Анотація до роботи:

Дьяченко О.В. Вдосконалення систем охолодження в технологіях одержання газів високої чистоти. – Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.05.14 – «Холодильна, вакуумна та компресорна техніка, системи кондицiювання». – Одеська державна академія холоду, Одеса, 2009 р.

Проведений аналіз методів сепарації, технологічних послідовностей видобування і очищення технічних газів. Розглянуті процеси дефлегмації, ректифікації, адсорбції i виморожування. Проаналізовані прийоми охолодження для забезпечення процесів сепарації в діапазоні температур 4…300 К. Вивчені схеми включення СТХЗ в ректифікаційні і адсорбційні системи очищення, розраховані питомі енерговитрати різних установок, вказані шляхи вдосконалення СТХЗ. Сформульовані умови, при яких досягаються допустимі коефіцієнти видобування і якість продуктів при мінімальних енерговитратах. Експериментально досліджена робота термосифону, вбудованого в дефлегматор ректифікаційної колони універсальної установки для видобування криптону і ксенону. Отримані Q-T характеристики модифікованих кріогенних газових машин ЗІФ-700 і ЗІФ-1000 при роботі в інтервалі температур 50…80 К. Розроблений енергетичний критерій для порівняння установок періодичної дії (виморожувачів і адсорберів) різної продуктивності, що працюють в інтервалі температур 4…77 К.

У дисертації отримано нове рішення науково-практичної задачі, суть якої складає теоретичне обгрунтування, методична розробки і експериментальне підтвердження основних принципів підвищення ефективності процесів кріогенної сепарації сумішей в інтервалі температур від 300 К до 4 К. Завдання вирішене шляхом адаптації різноманітних процесів розділення газів до мінімальної витрати енергії в повному життєвому циклі виробництва кінцевих продуктів – інертних (He, Ne, Kr і Xe) і технічних (SF₆, СnFm) газів високої чистоти.

На основі проведеного дослідження сформульовані наступні головні висновки:

1. Для енергетичного забезпечення роботи сепараторів в інтервалі температур 4…300 К допустиме використання практично всіх відомих способів розділення газів. Комплексний підхід до вибору системи охолодження, систематизація технологічних прийомів отримання інертних (технічних) газів дозволив встановити переважні варіанти теплохолодозабезпечення, що відрізняються простотою реалізації і мінімальним питомим енергоспоживанням.

2. Залежно від структури технологічного процесу отримання кінцевих продуктів встановлено, що

– в установках попереднього очищення доцільне застосування вбудованих циклів охолодження на основі робочого тіла, що отримується шляхом відбору з системи сепарації в точці концентрації низькокиплячих компонентів, наприклад, над дефлегматором колони ректифікації;

– при отриманні продуктів чистотою 99,999% переважно використовувати ізольовані контури теплохолодозабезпечення сепараторів або вбудовані цикли на основі мембранних компресорів;

– для виключення конденсації продукту, що очищається, при тиску Р_РОБ в адсорбері, що охолоджується низькотемпературним холодоагентом як посередником раціонально використовувати цей же продукт, киплячий при Р = (1,2...1,5)Р_РОБ.

3. В області температур помірного холоду (185…300 К) доцільне застосування парокомпресійних холодильних машин. Комбіновані схеми теплохолодозабезпечення з використанням теплоти конденсації холодильної машини здатні забезпечити нагрівання кубу колони ректифікації або регенерацію адсорбера. При цьому істотно (у 1,5…2 рази) знижується енергоспоживання установки сепарації.

4. Рідкий азот може застосовуватись як основний холодоагент в інтервалі температур 77…185 К. Для забезпечення ректифікації речовин з достатньо високою температурою потрійної точки (збагачення, витягання або розділення криптону і ксенону) необхідно застосовувати спеціальні прийоми для запобігання наморожування продукту, простішими з яких є:

– підвищений тиск всмоктування в азотному рефрижераторі або розімкненому циклі на базі випаровування рідкого азоту;

– передача теплоти із застосуванням посередника в термосифоні.

Питоме енергоспоживання установки ректифікації при роботі з використанням термосифону з азотом в якості основного холодоагенту в 2…3 рази нижче, ніж для інших способів кріогенного забезпечення.

