Деление тепловых потоков ХТС

В предыдущем разделе были рассмотрены принципы построения, перемещения составных кривых технологических процессов ХТС и определена точка пинча, которая находится в точке касания составных кривых.

В этой точке движущие силы теплопередачи равны нулю, поэтому такая ситуация физически не осуществима. Однако это построение имеет большое значение, так как определяет абсолютный предел для количества рекуперируемой энергии в каждом конкретном случае.

Составные кривые, построенные для реального процесса, будут находиться в области наибольшего сближения по температурной оси на расстоянии DТ_min. Поэтому температура пинч горячих потоков будет отличаться от температуры пинча холодных потоков (рис. 9.19).

Предположение, что величина экономически корректного значения DТ_min известна, позволяет зафиксировать относительное положение составных кривых, определить целевые энергетические значения , и возможную рекуперацию тепловой энергии. Поскольку значение DТ_min должно быть минимальной разностью температур в системе, то, очевидно, минимальная разность температур между теплоносителями на отдельных аппаратах не должна быть меньше, чем DТ_min между составными кривыми.

Из рисунка 9.19 видно, что пинч делит рисунок на две части, расположение которых обладает определенной симметрией относительно пинча. Такая симметрия имеет глубокий физический смысл. Действительно, в области ниже пинча по температурной или левее его по энтальпийной оси тепловая энергия, потребляемая холодными потоками ХТС, полностью обеспечивается рекуперацией энергии горячих потоков. Оставшаяся часть тепловой энергии горячих потоков отводится к холодным теплоносителям, например, холодной воде. Следовательно, ниже точки пинча процесс находится в тепловом балансе с минимальным значением холодных теплоносителей (рис. 9.20). Тепловая энергия при этом отводится к холодным теплоносителям и не поступает сюда извне, т.е. процесс ниже пинча работает как источник тепловой энергии.

Рисунок 9.19 – Диаграмма составных кривых реального процесса

Рисунок 9.20 – Диаграмма разделения ХТС на тепловой источник и тепловой сток

Рисунок 9.21 – Диаграмма составных кривых в отсутствие переноса теплоты через пинч

Процесс выше пинча по температурной оси (см. рис. 9.20) находится в тепловом балансе с минимальным значением горячих теплоносителей . Здесь холодные потоки используют всю теплоту горячих потоков и дополнительную теплоту внешних источников, т.е. процесс выше пинча работает как тепловой сток. Таким образом, пинч делит ХТС или рассматриваемый процесс на две энергетически независимые подсистемы: тепловой сток и тепловой источник. Тепловой поток между этими системами равен нулю, если они находятся в тепловом балансе со своими целевыми энергетическими значениями, (рис. 9.21).

Следует отметить, что в некоторых случаях возможна передача теплоты между подсистемами, на которые пинч делит ХТС, от горячих потоков, находящихся выше пинча, к тепловым потокам, находящимся ниже пинча. Однако передача теплоты от горячих потоков из подсистемы, находящейся ниже пинча, холодным потокам из подсистемы, находящейся выше пинча, без нарушения DТ_min невозможна. Более подробно вопросы переноса теплоты через пинч рассмотрены в специальной литературе.