Oценка энергетической эффективности производства сульфатной целлюлозы методом приращения эксергий

В настоящей работе приводятся результаты эксергетического анализа технологической схемы производства сульфатной целлюлозы. В работе подробно рассмотрены результаты эксергетических балансов основных процессов производства сульфатной целлюлозы – регенерация щелочей в СРК, процесса выпаривания черного щелока, варки технологической щепы, процесс декарбонизации известняка. Выполненный анализ технологической схемы позволяет выявить наиболее «узкие» места в использовании тепловой энергии и обосновать основные направления повышения энергоэффективности рассмотренных процессов. Основная доля затраченной эксергии в существующем процессе производства целлюлозы связана с регенерацией щелочи в СРК и составляет 70 % от всей подведенной эксергии в схеме. Рассмотрен способ гидротермального получения химикатов в процессе производства сульфатной целлюлозы. В работе представлена принципиальная схема и анализ технологии теплоты производства сульфатной целлюлозы, суть которой заключается в выводе органической составляющей из черного щелока путем его автоклавной карбонизации дымовыми газами, отходящими из известерегенерационной печи при температуре 80- 90 °С. Вывод органики в этих условиях может достигать 70 %. В рассмотренном варианте эксергетический КПД ηe = 80 % значительно выше, чем КПД существующей схемы регенерации химикатов ηe=48 %. Это свидетельствует о высокой энергетической эффективности предлагаемого способа.

эксергетический анализ, технология теплоты, производство сульфатной целлюлозы, выпаривание, черный щелок, эксергетический КПД, энергосбережение

1. Казаков В.Г., Луканин П.В., Смирнова О.С. Упрощенный метод определения эксергетического КПД сложной тепловой схемы технологического процесса // Промышленная энергетика. 2010. №1. С. 38-41.

2. Калинин Н.В., Мартынов А.В., Калинина Е.И. Об эксергии и КПД (К юбилею учителя) // Холодильная техника. 2019. №10. С. 42-45.

3. Юшкова Е.А., Лебедев В.А. Определение эксергии в теплотехнических системах // Материалы Международной научной конференции «Наука. Исследования. Практика»; 24 февраля 2020 г., Санкт-Петербург: ГНИИ «Нацразвитие», 2020. С 184-186.

4. Луканин П.В., Казаков В.Г., Федорова О.В. Энергоэкологические аспекты в процессе переработки черного щелока сульфатной целлюлозы // Труды 20 Менделеевского съезда по общей и прикладной химии; 26-30 сентября 2016 г., Екатеринбург: Уральское отделение Российской Академии Наук, 2016. C. 512.

5. Timpe W., Evers W. A new process for the recovery of heat and chemicals from black liquor from cellulose sulfate production using hydropyrolysis // Pulp and Piper. 1972. N11. рр. 56-57.

6. Ma Keo P. Rapid pyrolysis of black sulfate liquor // Papery I Puu. 1995. N1-2. pp. 39-44.

7. Вагин Г.Я. К вопросу о повышении энергетической эффективности промышленных предприятий // Промышленная энергетика. 2013. № 5. С. 2-6.

8. Казаков В.Г., Луканин П.В., Смирнова О.С. Гидрохимический способ регенерации натриевых щелочей. Патент РФ на изобретение № 2415984. 10.04.2011. Бюл. №10.

9. Alén R., Sjöström E., Vaskirari P. Carbon dioxide precipitation of lignin from alkaline pulping liquors // Cellulose Chemistry and Technology. 1985. Vol. 19, N5. pp. 537-541.

10. Луканин П.В., Казаков В.Г., Федорова О.В., и др. Модернизация технологического процесса переработки черных щелоков сульфатной целлюлозы // Прикладная химия. 2016. №5(89). С. 654-659.

11. Луканин П.В., Казаков В.Г., Смирнова О.С. Технология теплоты в гидрохимическом способе регенерации химикатов производства сульфатной целлюлозы // Промышленная энергетика. 2012. №11. С.44-48.

12. Nimish Dubey, Morrish Kumar. CFD Analysis of Fluid Flowing Through a Heat Exchanger Tube Having a Twisted Tape with a Centrally Placed Semi-Circular Groove // International Journal of Science and Research. 2017. Vol.6, N6. pp. 2200-2207.

13. Hansen E, Panwar R, Vlosky R. The Global Forest Sector: Changes. Practices and Prospects // Taylor & Francis Group (NY); 2017.

14. Sivashanmugam P., Suresh S. Experimental studies on heat transfer and friction factor characteristics of turbulent flow through a circular tube fitted with helical screw-tape inserts // Chemical Engineering and Processing. 2007. N46. pp.1292-1298.

15. Shyy Woei Chang, Wei Ling Cai, Ruo Sin Syu. Heat transfer and pressure drop measurements for tubes fitted with twin and four twisted fins on rod // Experimental Thermal and Fluid Science. 2016. N74. pp. 220-234.

16. Zhang Z., Way J.D., Wolden C.A., et al. Вarium-promoted ruthenium catalysts on yittriastabilized zirconia supports for ammonia synthesis // ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 2019. Vol. 7. N21. pр.18038-18047.