5. Одноступінчаті КГМ ЗІФ-1000 і ЗІФ-700 вітчизняного виробництва здатні забезпечувати холодовидатність 600 Вт і 420 Вт, відповідно, при температурі близько 65 К. Це дозволяє понизити зміст азоту на виході з дефлегматору до 2…2,5% і при забезпеченні витрати початкової суміші на вході в інтервалі 13…20 м³/год.

6. Застосування безмашинних охолоджувачів на основі ефектів Ранка і Шпренгера перспективне в умовах існуючої різниці тиску, наприклад, між кріогенним сепаратором і всмоктуючою лінією компресора. Використання безмашинних охолоджувачів у фінішному ступені дефлегматора Ne-He суміші дозволяє зменшити концентрацію азоту з 7,5…10 до 2,5…3%. За рахунок цього транспортні і складські витрати знижуються на 5…7%.

7. Зрідження неону (при V > 20 м³/год) і кріогенне забезпечення ректифікації неоно-гелиєвої суміші з використанням доступних технічних засобів рекомендовано проводити за допомогою дросельних циклів двох тисків Р_ПР і Р₂ з паралельним включення мембранних компресорів. При Р₂ = 20 МПа оптимальний проміжний тиск складає Р_ПР = 1,6…2,0 МПа. Використання зовнішніх гелієвих рефрижераторів в промислових умовах нераціонально. В порівнянні з дросельними циклами високого тиску і детандерними циклами середнього тиску витрати енергії в цьому випадку збільшуються в 2...5 разів (з 8…12 до 20…40 МДж/л).

8. Серійні гелієві рефрижератори КГУ-600 (КГУ-150) перспективні в технологіях видобування гелію (з воднево-гелієвого концентрату). Вони дозволяють витягувати багаті гелієві суміші (95% Не) конденсаційним методом з питомим енергоспоживанням близько 550 кДж/м³ Не.

9. Використання енергетичного критерію (коефіцієнта ефективності) для зіставлення характеристик апаратів періодичної дії дозволяє проводити попередній аналіз систем кріогенного забезпечення сепараторів в області температур 4…77 К, значно скорочуючи період проектування вказаних апаратів.

Публікації автора:

1. Лавренченко Г.К. Математическая модель адсорбционного криорефрижератора / Г.К. Лавренченко, Ю.В. Змитроченко, О.В. Дьяченко // Труды НПО «Криогенмаш» «Проблемы криогенной техники». – Москва. – 1992. – С. 62-71. Створена математична модель і виконані розрахунки кріоадсорбційного рефрижератора на рівні 60 К.

2. Метод расчета фазовых равновесий бинарных смесей – рабочих тел холодильных и криогенных систем / [М.Г. Хмельнюк, Г.К. Лавренченко, Г.Я. Рувинский, О.В. Дьяченко] // Хол.техн. и техн. – 2001. – № 1 (70). – С. 22-27. Розраховані фугітивність і діаграми фазових рівноваг сумішей N₂-CH₄, R12-R22, C₃H₈-R23, R152a-R218.

3. Технико-экономическое обоснование степени предварительной очистки Ne-He-смеси / [В.Л. Бондаренко, Ю.М. Симоненко, О.В. Дьяченко и др.] // Технические газы. - 2001. – № 1; 2. - С. 20-23. Виконані розрахунки, що характеризують вплив попереднього збагачення Ne-He суміші в дефлегматорі на подальшу ступінь очищення методом адсорбції.

4. Опытно-промышленные установки для ожижения неона / [В.Л. Бондаренко, Ю.М. Симоненко, О.В. Дьяченко и др.] // Технические газы. - 2001. – № 4. - С. 24-32. Виконані розрахункові дослідження продуктивності і енергоспоживання різних типів зріджувачів неону.

5. Системы криогенного обеспечения процессов производства редких газов при Т = 63-78 К / [В.Л. Бондаренко, Ю.М. Симоненко, О.В. Дьяченко и др.] // Технические газы. - 2003. – № 4. - С. 39-44. Досліджені методи кріогенного забезпечення промислових дефлегматорів.

6. Бондаренко В.Л. Получение концентрата .²⁰Ne в вихревых камерах / В.Л. Бондаренко,О.В. Дьяченко, Ю.М. Симоненко // Холодильна технiка i технологiя. – 2006. – № 2 (100). – С. 13-18. Розраховані енергетичні характеристики циклів криогенного забезпечення роботи установок сепарації ізотопів неону.

