proiect metoda pinch aplicata in industria chimica(1)
DESCRIPTION
proiectTRANSCRIPT
UNIVERSITATEA PETROL ŞI GAZE DIN PLOIEŞTI
FACULTATEA TEHNOLOGIA PRELUCRĂRII PETROLULUI ŞI PETROCHIMIE
MASTER INGINERIE CHIMICĂ ASISTATĂ DE CALCULATOR PENTRU RAFINĂRII ŞI
PETROCHIMIE
PROIECT
METODA PINCH APLICATĂ ÎN INDUSTRIA
CHIMICĂ
Varianta 2
Coordonator ştiinţific:
Şef Lucr. dr.ing. Loredana Negoiţă
Masterand: Neagu Maria-Mirabela
2014
2
CUPRINS
1. Introducere .......................................................................................................................................... 3
2. Date de proiectare ............................................................................................................................... 4
3. Proiectarea reţelei de schimbătoare de căldură ............................................................................. 10
4. Calculul ariei necesare transferului termic .................................................................................... 14
5. Diagrama capacităţi calorice – temperatură .................................................................................. 17
6. Curba compusă globală .................................................................................................................... 18
7. Calculul economic pentru o reţea sintetizată de schimbătoare de căldură ................................. 21
8. SIMULAREA ÎN ASPEN HX-NET ................................................................................................ 23
9. Concluzii ............................................................................................................................................. 48
10. Bibliografie ....................................................................................... Error! Bookmark not defined.
3
1. Introducere
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 condiţiile crizei energetice analiza pinch a fost utilizată mai ales,pentru recuperarea maximă de
căldură, rezultatul fiind reducerea, sau dacă se poate, chiar eliminarea consumului de utilităţi (abur, apă
de răcire, combustibil).
În prezent, metoda este amplificată mai ales pentru analiza proceselor şi de aceea se consideră mai
potrivită noţiunea „analiza pinch” decât „tehnologia pinch”.
Noţiunea de „pinch” este cunoscută şi utilizată în legătură cu variaţia temperaturilor fluidelor care
schimbă căldură 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.
Schimbătoarele de căldură asigură recuperarea căldurii din fluxurile fierbinţi şi răcirea produselor
obţinute până la temperaturile maxime admise la depozitare.
În cazul în care, conţinutul de căldură al fluidelor 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 nivel termic cerut, este indicat ca energia suplimentară ce
trebuie introdusă cu nivel termic cât mai coborât posibil.
4
2. Date de proiectare
Se consideră o instalaţie tehnologică în care trei fluxuri calde trebuie să fie răcite şi două fluxuri
reci trebuie să fie încălzite. Pentru toate fluidele se cunosc capacităţile calorice şi temperaturile
corespunzătoare intrării, respectiv ieşirii din schimbătoare. Acestea sunt prezentate în tabelul 2.1:
Tabel 2.1. Caracteristicile fluxurilor calde şi reci
FLUXURI
Capacitatea calorică
CkW o/
Temperatura de intrare
Co
Temperatura de ieşire
Co
Fluxul cald 1C 25 150 50
Fluxul cald 2C 14 200 75
Fluxul cald 3C 30 250 100
Fluxul rece 1R 20 50 175
Fluxul rece 2R 40 80 150
Reprezentarea grafică a fluxurilor şi trasarea curbelor compuse
În funcţie de temperaturi se reprezintă grafic fluxurile existente conform schemei din figura 2.1.
Fig. 2.1. Reprezentarea grafică a fluxurilor existente
0
1
2
3
4
5
6
0 50 100 150 200 250 300
Temperatura, °C
C1
C2
C3
R1
R2
5
Pentru fluxurile calde şi reci se întocmesc tabelele 2.2 şi 2.3 în care sunt evidenţiate fluxurile
termice cedate respectiv primite pe zone înguste.
