ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Водный термодинамический пинч-метод синтеза ресурсосберегающих химико-технологических систем водопотребления и водоотведения промышленных предприятий из "Анализ и синтез водных ресурсосберегающих химико-технологических систем" Анализ литературных данных и собственный опыт авторов по синтезу ВХТС показали необходимость доработки и развития водного термодинамического пинч-метода с учетом некоторых особенностей его применения [35]. [c.128] Рассмотрим характерный пример синтеза водной интегрированной ХТС из индивидуальных ХТС, использующих воду в качестве основного сырьевого ресурса. В табл. 2.10 приведены исходные данные для проектирования. [c.128] Расход потребляемой воды в данной индивидуальной ХТС принят исходя из производственной программы по объему и соотношению выполняемых операций по обработке материала, из которого извлекается (экстрагируется) загрязняющее вещество. В данном случае приняты равные расходы потребляемой воды в индршидуальных ХТС только для того, чтобы в дальнейшем наглядно показать, как при проектировании меняется соотношение этих расходов. В общем случае расходы воды могут быть разными. [c.128] Концентрации загрязняющего вещества на входе в соответствующую ХТС и выходе из нее являются максимальными (предельными) и, как отмечено выше, при таких значениях должны выполняться следующие условия движущая сила процесса массопередачи, должна быть минимальной растворимость загрязняющего вещества в воде максимальной вещества не должны осаждаться из растворов уровень загрязнения технологического оборудования должен быть допустимым необходимо исключить коррозионную активность загрязняющего вещества твердые частицы не должны осаждаться. [c.128] С целью установления закономерностей изменения характеристик проекта в целом номера вариантов проектов возрастают по мере увеличения значений координат пинч-точек. Для первого варианта (см. рис. 2.34, а) эти координаты - 150 мг/л по концентрации загрязняющего вещества и 3,2 кг/ч по массовой нагрузке, а для пятого варианта (см. рис. 2.38, а) соответственно 300 мг/л и 6,2 кг/ч. [c.135] Взаимное расположение предельной составной водной кривой и линии подачи воды обусловливает принятие решения по структуре интегрированной ХТС - количеству этапов и последовательности потребления воды в индивидуальных ХТС. Обработка численных данных, характеризующих положение предельной составной водной кривой и линии подачи воды, позволяет построить решетчатую диаграмму, отображающую структуру потоков потребляемой воды и соответственно ее расходы в каждой индивидуальной ХТС. На базе решетчатой диаграммы проектируют технологическую схему интегрированной ХТС, которую в дальнейшем дорабатывают и оптимизируют. Решетчатые диаграммы и технологические схемы исходных вариантов проекта представлены на рис. 2.34, б, в-2.38, б, в. [c.135] Получены следующие проектные целевые значения суммарных объемов водопотребления в интегрированной ХТС 22,07 мЗ/ч в первом варианте проекта, 18,97 мЗ/ч - во втором и третьем вариантах, 21,02 мЗ/ч - в четвертом и пятом вариантах. Экономия потребляемой воды по сравнению с исходным суммарным расходом (30 мЗ/ч, см. табл. 2.10) соответственно составляет 26,4, 36,8 и 29,9%. С учетом экономии водопотребления предпочтительнее второй и третий варианты проекта. [c.135] Основными недостатками исходных вариантов проекта являются относительно большое число элементов технологической схемы и чрезмерно заниженный или завышенный расход воды в индивидуальных ХТС на отдельных этапах водопотребления. Под чрезмерно заниженными или завышенными расходами будем понимать соответственно расходы, составляющие 1/3 (и ниже) и 2/3 (и выше) от номинальных исходных по проекту расходов. [c.135] Решение второй задачи - выравнивание расходов воды в индивидуальных ХТС относительно исходных значений (10 м /ч, см. табл. 2.10) оказалось сложнее. Значительно завышен расход воды для ХТСЗ в первом, четвертом и пятом вариантах (соответственно 17,34 17,79 и 17,74 мЗ/ч). Значительно занижены объемы водопотребления в ХТС2 для четвертого и пятого вариантов (соответственно 3,23 и 3,28 мз/ч). [c.139] ВИЯ проведения процесса повышается гидравлическое сопротивление коммуникаций и оборудования, увеличивается турбулиза-ция потоков, возрастает вероятность каплеуноса из открытых частей технологической системы. [c.140] Очевидно, что, если в качестве рекомендуемых к практическому использованию принять проектные значения расходов воды в индивидуальных ХТС, существенно отклоняющиеся от номинальных (исходных) величин, то это станет причиной определенных технических проблем. В соответствии с кинетическими закономерностями массообменных процессов при уменьшении расхода (скорости) технологического потока (воды) происходит снижение значений коэффициентов массопередачи, что в свою очередь приводит к уменьшению скорости удаления заданного количества загрязняющего вещества из обрабатываемого материала. Например, в пятом варианте проекта (см. рис. 