Методичні вказівки для вивчення учбових матеріалів по розділу «Вступ до пінч-аналізу» за курсом «Вступ до спеціальності», страница 6

Для того, щоб гарячий потік охолодити від температури t_Н до температури t_К від нього за допомогою теплообміну з холодним потоком необхідно відводити потужність, рівну  і гарячий потік на ентальпійно-температурній діаграмі можна зобразити прямолінійним відрізком, направленим від вищої початкової температури до нижчої кінцевої температури (рис. 9).

Використовуючи введені поняття і позначення можна побудувати ентальпійно-температурну діаграму теплоносіїв в одиночному теплообміннику (рис. 10).

Якщо нехтувати тепловими втратами в навколишнє середовище, то із закону збереження енергії виходить, що потужність теплової енергії, яку гарячий теплоносій віддає стінці каналу, дорівнює потужності теплового потоку, який передається холодному теплоносію стінкою каналу, тобто зміна тепловмісту DН в обох потоках теплоносія в теплообміннику однакова.

Під тепловим потоком розуміють кількість теплової енергії, яка передається через деяку поверхню протягом одиниці часу, в системі СІ 1-ої секунди.

Різний нахил діаграм потоків визначається різними значеннями їх потокових теплоємностей.

У нашій початковій хіміко-технологічній системі (рис. 1) існує лише два технологічні потоки. Потік сировини – холодний потік, і потік продукту – гарячий потік.

Потокова таблиця

Дані, які характеризують технологічні потоки процесу або установки заносяться в таблицю, яка називається потоковою таблицею [4–7] (таблиця). У таблиці вказують: тип потоку (холодний або гарячий), його початкова і кінцева температури, потокова теплоємність, зміна тепловмісту потоку, коефіцієнт тепловіддачі. Для спеціальних потоків можуть бути вказані і інші характеристики. Наприклад, при зміні потоком агрегатного стану, може бути вказана прихована теплота фазового переходу.

Таблиця – Потокова таблиця для технологічної схеми, яка показана на рисунку 1

№	Тип	tН °С	tК °С	СР, кВт/°С	DН, кВт	a, кВт/(м2°С)×
1	хол.	80	200	Ср1	DН1	a1
2	гор.	200	90	Ср2	DН2	a2

Перший потік – потік живлення реактора нагрівається зовнішнім гарячим теплоносієм – парою. Потужність теплового потоку від пари до технологічного потоку №1, щоб нагрівати його від t_Н = 80 °С до t_К = 200 °С, дорівнює А кВт, тобто в нашому випадку, як слідує із (2) DН₁ = А = СP₁(200–80) кВт.

Другий потік – потік продукту реактора охолоджується зовнішнім холодним теплоносієм, в даному випадку водою, що охолоджує.

Теплова потужність охолоджування дорівнює B кВт, тобто ми можемо для гарячого потоку записати DН₂= B = СP₂(200–90) кВт.

За допомогою потокової таблиці ми легко можемо зобразити зміну температури технологічних потоків при зміні їх внутрішньої енергії на ентальпійно-температурній діаграмі. У нашому випадку ентальпійно-температурна діаграма для двох потоків технологічної схеми, яка представлена на рисунку 1, показана на рисунку 11.

Ентальпійно-температурна діаграма потоків 1 і 2 з потокової таблиці (таблиця) виразно показує, що холодний потік нагрівається зовнішнім енергоносієм, який ще називається гарячою утилітою, а гарячий потік охолоджується зовнішнім холодним теплоносієм, який по-іншому можна назвати холодною утилітою. У даному випадку гарячою утилітою є пара, а холодною утилітою є вода, що охолоджує.

На діаграмі ми бачимо, що температура гарячого потоку залишається вищою за температуру холодного потоку протягом всього процесу його нагріву. Це означає, що ми можемо організувати підігрів холодного технологічного потоку за допомогою його теплообміну з гарячим технологічним потоком в додатковому теплообмінному апараті.

 

Рисунок 11 – Проект простої ХТС без теплоенергетичної інтеграції процесу  а – технологічна схема процесу; б – ентальпійно-температурна діаграма технологічних потоків процесу. 1 – гарячий технологічний потік (продукт охолоджується в теплообміннику 2); 2 – холодний технологічний потік (живлення нагрівається в теплообміннику 1). Пара – гаряча утиліта, подається в теплообмінник 1, ОВ – холодна утиліта подається в теплообмінник 2