Розподіл теплових потоків ХТС

У попередньому підрозділі було розглянуто принципи побудови, переміщення складових кривих технологічних процесів ХТС і визна­чена точка пінча, що знаходиться в точці торкання складових кривих.

У цій точці рушійні сили теплопередачі дорівнюють нулю, тому така ситуація фізично не здійсненна. Однак ця побудова має велике значен­ня, оскільки визначає абсолютну межу для кількості рекуперованої енергії в кожному конкретному випадку.

Складові криві, побудовані для реа­льного процесу, будуть перебувати в об­ласті найбільшого зближення по темпе­ратурній осі на відстані . Тому пінч-температура гарячих потоків відрізня­тиметься від пінч-температури холодних потоків (рис. 9.19).

Припущення, що економічно коректне значення відоме, до­зволяє зафіксувати відносне положення складових кривих, визначити цільові енергетичні значення і можливу рекуперацію теплової енергії. Оскільки значення повинне бути мінімальною різницею температур у системі, то, мабуть, мінімальна різниця темпе­ратур між теплоносіями на окремих апаратах не повинна бути мен­шою, ніж між складовими кривими.

З рис. 9.19 видно, що, пінч ділить рисунок на дві частини, розта­шування яких має певну симетрію відносно дівча. Така симетрія має глибокий фізичний зміст. Дійсно, в області нижче Пінча по темпера­турній або лівіше нього по ентальпійній осі теплова, енергія, спожива­на холодними потоками ХТС, повністю забезпечується рекуперацією енергії гарячих потоків. Решта теплової енергії гарячих потоків відво­диться до холодних теплоносіїв, на­приклад, холодній воді. Отже, ниж­че точки пінча процес знаходиться в тепловому балансі з мінімальним значенням холодних теплоносіїв (рис. 9.20). Теплова енергія при цьому відводиться до холодних теплоносіїв і не надходить сюди з зовні, тобто процес нижче пінча працює як джерело теплової енергії. Процес вище пінча по темпе­ратурній осі (рис. 9.20) знаходиться В тепловому балансі з мінімальним значенням гарячих теплоносіїв . Тут холодні потоки використовують всю теплоту гарячих пото­ків і додаткову теплоту зовнішніх джерел, тобто процес вище пінча працює як тепловий стік. Таким чи­ном, пінч ділить ХТС або розгляну­тий процес на дві енергетично неза­лежні підсистеми: тепловий стік і теплове джерело. Тепловий потік між цими системами дорівнює нулю, якщо вони перебувають у тепловому балансі зі своїми цільовими енерге­тичними значеннями (рис. 9.21). Слід зазначити, що в деяких випадках можлива передача тепла між підсистемами, на які пінч ділить ХТС, від гарячих потоків, що розташовані вище пінча, до теплових потоків, що знаходяться нижче пінна. Однак передача тепла від гарячих потоків з підсистеми, що зна­ходиться нижче пінча, холодним потокам з підсистеми, що розташована вище пінча, без порушення неможлива. Більш докладно питання перенесення тепла через пінч розглянуто в спеціальній літературі.

Якщо ХТС буде містити кілька десятків потоків, то працювати з такими системами буде дуже складно. Однак якщо розглядати тільки ті потоки, які необхідно нагріти або остудити, і відкинути все устаткування, за винятком теплообмінників, нагрівачів та охолодників, то ХТС може бути подана на сітковій діаграмі. Га­рячі потоки на сітковій діаграмі показують лініями, спрямованими зліва направо у верхній частині діаграми, а холодні потоки - лініями, спрямованими справа наліво у нижній частині діаграми (рис. 9.24).

Теплообмінні апарати між технологічними потоками зображу­ються двома колами на відповідних потоках. Кола з'єднані лінія­ми. Нагрівачі й охолодники зо­бражують одним колом, усередині якого проставляють літеру Н або О відповідно. Теплові наванта­ження звичайно проставляють нижче зображення теплообмін­ника, а температури потоків - вище відповідних ліній.

На сітковій діаграмі пінч зо­бражується однією або двома вер­тикальними лініями (рис. 9.25), що розділяють сіткову діаграму на дві частини, а саме: на потоки підсистем вище пінча (ліва частина діаграми) і нижче пінча (права частина діаграми). Оскільки пінч-температури гарячих і холодних потоків відрізняються на , то і на сітковій діаграмі поділ гарячих і холодних потоків відображується на їх пінч-температурах.

Направлені лінії (стрілки), що зображують технологічні потоки на сітковій діаграмі, рисують відповідно до зміни температури' пото­ків. У цьому випадку, при аналізі діючих ХТС, легко ідентифікувати теплообмінні апарати, за допомогою яких тепло переноситься поперек пінча, і виконувати проекти, забороняючи перенесення тепла через пінч (рис. 9.26).

Слід звернути увагу, що напря­мок технологічних потоків, зображе­них на сітковій діаграмі, є протилеж­ним напрямку складових кривих на температурно-ентальпійній діаграмі (рис. 9.27).

Якщо на сітковій діаграмі гарячі потоки зображуються такими, що йдуть зліва направо, то складова крива гаря­чих потоків на температурно-ентальпійній діаграмі має зворотний напрямок. Аналогічно і для холодних потоків.

Таке зображення потоків є істо­рично сформованою традицією при пінч-аналізі, оскільки техніка побудо­ви складових кривих і техніка побудо­ви сіткових діаграм розвивалися неза­лежно одна від одної.