2.38, д) рекомендуется всю массовую нагрузку по загрязняющему веществу в ХТС1 снять на первом этапе расходом воды 6,61 мЗ/ч вместо 10 мЗ/ч по принятой технологии (см. табл. 2.10). Это может быть достигнуто (при неизменности других технологических режимов), вероятно, только за счет увеличения времени контакта воды с обрабатываемым материалом. Кроме того, рекомендуемое по проекту увеличение движущей силы массообменного процесса в этом случае до (300-5) вместо (200-5) мг/л по принятой технологии для ХТС1 приведет к повышению степени необратимости процесса и, следовательно, его энергетического несовершенства. [c.140] Увеличение расхода воды в индивидуальной ХТС по сравнению с номинальным значением также должно вызвать технические трудности. Например, проблематичной будет организация водных процессов в ХТСЗ в первом и четвертом вариантах (рекомендуемые по проекту расходы соответственно равны 17,34 и 17,79 мЗ/ч) по причинам, отмеченным выше. [c.140] Во-первых, для достижения минимального целевого значения объема потребляемой воды в интегрированной ХТС (исключая неоправданно заниженные объемы, см. выше) целесообразно стремиться к максимальному углу наклона линии нодачи воды относительно оси массовой нагрузки. Так, для принятых в нашем случае второго и третьего вариантов проекта этот наклон максимален, что соответствует максимальной выходной концентрации загрязняющего вещества на линии подачи воды - 542,6 мг/л. [c.141] В-третьих, соотношение интервалов по оси массовой нагрузки должно быть наиболее близким к соотношению массовых нагрузок по загрязняющим веществам, подлежащим удалению в ходе водных технологических операций. Эти соотношения для рассмотренного примера следующие (см. табл. 2.10) ш, тг Шз = 1,95 2,75 5,50 = 1 1,41 2,82. Для приемлемого второго варианта проекта соотношение интервалов по оси массовой нагрузки составляет 1,45 2,25 6,50 = 1 1,55 4,48 (см. рис. 2.35, а). Для отклоненных вариантов проекта эти соотношения равны для первого (см. рис. 2.34, а) 3,20 3,00 4,00 = 1 0,94 1,25 для четвертого (см. рис. 2.37, а) 3,70 2,50 4,00 = 1 0,68 1,08 для пятого (см. рис. 2.38, а) 0,20 6,00 4,00 = 1 30 20 (наихудшее соотношение). С учетом всех замечаний, сделанных выше в отношении результатов последнего варианта, приходим к выводу, что он наихудший. [c.141] На наш взгляд, данные рекомендации позволяют интенсифицировать процесс синтеза ВХТС и избежать некоторых непроизводительных рутинных его этапов. [c.142] В рассмотренном выше примере отражены этапы проектирования ВХТС, в технологической воде (сточных водах) которой содержится одно загрязняющее вещество. Водный пинч-метод может быть успешно применен и в случае, когда в технологической воде присутствуют несколько загрязняющих веществ. При этом методика синтеза ВХТС, как показано выше, предполагает выбор одного из двух альтернативных подходов. Первый основан на определении ключевого или лимитирующего загрязняющего вещества, для которого целевое значение суммарного расхода потребляемой воды максимально. Второй подразумевает принятие допущения о пропорциональном снятии массовой нагрузки по второму, третьему и т. д. компонентам относительно первого загрязняющего вещества. [c.142] По нашему мнению, второй подход, несмотря на кажущиеся логичность и адекватность описываемым процессам, менее надежен. Как показала практика, пропорциональность при снятии массовой нагрузки является скорее исключением, чем закономерностью. Так, в рассмотренном выше примере (см. табл. 2.10, исходные данные получены для конкретных технологических процессов) при одном и том же расходе воды (10 мЗ/ч) даже для одного и того же компонента снимается разная массовая нагрузка. Еще более непредсказуемая картина имеет место в случае нескольких загрязняющих веществ. Причинами этого являются формально разные входные и выходные концентрации компонентов для индивидуальных ХТС, а по сути - различные кинетические закономерности удаления загрязняющих ингредиентов из обрабатываемого водой материала, зависящие от многих факторов, в том числе и от начальной (входной) концентрации загрязняющего вещества. Предлагаемый в таком случае вариант учета функциональных зависимостей между массовыми нагрузками удаляемых компонентов представляется весьма трудоемким и малонадежным. [c.142] Проектирование интегрированной ХТС водопотребления -первый этап синтеза водоиспользующих систем в целом. После подачи воды в такую систему и выполнения ею своих технологических функций (как растворителя, экстрагента, промывной жидкости и т.д.) наступает этап водоотведения. В соответствии с основными принципами ресурсосбережения отводимая отработанная вода при невозможности ее использования на последующих технологических операциях должна пройти очистку (регенерацию) и быть использована (по крайней мере, частично) повторно (заключена в водооборотный цикл). Этот принцип рециклирования служит основой создания экологически безопасных водоиспользующих технологических процессов. [c.143] Вернуться к основной статье