Г +
+VB
PNH3- ОПТ _ ÍBnX) + V
p ЛВИХ _-ВХ\
rNH3 \ Ж 1Ж )
уВИХ = V УЦГ АВС
-Уг + УПВХ-
■Уи
^ПРОД = VK,n V ,
Витрата, нм3/с Температура, Склад АВС, % чр % т е т
°С н и с
а н
S ь т
сч > и я а с ^ 4 о и W 5 с 1-4 Я > со С Е-н у
№ о m < > О m с н н и с а н 1-4 Я ш т а р т и В Тиск АВС Р1, о m < и В А 1 с н е ч н о к о н н и р о т В р О т а ара п е с со к о т о п о о и о го £ Водень Азот Метан Аргон да о п о э |-Г я у ку S а т о S СО
1 37,17 195,6 168,99 23,5 49 -4 -3,7 76,3 23,2 0,4 0,1 3,5
2 38,52 198,23 170,3 23,2 40 -4 -4 76,3 23,2 0,4 0,1 3,6
3 41,38 201,7 169,56 23 31 -5 -3,3 76,3 23,2 0,4 0,1 3,5
4 37,93 194,54 166,55 22,5 40 -4 -4,2 76,3 23,2 0,4 0,1 3,6
5 43,79 212,46 178,75 24,2 35 -5 -4,6 76,3 23,2 0,4 0,1 3,4
,(4)
(5)
(6)
де ОЦГ , Q. АВС Qr QM Q П ОПРОД вий потiк в1дпов1дно вiд ЦГ, АВС, ЦГ без урахуван-ня амiаку, випареного амiаку, парообразного амiаку, продукцiйного амiаку, МВт; VABC , Vr, VCK , Vk , VnBX , VnBHX , VH , VK,n , ЧРОД - об'емнi витрати в1дпов1дно АВС, ЦГ без урахуван-ня амiаку, сконденсованого амiаку, конденсату у теплообмшнш частинi колони, парообразного на входi та виходi, випареного, конденсату з випарника та амiаку, що вщдшяеться у колоннi, нм3/с; pABC , рГ, PNH3 - Щiльнiсть АВС, ЦГ без урахування амiаку та амiаку, кг/нм3; C^0, С|?Р - се-редня питома теплоемнiсть АВС та ЦГ, Дж/(кг-К); tABc, t
ЦГ иЦГ
t™x , t4 - температура
АВС, ЦГ на входi та виходi та температура
змшаного потоку АВС та ЦГ, С; i
i ВХ :ВИХ 1П , 1П
ВХ Ж
Температура змшаного потоку АВС та ЦГ t4, була отримана при стльному вирiшеннi рiвнянь теплового балансу прямого та зворотного потоюв теплообмшно! частини конденсацшно! колони (1 - 2), за методикою
1П , 1д - ентальпiя рщкого та парообразного амiаку на входi та виход^ Дж/кг; г - питома теплота фазового перетворення амiаку, Дж/кг.
Для спрощення визначення t4 за результатами обробки експериментальних даних було встановлено, що мiж температурою змшаного потоку та температурою вторинно! конденсацп i кiлькiстю продукцiйного амiаку юнуе залежнiсть, ви-гляд яко! отримано на пiдставi проведення кореляцiйного та регресшного аналiзiв за стандартною методикою [6]. При цьому було одержано рiвняння (7):
t4=50,901+0,82863 - tg-XX _ 0,38896-V,
(7)
Ж
КоефЩент множинно! кореляцп склав 0,95. Перевiркa на aдеквaтнiсть за критерiем Фшера показала, що дисперсiя вщносно середнього iстотно бiльше, нiж залишкова дисперсiя. Середньоквадратич-не в1дхилення розрахункового значення не перевищуе 0,225 К.
У табл. 2 представлеш результати розрахунку сепарацшно! частини конденсaцiйно'i колони за мате-матичною моделлю. Як видно з рис. 1 при пщвищенш температури АВС збшьшуеться кшьюсть випареного aмiaку, як насл1док зменшуеться витрата конденсату у сепaрaторi, що вщбираеться у збiрник. На рис.2 показана залежносп температури змшаного потоку в1д кiлькостi конденсату aмiaку.
Таблиця 2
P03paxyHK0BÍ показники роботи сепарацшноТ частини конденсацшноТ колони
Кшьюсть випаре- Витрата кон- Температу-
№ ного ам1аку V^ денсату Vпpoд, ра вторинно1
нм3/с нм3/с конденсацЦ t4, 0С
1 2,58 10,89 -3,43
2 1,71 10,57 -3,61
3 1,74 9,21 -4,43
4 2,2 10,65 -3,75
5 2,24 10,11 -3,96
3
D I I I I I I I I I
30 32 34 зе за 40 42 44 46
Температура ABC t^. °С
Рис. 1. Залежнiсть кiлькостi випареного aMiaKy вщ температури АВС
в
о
U
О 6
X
«
Е U 4
) О
С
о -4 h
-6
Виграта конденсату Упрод^ ны3/с
Рис. 2. Зaлежнiсть температури змшаного потоку вiд кiлькостi конденсату
Висновки
На сьогодтшнш день, температура змшаного потоку, зг1дно iснуючо'i практики, приймаеться апрюрно на 2 градуси вище нiж температура вторинно! конденсаци. Проте, як показують досл1дження представлеш в табл.
