Методичні вказівки для вивчення учбових матеріалів по розділу «Вступ до пінч-аналізу» за курсом «Вступ до спеціальності»

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ З КУРСУ «ВСТУП ДО СПЕЦІАЛЬНОСТІ»

ВСТУП ДО ПІНЧ-АНАЛІЗУ

для студентів хіміко-технологічних спеціальностей всіх форм навчання

Затверджено

редакційно-видавничою радою університету, протокол № 3 від 28.02.09

Харків НТУ «ХПІ» 2010

Методичні вказівки для вивчення учбових матеріалів по розділу «Вступ до пінч-аналізу» за курсом «Вступ до спеціальності» для студентів хіміко-технологічних спеціальностей усіх форм навчання / Уклад. Товажнянський Л.Л., Ульєв Л.М. – Харків: НТУ «ХПІ», 2010. – 40 с.

Укладачі: Л.Л. Товажнянський, Л.М. Ульєв

Рецензент: В.Є. Ведь

Кафедра інтегрованих технологій, процесів та апаратів

Зміст

Актуальність і коротка історія виникнення............................................ 4

Основні поняття пінч-аналізу.................................................................... 6

Теплообмінні апарати........................................................................ 8

Теплова інтеграція технологічних процесів.......................................... 15

Представлення технологічних потоків........................................... 16

Потокова таблиця........................................................................... 19

Теплова інтеграція технологічних потоків..................................... 21

Основні ідеї пінч-аналізу.......................................................................... 27

Застосування пінч-аналізу....................................................................... 33

Список літератури.................................................................................... 37

Актуальність і коротка історія виникнення

Інтеграція України в світову економіку і європейський вибір народу України, який набув підтримки індустріально розвинених країн, передбачає досягнення рівня життя і енергоефективності економіки країн Європейської Співдружності.

В даний час енергетична і екологічна ситуація в Україні критична, перш за все внаслідок того, що самозабезпечення держави енергоресурсами складає ~ 37 %, а викиди шкідливих речовин складають 60 млн. т. на рік, що включає 20 млн. т. емісії в атмосферу.

Промислові підприємства споживають 45–50 % енергоресурсів, що використовує держава, і є основними джерелами шкідливих речовин і парникових газів. Особливо несприятливі в цьому відношенні промислові регіони України, де рівень викидів досягає величини 110 т/км² у рік через підвищену концентрацію промислових підприємств.

Питоме енергоспоживання в промисловості України в 2–3 рази вище, ніж в економічно розвинених країнах, що свідчить про наявність великого енергозберігаючого потенціалу на промислових підприємствах, а також про можливість зменшення техногенного навантаження на навколишнє середовище.

Шляхи і методи використання можливостей енергозбереження і зниження техногенного навантаження відомі, і в останні два десятиліття набули широкого поширення в індустріально розвинених країнах. Перш за все, це методи інтеграції процесів і, зокрема, метод пінч-аналізу.

Використання методів пінч-аналізу особливо ефективно на промислових підприємствах, що застосовують хіміко-технологічні засоби переробки і виробництва продуктів. До цих підприємств відносяться нафтопереробні та коксохімічні заводи, заводи по виробництву фарбників і мінеральних добрив, цукрові заводи і жиркомбінати. Всі ці підприємства належать до найбільш енергоємних галузей промисловості, та саме для них і створювалися методи пінч-аналізу.

При проектуванні промислових виробництв існує дві основні задачі. По-перше – це проектування окремих апаратів, а по-друге – це створення загальної системи таких апаратів, яка і є підприємством, що виробляє продукт при споживанні енергії та природних ресурсів. Ресурси – це ті речовини, які переробляють в товарний продукт, а для переробки і використовується енергія.

Економічний ефект, у тому числі і ефект енергозбереження, що отримується від вдосконалення окремих апаратів виробництва, як правило, в десятки разів менше ефекту, що одержується від вдосконалення всієї структури виробництва, тобто створення найбільш вигідних зв'язків між апаратами. Ось цим і займається пінч-аналіз.

У період першої енергетичної кризи 70-х років XX століття почали розвиватися високоефективні методи ресурсо- та енергозбереження – методи інтеграції процесів, до яких і належить пінч-аналіз. В даний час у всьому світі широко застосовуються методи пінч-аналізу і пінч-проектування для вдосконалення промислових виробництв.

Вперше техніка пінч-аналізу була представлена в роботах Б. Ліннхоффа і Дж. Р. Флоувера – співробітників Швейцарського федерального технологічного інституту (ETH Zurich) і Лідського університету (Leeds University) в 1978 і 1979 роках [1–3]. Перші промислові застосування пінч-методів були виконані в Імперському хімічному тресті (Imperial Chemical Industries, ICI plc). Потім дослідження в даному напрямку розвивалися під керівництвом професора Бодо Ліннхоффа на кафедрі інтеграції процесів Університету манчестерського інституту науки і технології (UMIST, в даний час - це частина школи хімічної технології і аналітичної науки Манчестерського університету).