Методичні вказівки для вивчення учбових матеріалів по розділу «Вступ до пінч-аналізу» за курсом «Вступ до спеціальності», страница 8

Відмітимо, що всі цільові значення залежать від величини DT_min. Розглянемо ще раз рисунок 13. Початкові і кінцеві температури потоків зазвичай жорстко задаються технологічним регламентом процесу, який інтегрується.

Технологічний регламент – це сукупність правил, методів і порядку проведення технологічних операцій, що дозволяють початкову сировину переробити в товарний продукт. Спочатку регламенти з'явилися в області управління державою, у нашому випадку технологічний регламент визначає роботу процесів, установок, цехів і заводів. Так що має сенс говорити про технологічний регламент процесу, установки, цеху або заводу. Походить слово регламент від французького reglament, яке у свою чергу сходить до латинського regula (правило).

Жорстке завдання температур означає, що значення температур t_Н і t_Кв зображеннях потоків на ентальпійно-температурних діаграмах змінюватися не можуть. В той же час, значення цих температур спільно із значеннями потокової теплоємності СР визначають зміну потокової ентальпії (тепловмісту) технологічних потоків DН, яке не прив'язане жорстко до значень Н на ентальпійній осі. Тому зображення технологічних потоків ми можемо пересувати по осі Н. Розсуваючи холодний і гарячий потоки, ми збільшуємо значення DT_min в системі теплообміну. При цьому також збільшуються значення необхідних зовнішніх утиліт (рис. 14). Отже, росте і вартість споживаної енергії. Проте потужність рекуперації енергії із збільшенням DT_min знижується, а це призводить до зменшення вартості необхідного теплообмінного обладнання. Це зрозуміло, оскільки менша потужність передачі тепловій енергії вимагає меншої поверхні теплообміну, тобто зменшується або число теплообмінних апаратів, або зменшуються самі апарати. Отже, при збільшенні DT_min росте вартість споживаної енергії, але зменшується вартість теплообмінного обладнан

ня в рекуперативній системі.

Рисунок 14 – Ентальпійно-температурна діаграма технологічних потоків інтегрованої ХТС для різних значень DT_min. На малюнку а, значення DT_minменше, ніж на малюнку б (DT_min1< DT_min2), а значення потужності рекуперації більше (X > Y). 1 – гарячий потік;

2 – холодний потік. Пара – гаряча утиліта; ОВ – холодна утиліта; вертикальними стрілками показаний напрям теплового потоку при теплообміні в теплообміннику

Задача пінч-аналізу і полягає в тому, щоб визначити таке значення DT_min, при якому вартість експлуатації процесу виробництва (тобто сумарна вартість енергії та обладнання) буде мінімальною.

Методи пінч-аналізу, як і будь-які методи інтеграції процесів, є системними методами. Але слід відмітити, що, ще до теплової інтеграції, процес, який представлений на рисунку 1, був вже хіміко-технологічною системою (ХТС).

Як правило, в реактори ХТС надходять декілька початкових речовин, можливо, в одному потоці, в якому вони не взаємодіють, і лише в реакторі створюються умови для їх взаємодії. Взаємодія між елементами – одна з основних характеристик системи. Другою основною характеристикою є поява нових системних властивостей, яких немає в наявності у сукупності окремих елементів, з яких потім буде створена система.

У реакторі в наслідок взаємодії з'являється новий продукт, наприклад, у реактор поступають органічні речовини, які там перетворюються на пластичні маси, а потім формуються в авторучки, віконні рами та інше. Аналогічно виходять високооктанові бензини і реактивні палива з нафти, чи мінеральні добрива з хімічних речовин.

Але процес на рисунку 1, будучи хіміко-технологічною системою, не є системою теплоенергетичною.

Дійсно, холодний потік нагрівається зовнішньою гарячою утилітою, а гарячий технологічний потік охолоджується зовнішньою холодною утилітою. Коли ж ми організували теплову взаємодію між технологічними потоками, з'явилася нова інтеграційна властивість у процесі – зменшилося споживання енергії від зовнішньої утилітної системи без зниження продуктивності ХТС.

Таким чином, за допомогою установки теплообмінного апарату № 3, ХТС, зображену на рисунку 1, ми перетворили на теплоенергетичну систему, в якій відбувається як хімічна взаємодія між початковими речовинами, так і теплообмінна взаємодія між технологічними потоками.