1 такий тдхщ не вщображае експериментальнi показники, це обумовлено тим, що тепло випарювання рщко! фази не враховуеться. За таких обставин, при проектуванш теплообмшно! частини конденсацшно! колони поверхня теплообмшу, в наслщок збшьшення середньо логарифмiчноi рiзницi температур, може бути зменшена зг1дно розрахункiв на 7,5 %, а отже знижена i металоемнiсть колони, чим буде забезпечене скорочен-ня вартостi нового обладнання
Литература
1. Кузнецов Л.Д. Синтез аммиака / Л.Д. Кузнецов, Л.М. Дмитриенка, П.Д. Рабина, Ю.А. Соколинский. - М.: Химия, 1982. - 296 с.
2. Ефимов В.Т. Повышение эффективности работы абсорбционных холодильных установок в агрегатах синтеза аммиака большой мощности / В.Т. Ефимов, С.А. Ерощенков, А.К. Бабиченко// Холодильная техника. - 1979. - № 2 - С. 23 - 26.
3. Розенфельд Л.М. Примеры и расчеты холодильных машин и аппаратов / Розенфельд Л.М., Ткачев А.Г., Гуревич Е.С. - М.: Госторгиздат, 1960. - 238 с.
4. Исоченко В.П. Теплопередача: учебник для ВУЗов / В.П. Исоченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. - [3-е изд. перераб. и доп.]. - М.: Энергия, 1975. - 488 с.
5. Янковский Н.А. Аммиак. Вопросы технологии / [Н.А. Янковский, И.М. Демиденко, В.А. Степанов, Б.И. Мельников и др.]; под общей редакцией Н.А. Янковского. - Донецк: ГИК Новая печать, ООО Лебедь, 2001. - 497 с.
6. Бондарь А.Г. Математическое моделирование в химической технологии / А.Г. Бондарь. - К.: Вища школа, 1973. - 280 с.
Abstract
The article concerns the mathematical model of heat-exchange process of the separation part of condensation column of the unit of secondary condensation of synthetic ammonia. The experimental data on condensation
column were obtained in industrial conditions according to the method of passive registration experiment. The influence of material flow on the temperature regime of circulation gas after separation was analyzed, and the equation for calculating the temperature, necessary to determine the heat-exchange surface of the column, was derived. The dependence was determined, using the package Statistica, calculation error does not exceed 5%. The set temperature indicates that it is lower than that adopted for the project. The specified temperature provides an increase of the average logarithmic temperature difference, and, for the same heat load the decrease of the heat-exchange surface, and consequently, the reduction of the specific quantity of metal of the condensation column in general.
Key words: ammonia, secondary condensation unit, condensation column, circulation gas, nitrogen-hydrogen mixture, separation
■a
В cmammi розглядаються питан-ня одержання стабЫьних емульсш диспергацшного типу на o^oei епоксидiановог смоли. Встановлено режим одержання, який забезпечуе стабтьтсть матерiалу до 240 di6, емульсш мае покращеш реологiчнi та адгезшш показники
Ключовi слова: емульгування, епоксидна емульЫя, оптимiзацiя температурного режиму, твердтня покриття
□-□
В статье рассматриваются вопросы получения стабильных эмульсий диспергационно-го типа на основе эпоксидиановой смолы. Установлен режим получения, который обеспечивает стабильность материала до 240 суток, эмульсия характеризуется улучшенными реологическими и адгезионными показателями
Ключевые слова: эмульгирование, эпоксидная эмульсия, оптимизация температурного режима, отверждение покрытий
■о о
УДК 667.62
ВОДНОДИСПЕРС1ЙН1 МАТЕР1АЛИ НА ОСНОВ1 ЕПОКСИДНИХ СМОЛ
Р.Г. Домн1ченко
Астрант
Кафедра товарознавства та експертизи непродовольчих TOBapiB Кшвський нацюнальний торговельно-економлчний уыверситет вул. Петровського, 91а, м. Луганськ, УкраТна, 91007 Контактний тел.: 095-893-31-05 E-mail: raisa-domnichenko@yandex.ru
Н.В. Мережко
Доктор техычних наук, професор Кафедра товарознавства непродовольчих товaрiв КиТвський нацюнальний торговельно-економiчний уыверситет вул. Кюто, 19, м. КиТв, УкраТна, 02156 Контактний тел.: (044) 531-47-67 E-mail: neprod2@knteu.kiev.ua
О.В. Миронюк
Кандидат техычних наук* Контактний тел.: (044) 528 - 60 - 36 E-mail: airshape@ukr.net
В.А. Св^дерський
Доктор техычних наук, професор Кафедра хiмiчноТ технологи композицтних мaтерiaлiв* Контактний тел.: (044) 406-86-05 E-mail: xtkm-users@kpi.ua
*Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни "КиТвський полЬехшчний шститут" пр. Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03056
На даний час дисперсп оргатчних смол у водному еться у виробництвi емульсш е кополiмери на 0CH0Bi
середовишд широко використовуються в якост плiвко-утворюючих систем для покритпв як для внутрштх, так i зовшшшх роби по мшеральних субстратах. Осно-вним типом полiмерного матерiалу, який використову-
акриловоТ, метакриловоТ кислот та полистиролу [1]. Щ матерiали характеризуются високою атмосферос-тiйкiстю, але в той же час непридатш для одержання покритпв на металевих та пластикових субстратах.
ё