Tabel 2.2. Stabilirea fluxurilor termice cedate
, o
CT C
1C 2C 3C
321 CCC QQQ
kW
CQ
kW
Punct
pe
curbă kWQC1 kWQC2
kWQC3
50 0 A
625 625
75 625 B
625 350 975
100 1600 C
1250 700 1500 3450
150 5050 D
700 1500 2200
200 7250 E
1500 1500
250 8750 F
TOTAL 2500 1750 4500 8750
Tabel 2.3. Stabilirea fluxurilor termice primite
, o
RT C
1R 2R 21 RR QQ
kW
CQ
kW
Punct pe
curbă kWQR1 kWQR2
50 0 M
600 600
80 600 N
1400 2800 4200
150 4800 O
500 500
175 5300 P
TOTAL 2500 2800 5300
6
În figura 2.2. sunt reprezentate cele două curbe (CCFC şi CCFR) prin punctele A, B, C, D, E, F
respectiv prin punctele M, N, O, P. În coordonate t-Q, punctului A, respectiv punctului M îi corespunde
punctul 0Q .
Deorece CCFR este situată parţial deasupra CCFC, aceasta se va translata până la stabilirea pinch-
ului (∆𝑡𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑝𝑢𝑠 = 10℃).
Se duc verticale prin punctele M, C, N, D, O, P şi se stabilesc pe abcisă, pe scara lui Q, prin
diferenţă, fluxurile termice caracteristice: fluxul termic cedat prin răcirea fluidelor calde către agentul de
răcire exterior (apă), 𝑄𝑟𝑎𝑐𝑖𝑟𝑒, fluxul termic regenerat 𝑄𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑟𝑒.
S-au notat cu M’, C’, N’, D’, O’ şi P’ temperaturile necunoscute de pe verticalele trasate, acestea
fiind calculate prin următoarele bilanţuri termice:
(𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝑃′ − 𝑡𝑂′) = 𝑅1 ∙ (𝑡𝑃 − 𝑡𝑂)
𝑡𝑂′ = 𝑡𝑃′ −𝑅1 ∙ (𝑡𝑃 − 𝑡𝑂)
(𝐶2 + 𝐶3)= 185 −
20 ∙ (175 − 150)
(14 + 30)
𝑡𝑂′ = 173,64℃
(𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝑂′ − 𝑡𝐷) = (𝑅1 + 𝑅2) ∙ (𝑡𝑂 − 𝑡𝐷′)
𝑡𝐷′ = 𝑡𝑂 −(𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝑂′ − 𝑡𝐷)
(𝑅1 + 𝑅2)= 150 −
(14 + 30) ∙ (173,64 − 150)
(20 + 40)
𝑡𝐷′ = 132,67℃
(𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝐷 − 𝑡𝑁′) = (𝑅1 + 𝑅2) ∙ (𝑡𝐷′ − 𝑡𝑁)
𝑡𝑁′ = 𝑡𝐷 −(𝑅1 + 𝑅2) ∙ (𝑡𝐷′ − 𝑡𝑁)
(𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3)= 150 −
(20 + 40) ∙ (132,67 − 80)
(25 + 14 + 30)
𝑡𝑁′ = 104,20℃
(𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝑁′ − 𝑡𝐶) = 𝑅1 ∙ (𝑡𝑁 − 𝑡𝐶′)
𝑡𝐶′ = 𝑡𝑁 −(𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝑁′ − 𝑡𝐶)
𝑅1= 80 −
(25 + 14 + 30) ∙ (104,20 − 100)
20
𝑡𝐶′ = 65,50℃
(𝐶1 + 𝐶2) ∙ (𝑡𝐶 − 𝑡𝑀′) = 𝑅1 ∙ (𝑡𝐶′ − 𝑡𝑀)
𝑡𝑀′ = 𝑡𝐶 −𝑅1 ∙ (𝑡𝐶′ − 𝑡𝑀)
(𝐶1 + 𝐶2)= 100 −
20 ∙ (65,50 − 50)
(25 + 14)
𝑡𝑂′ = 92,05℃
7
Fig. 2.2. Curbele compuse ale fluidelor
A
B
C
D
E
F
M
N
O
P
M
N
O
P
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000
Tem
per
atura
, °C
Fluxul termic, Q, kW
Diagrama generală a curbelor compuse
Curba compusa a fluidelor calde Curba compusa a fluidelor reci - translatata Curba compusa a fluidelor reci
M'
D'
C'
N'
O'
P'
8
Fig. 2.3. Curbele compuse şi delimitarea zonelor de transfer termic
A
B
C
D
E
F
M
N
O
P
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000
Tem
per
atura
, °C
Fluxul termic, Q, kW
Curba compusa a fluidelor calde Curba compusa a fluidelor reci - translatata Curba compusa a fluidelor reci
Qrăcire QrecuperareQregenerare
C'
N'
D'
O'P'
9
În figura 2.3. sunt reprezentate curbele compuse ale fluidelor din instalaţie şi au fost delimitate
următoarele domenii: o zonă de regenerare, o zonă de răcire şi o zonă de recuperare de căldură prin
producere de abur.
