Повышение эффективности массообменных процессов

Критерии оценки эффективности.

Эффективность массообменного процесса может характеризоваться степенью разделения, интенсивностью его проведения (величиной потока массы через границу раздела фаз), но наиболее общим и обоснованным критерием является экономический. В качестве такового могут рассматриваться суммарные затраты на проведение процесса, включая капитальные и эксплуатационные. Однако данный критерий пригоден лишь в случае, если при проведении процесса нельзя повлиять на стоимость получаемых продуктов. Если же, например, достигая лучшей степени разделения можно получить более чистые и соответственно дорогие продукты (высших марок), то более общим критерием эффективности может служить прибыль, получаемая от реализации данных продуктов. При этом возможна ситуация, когда большая прибыль достигается при увеличении затрат на проведение процесса.

Пути повышения эффективности.

Для уже существующих производств повышение эффективности массообменных процессов может осуществляться, в основном, за счет оптимизации режимных параметров (давления, температуры, концентрации и расходов фаз), использования иных разделяющих агентов, а также схем проведения процесса. Кроме того, возможна модернизация массообменных аппаратов путем замены контактных устройств или иных элементов, осуществляемая, как правило, во время капитального ремонта. Модернизация порой становится необходимой при изменении состава или расхода сырья, либо требований к качеству получаемых продуктов.

При проектировании новых производств количество параметров оптимизации, изменение которых приводит к повышению эффективности массообменных процессов, существенно возрастает. Необходим выбор оптимального вида массообменного процесса, возможно использование совмещенных процессов, когда в одном аппарате происходит несколько типовых процессов, например, химическая реакция и разделение продуктов.

Для разработки предложений по повышению эффективности массообменных процессов требуется создание надежных математических моделей всех процессов, протекающих в аппаратах, только это позволит найти оптимальное решение. Безусловно, математическая модель массообменного процесса должна учитывать кинетику массопереноса, в том числе многокомпонентного.

Комбинированные процессы.

Совмещенные процессы относятся к комбинированным. Комбинированными называются процессы, сочетающие несколько типовых процессов. Комбинированные процессы, можно подразделить на последовательные, сопряженные и совмещенные. Последовательными называются процессы, состоящие из последовательно осуществляемых типовых процессов, связанных прямыми связями, при этом последующие процессы не влияют на предыдущие, например: мембранное разделение à нагревание концентрата à выпаривание концентрата до требуемой концентрации. При проведении непрерывных процессов каждый из типовых процессов осуществляется в отдельном аппарате.

Сопряженными называются процессы, состоящие из типовых процессов связанных как прямыми, так и обратными связями, при этом последующие процессы влияют на предыдущие. В непрерывных процессах каждый из типовых процессов проводится в отдельном аппарате. В качестве примера можно рассмотреть схему абсорбционной установки (рис. 22.1). При этом каждый из процессов: абсорбция, нагревание, десорбция и охлаждение влияет на условия проведения всех остальных.

Рис. 22.1. Схема абсорбционной установки с регенерацией абсорбента путем десорбции с десорбирующим агентом: А - абсорбер, Н - нагреватель, Д - десорбер, Х - холодильник.

Совмещенными называются непрерывные процессы, в которых несколько типовых процессов осуществляются одновременно в одном аппарате, оказывая взаимное влияние друг на друга. Особенно перспективным является совмещение массообменных процессов с химическими, что позволяет увеличить выход целевых продуктов, селективность, движущую силу массопередачи, снизить энергетические и капитальные затраты. В качестве примера можно вспомнить хемосорбцию, при которой абсорбтив вступает в химическую реакцию с абсорбентом, образуя новое вещество, что приводит к уменьшению концентрации абсорбтива в жидкости, его равновесной концентрации в газе и, следовательно, увеличению движущей силы процесса абсорбции.