Параграф 29. Общие требования по проектированию ресурсосберегающего технологического оборудования.
Ускорение темпов роста производительности труда на основе совершенствования техники и технологии производства, экономии материальных и энергетических ресурсов и улучшение качества выпускаемой продукции невозможно без создания высокоэффективных машин и аппаратов, современных технологических процессов и их внедрения в промышленность.
Проектируя подобное технологическое оборудование, необходимо помнить, что целью является оптимальное с технической и экономической точек зрения решение. Чтобы процесс был наиболее экономичным, он должен проходить возможно быстрее на всех этапах при максимальном использовании сырья, минимальных затратах энергии и как можно более высоком выходе с единицы объема оборудования. В таблице 22.1 приводятся основные технические требования к конструкции такого типа оборудования.
Таблица 29.1 ‒ Основные требования к конструкции технологического оборудования
| Показатель работы оборудования | Требования к конструкции с точки зрения различных дисциплин | |
| ПАХП | ТОЭРС | |
| Поверхность контакта между фазами сред | большая | большая |
| Внешняя поверхность | малая | малая |
| Движущая сила | большая | малая |
| Интенсивность обмена между средами | высокая | высокая |
Из таблицы следует, что требования к обеспечиваемой в оборудовании движущей силе различны. Небольшая движущая сила необходима для повышения эффективности использования энергетических ресурсов. Снижение движущей силы ведет к увеличению размеров оборудования и увеличению потерь энергии через внешнюю поверхность. Поэтому наибольший эффект достигается при разумном уменьшении движущей силы.
С целью облегчения процедуры проектной оптимизации необходимо иметь на вооружении так называемые «13 руководящих принципов проектирования на основе второго закона термодинамики». В большинстве случаев эти принципы используются при термоэкономическом анализе и оптимизации теплообменных аппаратов.
1. Избегать чрезмерно больших или чрезмерно малых значений движущих сил проведения процесса.
2. Ограничить или вовсе избегать случаи движения по одному каналу потоков с различными температурами, давлением и химическим составом.
3. Не отказываться категорически от использования каких-либо внешних источников тепла или охлаждения для гарантированного обеспечения заданных температур потоков. Однако здесь следует помнить, что использование внешних источников тепла или охлаждения подразумевает дополнительные эксплуатационные расходы, которые длжны быть учтены при определении стоимости всей системы.
4. Избегать случаев нагрева охлажденных потоков и охлаждения нагретых.
5. При наличии выбора потоков для создания системы регенеративного теплообмена необходимо объединять такие потоки, для которых температура выхода одного потока максимально приближена к температуре входа другого.
6. Эффективность процесса теплообмена тем выше, чем ближе полные теплоемкости потоков.
7. Ограничить использование промежуточных теплоносителей для осуществления теплообмена между двумя потоками.
8. Чем больше разность между температурой нагреваемого (охлаждаемого) потока и температурой окружающей среды, тем важнее роль нагрева (охлаждения). С точки зрения эксергетического анализа этот принцип может быть переформулирован следующим образом: эксергетическая ценность процесса нагрева (охлаждения) увеличивается с отклонением температурного уровня от среднего значения.
9. Экономическая эффективность работы теплообменного аппарата обратно пропорциональна термодинамической.
10. Ограничить случаи дросселирования рабочего вещества перед регенеративным теплообменником.
11. При наличии больших массовых расходов рабочего вещества для создания системы регенеративного теплообмена появляется возможность добиться максимальной обратимости теплообменных процессов.
12. При проведении проектной оптимизации необходимо использовать упрощенный эксергетический метод. Согласно этому принципу на стадии проектного анализа и оптимизации можно принять потери эксергии равными нулю.
13. В практической работе инженер-проектировщик должен использовать только те методы, основанные на втором законе термодинамики, которые являются актуальными при решении конкретной задачи. Другие методы могут быть «временно забыты».
В качестве основных экономических требований, соблюдение которых приводит к появлению нового ресурсосберегающего оборудования или к функционированию старого оборудования в ресурсосберегающем режиме работы, могут выступать следующие положения:
1) экономить нужно в первую очередь то, что обходится дороже;
2) экономить нужно то, что можно сэкономить при минимальных затратах;
3) снижать потери нужно там, где они аномально велики (находить энергетические дыры).
Необходимо отметить, что некоторые технические и экономические требования часто исключают друг друга. В этом случае надо находить компромисс с учетом экологических, социальных и других факторов.