𝑄𝑟𝑒𝑔. 𝑐𝑎𝑙𝑑 = (𝐶1 + 𝐶2) ∙ (𝑡𝐶 − 𝑡𝑀′) + (𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝑁′ − 𝑡𝐶) + (𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝐷 − 𝑡𝑁′)
+ (𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝑂′ − 𝑡𝐷) + (𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝑃′ − 𝑡𝑂)
𝑄𝑟𝑒𝑔. 𝑐𝑎𝑙𝑑 = 39 ∙ 7,94 + 69 ∙ 4,2 + 69 ∙ 45,79 + 44 ∙ 23,64 + 44 ∙ 11,36
𝑄𝑟𝑒𝑔. 𝑐𝑎𝑙𝑑 = 5300𝑘𝑊
𝑄𝑟𝑒𝑔. 𝑟𝑒𝑐𝑒 = 𝑅1 ∙ (𝑡𝐶′ − 𝑡𝑀) + 𝑅1 ∙ (𝑡𝑁 − 𝑡𝐶′) + (𝑅1 + 𝑅2) ∙ (𝑡𝐷′ − 𝑡𝑁) + (𝑅1 + 𝑅2) ∙ (𝑡𝑂 − 𝑡𝐷′)
+ 𝑅1 ∙ (𝑡𝑃 − 𝑡𝑂)
𝑄𝑟𝑒𝑔. 𝑟𝑒𝑐𝑒 = 20 ∙ 15,48 + 20 ∙ 14,52 + 60 ∙ 52,66 + 60 ∙ 17,34 + 20 ∙ 25
𝑄𝑟𝑒𝑔. 𝑟𝑒𝑐𝑒 = 5300𝑘𝑊
𝑄𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑟𝑒 = 𝑄𝑟𝑒𝑔. 𝑐𝑎𝑙𝑑 = 𝑄𝑟𝑒𝑔. 𝑟𝑒𝑐𝑒 = 5300𝑘𝑊
𝑄𝑟𝑎𝑐𝑖𝑟𝑒 = 𝐶1 ∙ (𝑡𝐵 − 𝑡𝐴) + (𝐶1 + 𝐶2) ∙ (𝑡𝑀′ − 𝑡𝐵)
𝑄𝑟𝑎𝑐𝑖𝑟𝑒 = 25 ∙ (75 − 50) + (25 + 14) ∙ (92,05 − 75)
𝑄𝑟𝑎𝑐𝑖𝑟𝑒 = 1290𝑘𝑊
𝑄𝑎𝑏𝑢𝑟 = (𝐶2 + 𝐶3) ∙ (𝑡𝐸 − 𝑡𝑃′) + 𝐶3 ∙ (𝑡𝐹 − 𝑡𝐸)
𝑄𝑎𝑏𝑢𝑟 = (14 + 30) ∙ (200 − 185) + 30 ∙ (250 − 200)
𝑄𝑎𝑏𝑢𝑟 = 2160𝑘𝑊
𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑄𝑟𝑎𝑐𝑖𝑟𝑒 + 𝑄𝑎𝑏𝑢𝑟 + 𝑄𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑟𝑒 = 1290 + 2160 + 5300
𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 8750𝑘𝑊
10
3. Proiectarea reţelei de schimbătoare de căldură
Procedeul de divizare a fluxurilor pentru proiectarea reţelei de schimbătoare de căldură este
prezentată în figura 3.1. în care s-au notat:
𝑁𝐹𝐶 - numărul de fluide calde;
𝑁𝐹𝑅 - numărul de fluide reci;
𝐶𝐶 - capacitatea calorică flux cald, 𝑘𝑊 ℃⁄ ;
𝐶𝑅 - capacitatea calorică flux rece, 𝑘𝑊 ℃⁄ .
