METODA PINCH APLICATĂ ÎN INGINERIA CHIMICĂ

CURS 1

CONSIDERAŢII GENERALE PRIVIND METODA PINCH

Conceptul “pinch” a fost elaborat în perioada 1981 – 1984 de către prof. Bodo Linnhoff,

la Universitatea din Manchester, Institutul de Ştiinţă şi Tehnologie – UMIST – Anglia.

Tehnica, relativ simplă, este bazată pe un mijloc eficace de care pot dispune inginerii

chimişti pentru evaluarea pierderilor şi pentru găsirea căilor de perfecţionare a proceselor

tehnologice.

În prezent, metoda este aplicată mai ales pentru analiza proceselor şi de aceea se

consideră mai potrivită noţiunea “analiză pinch” decât “tehnologie pinch”.

Noţiunea de „pinch” este cunoscută şi utilizată în legătură cu variaţia temperaturilor

fluidelor care schimbă căldura între ele, într-un schimbător de căldură în contracurent. „Pinch”

se poate traduce prin strangulare, gâtuire sau ciupitură şi reprezintă în fond diferenţa minimă

de temperatură luată dintre fluide.

Ţintele care se urmăresc la aplicarea analizei pinch, la proiectarea sau la reproiectarea

reţelelor de schimbătoare de căldură, sunt :

Consumuri minime de utilităţi, calde şi reci, când se urmăreşte recuperarea maximă de

căldură;

Număr minim de aparate de schimb de căldură;

Aria totală de schimb de căldură minimă.

Schimbătoarele de căldură asigură recuperarea căldurii din fluxurile fierbinţi şi răcirea

produselor obţinute până la temperaturile maxime admise la depozitare.

În orice proces tehnologic există fluxuri calde şi fluxuri reci, care necesită răcire,

respectiv încălzire. Realizarea acestor operaţii de transfer de căldură se face, în viziunea

modernă, printr-un transfer de căldură integrat, într-o succesiune logică a fluxurilor, care

formează reţeaua de schimbătoare de căldură. Materia primă este adusă la nivelul termic necesar

desfăşurării procesului prin încălzire cu ajutorul agenţilor termici (abur, gaze de ardere) sau al

produselor rezultate în proces. Pe de altă parte, produsele obţinute în proces trebuie răcite în

vederea depozitării lor. Materia primă se încălzeşte întâi preluând căldură de la produse şi apoi în

cuptorul tubular, cu gaze de ardere sau în aparate de schimb de căldură, cu abur sau cu un alt

agent termic. În acest fel, o parte din conţinutul de căldură al produselor obţinute este transferată

materiei prime, prin urmare este regenerată în proces. Acest schimb de căldură conduce la un

consum mai mic de combustibil în proces şi la reducerea debitului de agent de răcire şi a energiei

consumate după răcirea produselor. Regenerarea căldurii se efectuează în schimbătoare de

căldură a căror suprafaţă creşte cu creşterea fluxului termic transferat, în timp ce aria de schimb

de căldură a răcitoarelor de produse se reduce.

Recuperarea sau regenerarea de căldură între fluxuri necesită, în primul rând,

identificarea tuturor fluxurilor calde şi reci care există.

Regenerarea de căldură reprezintă transferul de căldură de la produsele finale evacuate

din instalaţie către materia primă care alimentează instalaţia. Prin regenerare, se transportă

căldură din avalul în amontele sursei principale de căldură, prin circuitul de materie primă.

Exemple : preîncălzirea aerului de combustie cu ajutorul gazelor de ardere.

Recuperarea de căldură reprezintă transferul util de căldură de la produsele finale

evacuate din instalaţie către un flux secundar de fluid, de regulă din afara instalaţiei. Exemplu :

generarea de abur.

În cazul în care, conţinutul de căldură al fluxurilor calde ce urmează a fi răcite depăşeşte

necesarul de căldură pentru încălzirea fluxurilor reci, surplusul de energie ce rezultă trebuie

utilizat la un nivel termic cât mai ridicat posibil.

Dacă, din contră, conţinutul de căldură disponibil al fluxurilor calde este mai mic decât

necesarul de căldură pentru aducerea fluxurilor reci la nivelul termic cerut, este indicat ca

energia suplimentară ce trebuie introdusă să fie dată de o sursă cu nivel termic cât mai coborât

posibil.

Acestea sunt criteriile de bază ce trebuie avute în vedere în cazul alcătuirii unei reţele

de schimbătoare de căldură economice, în care recuperarea de căldură se corelează cu cheltuielile

de investiţie şi exploatare.