Список использованной литературы
1. Бескоровайный, В.В. Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения: учеб пособ. / В.В. Бескоровайный, А.Г. Фомичев, В.В. Шелгунов. ‒ 1-е изд. ‒ Тверь: ТГТУ, 2009. ‒ 96 с.
2. Бродянский, В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа: монография / В.М. Бродянский. – М.: «Энергия», 1973. – 296 с.
3. Бродянский, В.М. Эксергетический метод и его приложения: монография / В.М. Бродянский, В. Фратшер, К. Михалек. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 288 с.
4. Калекин, В.С. Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии: учеб. пособ. / В.С. Калекин. – 2-е изд., перераб. и доп.. – Омск.: Изд-во ОмГТУ, 2006. – 92 с.
5. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учеб. для вузов / А.Г. Касаткин. – 14-е изд., стер. – М.: Альянс, 2008. – 750 с.
6. Кафаров, В.В. Принципы создания безотходных химических производств: монография / В.В. Кафаров. – М.: Химия, 1982. – 288 с.
7. Кручинин, М.И. Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения. Эксергетический анализ теплообменных аппаратов: учеб. пособ. / М.И. Кручинин, Е.М. Шадрина. – Иваново.: Изд-во Иван. гос. хим.- технол. ун-т., 2007. – 44 с.
8. Кутепов, А.М. Общая химическая технология: учеб. для техн. вузов / А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. – 2-е изд., испр. и доп.. – М.: Высшая школа, 1990. – 520 с.
9. Лейтес, И.Л. Теория и практика химической энерготехнологии: монография / И.Л. Лейтес, М.Х. Сосна, В.П. Семенов. – М.: Химия, 1988. – 280 с.
10. Методы термодинамического анализа энергохимико-технологических систем: учеб пособ. / Г.Н. Злотин [и др.]. – Волгоград: ГОУ ВПО ВолгГТУ, 1995. – 75 с.
11. Морозюк, Т.В. Теория холодильных машин и тепловых насосов: учеб. для вузов / Т.В. Морозюк. – Одесса.: Студия «Негоциант», 2006. – 712 с.
12. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. В 2 кн.: учебник. Кн. 2 / В.Г. Айнштейн [и др.]. – М.: Логос: Высш. школа, 2002. – 872 с.
13. Рабочая программа по дисциплине «Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения». Образовательный стандарт по специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств» (код ОКСО 240801). Составитель к.т.н., доцент С.А. Трусов.
14. Разуваев, А.В. Ресурсосбережение в машиностроении: учеб. пособ. / А.В. Разуваев. – Старый Оскол: ТНТ, 2011. – 182 с.
15. Рей, Д. Тепловые насосы: монография / Д. Рей, Д. Макмайкл. ‒ пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 224 с.
16. Сажин, Б.С. Основы техники сушки: монография / Б.С. Сажин. – М.: Химия, 1984. – 320 с.
17. Сажин, Б.С. Эксергетический метод в химической технологии: монография / Б.С. Сажин, А.П. Булеков. – М.: Химия, 1992. – 208 с.
18. Сажин, Б.С. Эксергетический анализ работы промышленных установок: монография / Б.С. Сажин, А.П. Булеков, В.Б. Сажин. – М.: Изд-во Моск. гос. тексильн. ун-т. им. А.Н. Косыгина, 2000. – 297 с.
19. Степанов, В.С. Анализ энергетического совершенства технологических процессов (методы исследования уровня энергоиспользования и резервов экономии энергоресурсов): монография / В.С. Степанов. ‒ Новосибирск: «Наука», 1984. ‒ 274 с.
20. Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии: учеб. пособ. / О.А. Тишин, В.Н. Харитонов, Н.Ц. Гатапова, А.Н. Колиух. ‒ Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. ‒ 92 с.
21. Курс лекций по дисциплине «Теоретические основы ресурсосбережения в химической технологии» для специальности 240801.65 ‒ Машины и аппараты химических производств.
22. Чечеткин, А.В. Теплотехника: учеб. для хим.-технол. спец. вузов / А.В. Чечеткин, Н.А. Занемонец. ‒ М.: Высшая школа, 1986. ‒ 344 с.
23. Шаргут, Я Эксергия: монография / Я. Шаргут, Р. Петела. ‒ М.: «Энергия», 1968. ‒ 289 с.
24. Энергоэкономические аспекты химико-технологических систем: учеб. пособ. / С.Н. Михайлов [и др.]. – Казань.: Изд-во КГТУ, 2000. – 114 с.
25. Янтовский, Е.И. Промышленные тепловые насосы: монография / Е.И. Янтовский, Л.А. Левин. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 128 с.