Маатук А. .. Рекуперативний теплообмін на установці газофракціювання та компримування газохімічного виробництва

Об'єктом дослідження є процес рекуперативного теплообміну на установках газофракціювання і компримування та їх комплексах. Метою роботи є підвищення рівня потужності процесу рекуперації теплової енергії на установках газофракціювання і компримування та їх комплексів на газохімічних виробництвах шляхом дослідження та аналізу існуючої системи рекуперативного теплообміну, та наукового обґрунтування методів підвищення потужності процесу рекуперації теплоти, створення методики розрахунку теоретичне обумовленого, та технічно дозволеного підвищення потужності рекуперативного теплообміну та впровадження досягнень у науково-технічні розробки та навчальний процес. Методи дослідження: фундаментальні методи термодинаміки та теплопередачі використано для визначення споживання зовнішніх енергоносіїв в хіміко-технологічних процесах і кількості енергії рекуперації; метод сіткових діаграм використано для створення проекту реконструкції системи теплообмінних апаратів; програмні та математичні пакети Microsoft Excel та MathCAD використано для проведення розрахунків та створення методики розрахунку; програма "CAS-200" використана для розрахунку технологічних параметрів теплообмінного обладнання; програмне забезпечення "HILECT" та "Pinch 2.02" використано для обрахунку можливої величини потужності рекуперації теплоти та побудови кривих енергетичних і економічних залежностей; пакет тривимірного твердотільного моделювання AutoCAD використано для креслення окремих вузлів апаратів; моделювання виробництва проведено за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення "UniSim Design". Теоретичні та практичні результати: розроблено технологічні схеми з підвищеною потужністю рекуперативного теплообміну щодо ректифікації широкої фракції легких вуглеводнів з отриманням пропан-пентанової, пропан-гексанової, бутанової і ізобутанової фракцій; створено технологічні схеми з підвищеною потужністю рекуперативного теплообміну територіального комплексу установок поділення широкої фракції легких вуглеводнів; запропоновано технологічні схеми з підвищеною потужністю рекуперативного теплообміну з інтеграцією теплової помпи як для самостійних процесів поділення широкої фракції легких вуглеводнів так і щодо територіального комплексу установок поділення широкої фракції легких вуглеводнів; розроблено метод інженерних розрахунків підвищення потужності процесу рекуперації теплової енергії у діючої двопотокової системи теплообміну. Наукова новизна: вперше визначено залежності величин утиліт, які споживаються процесом та необхідної площі поверхні теплообміну від значення мінімальної рушійної сили теплообміну ΔTmin в рекуперативній системі процесу за допомогою побудови складових кривих процесу ректифікації широкої фракції легких вуглеводнів з отриманням пропан-пентанової, пропан-гексанової, бутанової та ізобутанової фракцій; вперше знайдено оптимальне значення мінімальної рушійної сили теплообміну ΔTmin в рекуперативній системі процесу, для якої визначені оптимальні значення зовнішніх утиліт, і побудована імітаційна математична модель системи рекуперації теплової енергії; запропоновано і розроблено метод визначення та підвищення питомої потужності процесу рекуперації теплоти на установках ректифікації широкої фракції легких вуглеводнів з отриманням пропан-пентанової, пропан-гексанової, бутанової та ізобутанової фракцій за допомогою інтеграції теплової помпи; вперше вирішено задачу економічно доцільного підвищення потужності процесу рекуперації теплової енергії в двопотоковій системі теплообміну з утилітними шляхами та трьома діючими теплообмінниками, так і для будь-якої їх кількості; вперше визначено залежності температур теплоносіїв та теплового навантаження на існуючих та додатковому теплообмінниках як від його площі поверхні теплообміну, так і від інтенсивності теплообміну; вперше визначено залежності дисконтованої вартості та простого строку окупності для реконструкції двопотокової системи теплообміну як від додаткової площі поверхні теплообміну, так і від інтенсивності теплообміну; вперше створено методику розрахунку економічно доцільної додаткової поверхні теплообміну в діючій двопотоковій системі теплообміну з утилітними шляхами у вигляді математичної моделі. Ступінь впровадження: результати роботи впроваджено у навчальний процес кафедри інтегрованих технологій, процесів та апаратів Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут", у науково-дослідну роботу Північно-Казахстанського державного університету ім. М. О. Ауезова та у проектні роботи ПЕФ "ОптімЕнерго". Сфера використання: хімічна, нафтохімічна, газопереробна, нафтопереробна, енергетична та суміжні галузі.