З огляду на те, що схеми ректифікаційних установок з рекомпресією еквівалентні схемам теплонасосної термотрансформації, одним із показників енергоефективності може бути величина коефіцієнта перетворення.
Для варіанта рекомпресії верхнього продукту коефіцієнт перетворення може бути наведений таким виразом:
. (7.109)
При рекомпресії нижнього продукту, залежно від енергоносія, який використовується, маємо:
для механічного стиснення пари нижнього продукту
; (7.110)
для пароежекторного стиснення
; (7.111)
для стиснення у струменевому термокомпресорі
. (7.112)
Для порівняння енергоефективності базової установки і установки з рекомпресією можна скласти групу рівнянь, які оцінили б питоме енергоспоживання щодо потоку суміші або окремих компонентів, що розділяються.
Питома витрата енергії для варіанта рекомпресії верхнього продукту має вигляд
, (7.113)
де р1Х, р2Х – тиск холодоносія на вході і виході з переохолоджувача флегми;
густина холодоносія при його середній температурі в апараті;
– ефективний ККД насоса для подачі холодоносія.
Для варіантів рекомпресії нижнього продукту:
- на базі механічного компресора
; (7.114)
із застосуванням парового ежектора
; (7.115)
із застосуванням струменевого термокомпресора
. (7.116)
У цих рівняннях позначено:
втрати тиску холодоносія у відповідних теплообмінних апаратах;
– густина холодоносія;
– ефективний ККД насосів;
– потужність привода насоса в контурі струменевого термокомпресора.
Питому витрату енергії безпосередньо струменевого термокомпресора виражають у вигляді відношення споживаної потужності насоса до витрати пасивного потоку
. (7.117)
За даними [29] для водяної пари з коефіцієнтом ежекції у діапазоні різниці тисків питома витрата струменевого термокомпресора лежить в інтервалі (50-70) кВт.год/т, (180-250) кДж/кг.
Розгляд ексергетичної ефективності ректифікаційних установок з рекомпресією вимагає заміни виразу для ексергії потоку продукту в рівнянні (7.28) і урахування теплових потоків у теплообмінниках охолодження пари і рідини і енергопотоків механічної роботи.
Запишемо вирази для ексергетичної ефективності:
для схеми з рекомпресією пари верхнього продукту
; (7.118)
- для схем з рекомпресією пари нижнього продукту:
- із застосуванням механічного компресора
; (7.119)
із застосуванням парового ежектора
; (7.120)
із застосуванням струменевого термокомпресора
. (7.121)
Що стосується ексергетичної ефективності самого струменевого термокомпресора, то для прийнятих позначень на рисунках 7.11 і 7.12 можна записати
(7.122)
Дане рівняння записане для умов відсутності перевиробництва пари пасивного потоку.
Згідно з [29] струменеві термокомпресори на водяній парі характеризуються високими значеннями ексергетичної ефективності (ККД на рівні 0,5-0,6) у широкому діапазоні відношення тисків потоку змішування і пасивного потоку.
Для вибору варіанта схеми рекомпресії у базовій ректифікаційній установці необхідно виконати розрахунки термоекономічних показників відповідно до загальних положень термоекономіки. У цьому випадку після розрахунку режимних параметрів установки для всіх схем, що порівнюються, записуємо рівняння балансу ексергетичної вартості аналогічно (7.29).
Основний показник порівняння – ціна ексергії продукту характеризуватиметься такими виразами:
для схеми з рекомпресією пари верхнього продукту
; (7.123)
- для схеми з рекомпресією пари нижнього продукту
- із застосуванням механічного компресора
; (7.124)
із застосуванням парового ежектора
; (7.125)
із застосуванням струменевого термокомпресора
. (7.126)
У даних рівняннях позначено:
– ціна одиниці енергії для привода компресорів або насосів;
– ціна одиниці маси пари активного потоку ежектора;
– ціна одиниці маси теплоносія;
– годинна вартість фінансових витрат для варіантів рекомпресії у ректифікаційній установці.
Основна складність при виконанні розрахунків з ексергетичної та термоекономічної ефективності для ректифікаційних установок полягає у визначенні питомої ексергії у парових потоках.
Для рідкого стана суміші і продуктів розділення можна використовувати рівняння (1.28) і (1.32) з уточненням питомої теплоємності залежно від масової концентрації компонентів.
Для парових потоків необхідно мати у своєму розпорядженні інформацію про параметри стану на кривих насичення або методики розрахунку цих параметрів, наприклад, у [ 34, 45, 19, 38].
Калоричні параметри (питома ентальпія і ентропія) для парових сумішей можуть також розглядатися як адитивні величини, пропорційні пайовому співвідношенню компонентів.