7. Обогащение неонового концентрата методом фронтальной хроматографии / [В.Л. Бондаренко, С.Ю. Вигуржинская, О.В. Дьяченко и др.] // Холодильна технiка i технологiя. – 2006.– № 3 (101). – С. 14-20. Проведені розрахунки і приведені результати експериментів по розділенню Ne-He суміші методом хроматографічної асорбції на температурному рівні 78…80 К.

8. Технико-экономический анализ среднетоннажных перевозок редких газов / [В.Л. Бондаренко, С.Ю. Вигуржинская, О.В. Дьяченко и др.]. – Холодильна технiка i технологiя. – 2006. – № 4 (102). – С. 18-22. Проведені техніко-економічні дослідження перевезень інертних газів в рідкому і газоподібному станах на прикладі аргону.

9. Бондаренко В.Л. Технологии получения изотопов неона (²⁰Ne, ²²Ne) / В.Л. Бондаренко, Ю.М. Симоненко, О.В. Дьяченко, А.М. Емельянов // Холодильна технiка i технологiя. – 2006. – № 5 (103). – С. 5-12. Розраховані енергетичні характеристики циклів кріогенного забезпечення роботи установок сепарації ізотопів неону.

10. Дьяченко О.В. Использование натуральных хладагентов в системах теплохладоснабжения технологических процессов / О.В. Дьяченко // СОК, Киев. - 2006. – № 10. - С. 58-60.

11. Дьяченко О.В. Использование натуральных хладагентов в системах теплохладоснаб-жения технологических процессов / О.В. Дьяченко // СОК, Москва. - 2006. – № 10. - С. 98-101.

12. Перспективы получения редких газов из отдувочных потоков производства аммиака / [В.Л. Бондаренко, О.Ю. Симоненко, О.В. Дьяченко и др.] // Холодильна технiка i технологiя. – 2007. – № 2 (106). – С .5-9. Розрахований потенціал ння інертних газів їз отдувочних потоків виробництва аміаку для України.

13. Дроссельные циклы ожижения неона на базе мембранных компрессоров / [В.Л. Бондаренко, Ю.М. Симоненко, О.В. Дьяченко и др.] // Холодильна технiка i технологiя. – 2007. – № 3 (107). – С. 13-19. Виконані розрахункові дослідження і приведені результати оптимізації для різних типів зріджувачів неону на базі мембранних компресорів.

14. Бондаренко В.Л. Извлечение концентрата гелия из побочных продуктов аммиачного производства/ В.Л. Бондаренко, О.Ю. Симоненко, О.В. Дьяченко// Холодильна технiка i технологiя. – 2007. – № 4 (108). – С. 18-26. Досліджено забезпечення процесу воднево-гелієвого концентрату.

15. Промышленные установки для комплексной очистки Галокарбонов / [В.Л. Бондаренко, О.В. Дьяченко, Ю.М. Симоненко и др.] // Холодильна технiка i технологiя. – 2007. – № 5 (109). – С. 30-33. Досліджені системи хладоснабжения установок очищення R14 и SF₆.

16. Дроссельные циклы ожижения неона в установках получения чистого неона и его изотопов / [В.Л. Бондаренко, Ю.М. Симоненко, О.В. Дьяченко и др.] // Технические газы. – 2007. – № 6. – С. 51-56. Виконані розрахункові дослідження і приведені результати оптимізації для різних типів зріджувачів неону.

17. Бондаренко В.Л. Дроссельные циклы ожижения неона на базе мембранных компрессоров / В.Л. Бондаренко, О.В. Дьяченко // Вестник МГТУ. Спецвыпуск «Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения». – Сер. «Машиностроение». - 2008. - С. 51-60. Виконані розрахункові дослідження і приведені результати оптимізації для різних типів зріджувачів неону.

18. Diachenko O.V. Application of Ammonia for Heat and Cold Supply Systems in Processes of Purifying Technical Gases / O.V. Diachenko, T.V. Diachenko // Frio-calor aire acondicinado. – Spain. – № 406. – Septembre 2008. – P. 20-24. Виконаний розрахунок системи теплохолодозабезпечення установки очищення R216 на різних холодоагентах.