Методичні вказівки для вивчення учбових матеріалів по розділу «Вступ до пінч-аналізу» за курсом «Вступ до спеціальності», страница 5

Альтернативно, теплообмінний апарат для двох теплоносіїв можна зобразити зв'язком між відрізками, які зображають потоки холодного і гарячого теплоносіїв (рис. 7б). Саме таке зображення теплообмінників і прийнято в пінч-анализі. Надалі Ви переконаєтеся, що воно зручніше для роботи. Традиційно, в пінч-анализі, гарячий потік зображується прямолінійним відрізком, який направлений зліва направо, а холодний справа наліво. Така побудова називається сітковою діаграмою, і може бути виконана для скільки завгодно складної теплообмінної мережі.

Мінімальна різниця температур між теплоносіями в теплообміннику, на рисунку 7, дорівнює 40 °С і це значення простіше побачити на сітковій діаграмі.

Теплова інтеграція технологічних процесів

Коротко познайомившись з конструкціями теплообмінних апаратів, які використовуються в промисловості, повернемося до розгляду технологічної схеми простого хіміко-технологічного процесу (рис. 1).

Представлення технологічних потоків

Технологічні потоки, які необхідно нагрівати перед подальшим використанням, називаються холодними потоками, а технологічні потоки, які вимагають охолоджування перед їх використанням, називаються гарячими потоками. У нашому випадку потік живлення реактора – це холодний потік, а потік продукту реактора – це гарячий потік.

Всі технологічні потоки процесу характеризуються деяким набором параметрів, які називаються потоковими даними. Сюди відносяться початкові і кінцеві температури потоків, їх витрата, потокова теплоємність, коефіцієнти тепловіддачі технологічних потоків до поверхні теплообміну.

Температури вимірюються в градусах. Витрата – це кількість речовини потоку, яка проходить через його поперечний перетин в одиницю часу, і оскільки в системі СІ за одиницю часу береться 1 секунда, то витрата вимірюється в кг/сек.

Потокова теплоємність – це величина потужності, яку необхідно підвести до потоку, щоб нагріти його на 1 градус, і визначається вона як добуток теплоємності речовини на його витрату:

,                                               (1)

де СР – потокова теплоємність, Вт/с; с – питома теплоємність речовини, Дж/(кг^оС; °G – витрата, кг/с. У теплотехніці величину СР іноді називають водним еквівалентом.

Коефіцієнт тепловіддачі потоку до поверхні теплообміну характеризує інтенсивність теплообміну потоку речовини з твердою стінкою та використовується для визначення необхідної площі поверхні теплообміну.

Зміна температури кожного технологічного потоку при теплообміні можна зобразити відрізком лінії на пласкій ентальпійно-температур-ній діаграмі. Для побудови такої діаграми вибирається пласка прямокутна система координат, на вертикальній вісі якої (вісі ординат) відкладається температура, а на горизонтальній вісі – вісі абсцис, відкладається зміна тепловмісту потоку, тобто величина потужності, яка підводиться до потоку, або відводиться від нього при теплообміні.

Під зміною тепловмісту певної кількості речовини розуміють зміну його внутрішньої теплової енергії. Для зміни теплової енергії потоку необхідно до кожної порції речовини, яка протікає, підводити енергію, тобто енергія повинна підводитися постійно. А це означає, що для зміни тепловмісту технологічного потоку необхідно говорити про підведення теплової потужності до потоку, тобто деякої кількості енергії в кожну одиницю часу.

У випадках, що розглядаються нами, ентальпія потоку буде синонімом терміну тепловміст потоку. Тому вісь абсцис, на якій відкладатимемо зміну тепловій енергії потоку, називатимемо ентальпійною віссю.

Холодний потік на ентальпійно-температурній діаграмі можна зобразити прямолінійним відрізком, спрямованим від його початкової температури до його кінцевої температури (рис. 8).

Потужність, яку необхідно передавати потоку для того, щоб нагріти його від початкової температури t_Н до кінцевої температури t_К, визначиться виразом

                                        (2)

де СР – потокова теплоємність.