ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Синтез теплообменно-регенеративных систем из "Принципы создания безотходных химических производств" При создании безотходных производств особое значение приобретает утилизация вторичных энергоресурсов, образующихся при осуществлении химико-технологических процессов. Рациональное использование вторичных энергоресурсов способствует значительному снижению эксплуатационных затрат на топливо и максимальному уменьшению теплового загрязнения окружающей среды. [c.76] Задача синтеза теплообменной системы (ТС) в общем случае формулируется следующим образом [13] необходимо определить структуру технологических связей между теплообменными аппаратами заданного типа, а также размеры поверхностей теплообмена каждого аппарата разрабатываемой теплообменной системы, которые обеспечивают выполнение требуемой операции рекуперативного теплообмена между исходными т горячими и п холодными технологическими потоками при минимальном критерии эффективности. [c.76] С точки зрения термодинамики критерием эффективности может служить значение потерь эксергии [34, 35]. [c.77] Задача синтеза теплообменных систем решается путем формирования множеств возможных комбинаций исходных горячих и холодных потоков для проведения физически реализуемых операций теплообмена в теплообменном аппарате. Результирующие потоки, которые могут быть получены в процессе рекуперативного теплообмена исходных потоков, также могут обмениваться теплом с другими результирующими и исходными потоками. При необходимости для достижения заданных конечных температур в теплообменных системах могут быть использованы вспомогательные тепло- и хладоагенты. [c.77] Методы синтеза теплообменных систем включают, как правило, следующие три основных этапа 1) декомпозицию исходной задачи синтеза тепловой системы на совокупность подзадач меньшей размерности, включающих варианты теплообмена между исходными и результирующими потоками 2) проверку физической реализуемости и расчета каждого варианта теплообмена, т. е. определение конструкционных и технологических параметров теплообменников, а также приведенных затрат на рассматриваемый вариант теплообмена 3) решение некоторой экстремальной задачи. [c.77] Определение структуры взаимосвязей технологических потоков неразрывно связано с распределением тепловой нагрузки в системе по теплообменникам. Тепловая нагрузка теплообменника или количество тепла, переданное водном аппарате, определяется либо на основе концепции передачи максимально возможного количества тепла (Qmax) в теплообменнике, либо из условия равенства передаваемого количества тепла в каждом теплообменном аппарате (Qkmin), либо на основе декомпозиции исходных потоков на тепловые элементы ( ,) с целью линеаризации зависимостей технологических параметров от свойств потоков и температур потоков. [c.77] Условие передачи максимального количества тепла в каждом теплообменнике, определенное через минимально возможное сближение температур, приводит к синтезу ациклических структур технологических схем ТС. [c.78] Эвристики на каждом этапе синтеза выбирают по методу статистического моделирования с использованием генератора случайных чисел. [c.78] Другим возможным распределением тепловой нагрузки в теплообменной системе является передача равного количества тепла в каждом теплообменнике. При этом используется интегральногипотетический принцип синтеза химико-технологических систем и задача синтеза ТС формулизуется как задача о назначениях. Оптимальная структура ТС определяется путем выбора оптимального варианта из гипотетической обобщенной технологической схемы, включающей совокупность всех альтернативных вариантов теплообменных систем. [c.78] Разделение исходных технологических потоков на тепловые элементы влечет за собой увеличение числа теплообменников и, следовательно, увеличение критерия эффективности, а также увеличение размерности задачи о назначениях. Для уменьшения размерности задачи о назначениях необходимо увеличить тепловую нагрузку аппарата (Qfemm) ДО максимально возможной. При разработке каждого альтернативного варианта используются следующие технологические предпосылки i[36]. [c.79] Результирующие потоки — потоки, которые могут быть получены в процессе последовательного теплообмена исходных технологических потоков. Массовые расходы результирующих потоков равны массовым расходам соответствующих исходных потоков. Выделим два вида результирующих потоков — промежуточные и дополнительные. [c.80] Дополнительные потоки — результирующие потоки, остаточное тепло которых соответствует остаточному теплу исходных технологических потоков и может быть рекуперировано в теплообменной системе путем использования только тепло- и хладоагентов. [c.80] В общем случае синтезируемая теплообменная система может состоять из совокупности внутренней и внещней подсистем. Внутреннюю подсистему образуют рекуперативные теплообменники, в которых идет взаимный теплообмен между исходными и промежуточными потоками. Внешнюю подсистему образуют вспомогательные теплообменники, в которых идет теплообмен исходных и результирующих потоков с потоками хладоагентов. [c.81] При решении задачи о назначениях, отображающей внутреннюю и внешнюю подсистемы теплообменной системы, можно получить смешанно-комбинированные структуры, содержащие расположенные в произвольном порядке (рекуперативные теплообменные аппараты, холодильники и нагреватели, что в ряде случаев позволяет получить теплообменную систему с меньшими значениями критерия оптимальности. [c.81] При использовании интегрально-гипотетического принципа синтеза систем для решения задачи синтеза теплообменной системы могут быть получены как ациклические, так и циклические структуры технологических схем, теплообменные аппараты в которых, как правило, унифицированы в одном ряду типоразмеров. [c.82] После синтеза оптимальной структуры теплообменной системы и определения технологических и конструкционных параметров теплообменных аппаратов, входящих в эту схему, анализируется синтезированная схема теплообменной системы. Для каждого теплообменника рассчитываются скорректированные выходные температуры потоков, обусловленные выбором стандартного аппарата с учетом коэффициента запаса поверхности. Если в результате анализа рассчитанные выходные температуры исходных потоков отличаются от заданных, следует синтезировать систему теплообменников при новых значениях тепловых нагрузок и минимально возможном сближении температур на концах аппарата. [c.82] Вернуться к основной статье