Анотація до роботи:

Болдирєв С.О. Теоретичні та експериментальні дослідження ефективних систем теплообмінних апаратів в хіміко-технологічних процесах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 – процеси та обладнання хімічної технології; Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти та науки України, Харків, 2008.

Дисертація присвячена науково обґрунтованому аналізу систем теплообмінних апаратів в хіміко-технологічних процесах та створенню проекту реконструкції теплообмінної системи з використанням високоефективного теплообмінного обладнання на прикладі коксохімічного виробництва та виробництва цукру.

Вперше за допомогою методів пінч-аналізу досліджено систему теплообмінних апаратів в хіміко-технологічних процесах. Розроблено метод побудови складових кривих технологічних потоків і великої складової кривої який дозволяє аналізувати потоки з фазовими змінами. Встановлено, що споживання теплової енергії виробництв, що аналізувалися на 30-50% перевищує середньоєвропейські показники. Виявлені недоліки систем теплообмінних апаратів та неефективно розташовані теплообмінники виробництв, що аналізувалися. Визначено оптимальне значення DT_min для систем теплообмінних апаратів, що аналізувалися та цільові значення споживання теплової енергії технологічним процесом.

Синтезовані принципові технологічні схеми систем теплообмінних апаратів, які відповідають вимогам до проектування оптимальних теплообмінних систем. Модернізовано методику розрахунку пластинчастих теплообмінних апаратів. Для отриманих схем розраховано високоефективні пластинчасті теплообмінники, що дозволяють забезпечити необхідний температурний режим. Пластинчастий теплообмінник впроваджено в систему рекуперативного теплообміну цукрового заводу АО "КАНТ", Казахстан, м. Тараз.

Доведено, що споживання теплової енергії технологічними процесами виробництв, що аналізувалися, при впровадженні проектів реконструкції системи теплообмінних апаратів знижується на величину до 47%. Строк окупності запропонованих проектів реконструкції систем теплообмінних апаратів не перевищую 1 року.

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі розробки ефективних систем теплообмінних апаратів в хіміко-технологічних процесах. В процесі проведених теоретичних та експериментальних досліджень зроблені такі висновки:

1. Розроблена математична модель системи рекуперативного теплообміну в хіміко-технологічних процесах з фазовими перетвореннями потоків. Удосконалена методика побудови складових кривих технологічних потоків і великої складової кривої, яка дозволяє аналізувати потоки з фазовими змінами.

2. Досліджена хіміко-технологічна система та система зовнішніх енергоносіїв за допомогою методів пінч-аналізу. Визначено значення теплової енергії, що споживається хіміко-технологічним процесом та значення DT_min на теплообмінному обладнанні.

3. Визначено структуру системи рекуперативного теплообміну та ідентифіковано неефективно розташовані теплообмінні апарати.

4. Визначено DT_min між потоками на теплообмінному обладнанні, при якому загальна наведена вартість системи теплообмінних апаратів – мінімальна.

5. Синтезована система теплообмінних апаратів з урахуванням складової зовнішньої утиліти для визначеного DT_min з використанням методів пінч-аналізу, яка дозволяє суттєво зменшити споживання зовнішніх енергоносіїв. Для синтезованих систем теплообмінних апаратів проведено розрахунки високоефективних пластинчастих теплообмінників.

6. Удосконалена методика розрахунку пластинчастих теплообмінників. Визначено економічний ефект від впровадження запропонованих систем теплообмінних апаратів та пластинчастих теплообмінників для виробництв, що аналізувалися. Строк окупності проектів реконструкції систем теплообміну не перевищує 1 року.

7. Розроблено пакет прикладних програм в середовищі Fortran Power Station, інтегровано з пакетом MathCAD для автоматичної побудови складових кривих технологічних потоків, великої складової кривої, вартісних залежностей, цільових кривих реконструкції та вибору DT_min в теплообмінній системі за заданим критерієм.

8. Впроваджено теплообмінне обладнання для розробленої системи теплообміну на підприємстві цукровий завод АО "КАНТ", (м. Тараз, Казахстан). Впроваджено методику розрахунків пластинчатих теплообмінників для проектування нового обладнання в АТ "Співдружність – Т" (м. Харків).

Публікації автора:

1. Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Ульев Л.М., Перевертайленко А.Ю., Болдырев С.А., Рубчевский В.Н., Волох В.М. Анализ потенциала энергосбережения в процессе дистилляции каменноугольной смолы. // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків: НТУ "ХПІ", – 2001. №2.– С. 16 – 22.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження системи технологічних потоків при дистиляції кам'яновугільної смоли шляхом побудови складових. Досліджено залежність споживання теплової енергії від мінімального температурного напору на теплообмінному обладнанні.

2. Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Ульев Л.М., Болдырев С.А. Улучшение тепловой интеграции на сахарных заводах // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків: НТУ "ХПІ", – 2002. № 2.– С. 11 – 16.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження системи теплообмінних апаратів при виробництві цукру і визначено енергозберігаючий потенціал процесу переробки цукрового буряку.

3. Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Ульев Л.М., Болдырев С.А. Тепловая интеграция и энергосбережение в сахарной промышленности // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”.- Харків: НТУ "ХПІ" – 2002. Вип. 9. Т. 1. – С. 94 – 105.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження системи рекуперації теплової енергії на прикладі виробництва цукру і наведено визначення мінімального температурного напору в системі теплообмінних апаратів.

4. Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Ульев Л.М., Болдырев С.А., Бухкало С.И., Кауфман С.И. Определение потенциала энергосбережения процесса дистилляции каменноугольной смолы и процесса переработки нафталиновой фракции на авдеевском КХЗ // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків: НТУ "ХПІ", – 2003, №2.– С. 23-30.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження технологічного процесу переробки кам'яновугільної смоли на двоколонному трубчастому агрегаті та визначено залежності загальної наведеної вартості системи теплообмінних апаратів від мінімального температурного напору.

5. Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Ульев Л.М., Болдырев С.А. Создание оптимальной теплообменной системы в процессе дистилляции каменноугольной смолы // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків: НТУ "ХПІ", – 2004, №2.– С. 85 – 90.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження процесу переробки кам'яновугільної смоли та розроблено систему теплообмінних апаратів для рекуперації теплової енергії при заданих початкових умовах.

6. Болдырев С.А. Методы энергосбережения в сахарной промышленности (обзор). // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків: НТУ "ХПІ", – 2007, №2. С. 28 – 33.

Здобувачем проведено теоретичні дослідження теплообмінних систем підприємств цукрової промисловості, визначено недоліки та переваги методів реконструкції хіміко-технологічних систем та теоретично обґрунтовано використання пінч-аналізу для зниження споживання зовнішніх енергоносіїв.

7. Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Ульев Л.М., Болдырев С.А. Улучшение тепловой интеграции на сахарных заводах. // Электронный журнал энергосервисной компании "Экологические системы". – 2005, №7. .

Здобувачем проведено експериментальні дослідження хіміко-технологічної системи підприємства переробки цукрового буряку і визначено топологію системи теплообмінних апаратів при ефективній реконструкції підприємства.

8. Tovazhnyanski L.L., Kapustenko P.A., Ulyev L.M., Boldyryev S.A. Heat Integration Improvement for Eastern European Countries Sugar-Plant // Proceedings of 15^th International Congress of Chemical and Process Engineering, CHISA’2002, Prague, 2002, Summaries Vol. 4. System Engineering. Prague. 2002. P. 251. (Paper No. P5. 69. p. 19.).

Здобувачем проведено експериментальні дослідження в технологічному процесі отримання білого цукру, розглянуто можливість покращення рекуперації і зменшення споживання зовнішніх енергоносіїв.

9. Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Ульев Л.М., Перевертайленко А.Ю., Болдырев С.А. Прогноз снижения выбросов СО₂ при улучшении тепловой интеграции на сахарных заводах Северо – Восточной Украины // Збірка доповідей IV Всеукраінської науково-методичної конференції з міжнородною участю “Екологія інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій”. – Дніпродзержинськ. - 2002. С. 16 – 18.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження систем теплообмінних апаратів на прикладі підприємств цукрової промисловості північно-східної України та отримано залежності енергоспоживання та величини шкідливих викидів при використанні методів пінч-аналізу.

10. Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Ульев Л.М., Болдырев С.А. Снижение потребления коксового газа при тепловой интеграции процесса на двухколонном агрегате дистилляции каменноугольной смолы // Збірка доповідей IV Всеукраінська науково-методична конференція з міжнородною участю “Екологія інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій”. – Дніпродзержинськ. –2002. – С. 219 – 221.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження технологічної системи переробки кам'яновугільної смоли, отримані залежності зниження споживання коксового газу при реконструкції за допомогою пінч-аналізу та розроблено теплообмінну систему з мінімальним споживання теплової енергії.

11. Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Ульев Л.М., Болдырев С.А. Экономически оптимальная тепловая интеграция на сахарных заводах // Материали Междунар. Научн. – практ. конф. “Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности”. – Москва. – 2002. – С.3.2-1.1.4.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження технологічного процесу отримання цукру, отримані показники оптимальної системи теплообмінних апаратів підприємства та порівняно їх із існуючим виробництвом.

12. L.L. Tovazhnyansky, P.О. Kapustenko, L.M. Ulyev, A.Yu. Perevertylenko, S.A. Boldyryev, A.S. Demirskiy. Energy saving and emission reduction at the sugar-plant with take into account of condensate heat of return steam in process integration L. // Proceedings of 16^th International Congress of Chemical and Process Engineering (CHISA’2004)., Summaries - System Engineering. - Prague, 2004. Vol. 4. p. 251. (Paper No. P5. 69).

Здобувачем проведено експериментальні дослідження хіміко-технологічної системи при виробництві цукру, розроблено проект реконструкції системи теплообмінних апаратів підприємства з включенням до теплової інтеграції конденсату ретурної пари та розраховано теплообмінне обладнання яке повинно забезпечувати необхідний режим.

13. P.O. Kapustenko, G.L. Khavin, A.Y. Perevertaylenko, S.A.Boldyryev. Compact heat exchangers for phosphoric acid production. // Proceedings of 17th International Congress of Chemical and Process Engineering (CHISA’2006). Summaries - System Engineering. - Prague. 2006. Vol. 4. P. 1329. (Paper No. P.5.083).

Здобувачем проведено експериментальні дослідження компактних теплообмінників та удосконалена методика розрахунків пластинчастих теплообмінних апаратів.