Fig. 3.1. Procedeul de divizare a fluxurilor pentru proiectarea reţelei de schimbătoare de căldură
11
Fig. 3.2. Schema de principiu a reţelei de schimbătoare de căldură
12
Fig. 3.3. Schema de principiu optimizată a reţelei de schimbătoare de căldură
13
Fig. 3.4. Schema sintezei de schimbătoare de căldură cu fluxuri paralele
4. Calculul ariei necesare transferului termic
Pentru reţeaua de schimbătoare de căldură prezentată anterior s-au calculat parametrii caracteristici
pentru aparatele de schimb de căldură. Aceştia sunt prezentaţi în tabelul 4.2. şi toate valorile calculate şi
tabelate s-au determinat considerând circulaţia celor două fluxuri dintr-un aparat (cald şi rece) în
contracurent. Pentru calcule s-au folosit următoarele relaţii :
𝑄 = 𝑘𝑒𝑑 ∙ 𝐴𝑒 ∙ ∆𝑡𝑚𝑙, 𝑊 4.1.
unde:
𝑄 - fluxul termic, 𝑊(se calculează sau pentru fluxul rece, sau pentru fluxul cald);
𝑘𝑒𝑑 - coeficientul global de transfer de căldură, pentru care se impune valoarea 300𝑊/𝑚2 ∙ ℃;
𝐴𝑒 - aria exterioară de transfer de căldură, 𝑚2;
∆𝑡𝑚𝑙 - diferenţa de temperatură medie logaritmică, ℃.
În continuare sunt reprezentate fluxurile care fac schimbul de căldură pentru a aplica relaţia de
calcul a diferenţei medii de temperatură.
1c
t
2r
t
2ct
1r
t
12 rcccM tttt 21 rccrm tttt
crt – diferenţa de temperatură la capătul rece, ℃;
cct – diferenţa de temperatură la capătul cald, ℃.
Diferenţa de temperatură medie logaritmică se calculează cu următoarea relaţie:
∆𝑡𝑚𝑙 =∆𝑡𝑐𝑐 − ∆𝑡𝑐𝑟
𝑙𝑛∆𝑡𝑐𝑐
∆𝑡𝑐𝑟
4.2.
15
În schema de principiu a reţelei de schimbătoare de căldură (figura 3.2.) se observă că S1, S2, S3,
respectiv S4 fac schimb de căldură într-un interval mic de temperatură (<10°C) şi au arii mici (prezentate
în tabelul 4.1.). S1 şi S3 fac schimb de căldură între fluidul cald 1 (C1) şi fluidul rece 1 (R1), iar S2 şi
S4 fac schimb de căldură între fluidul cald 2 (C2) şi fluidul rece 1 (R1). Astfel S1 şi S3 au fost înlocuite
cu S1*, iar S2 şi S4 au fost înlocuite cu S2*. Ariile recalculate ale acestora sunt prezentate în tabelul 4.2.
Tabel 4.1. Parametrii caracteristici ai aparatelor de schimb de căldură S1, S2, S3, S4
Aparat cct crt mlt iQ edk eA
Co Co
Co W CmW o2/
2m
S1 42,05 34,50 38,15 198718 300 17,36
S2 42,05 34,50 38,15 111282 300 9,72
S3 34,50 24,20 29,05 105072 300 12,06
S4 34,50 24,20 29,05 58841 300 6,75
Tabel 4.2. Parametrii caracteristici ai aparatelor de schimb de căldură
Aparat cct crt mlt iQ edk eA
Co Co
Co W CmW o2/
2m
S1* 42,05 24,20 32,31 303790 300 31,34
S2* 42,05 24,20 32,31 170123 300 17,55
S3 34,50 24,20 29,05 126087 300 14,47
S4 24,20 17,33 20,58 1144928 300 185,47
S5 24,20 17,33 20,58 1144928 300 185,47
S6 24,20 17,33 20,58 641159 300 103,86
S7 24,20 17,33 20,58 1373913 300 222,56
S8 23,64 17,33 20,32 330909 300 54,28
S9 23,64 17,33 20,32 709091 300 116,31
S10 23,64 17,33 20,32 709091 300 116,31
S11 23,64 10,00 15,85 159091 300 33,45
S12 23,64 10,00 15,85 340909 300 71,68
RA1 67,05 30,00 46,07 1051282 300 76,07
RA2 67,05 55,00 60,83 238718 300 13,08
GA1 105,00 12,00 42,88 210000 300 16,33
GA2 105,00 62,00 81,62 1950000 300 79,64
TOTAL 10604018 1337,86
16
Dacă se respectă contracurentul global şi pe aparate sistemul de regenerare sintetizat are arie
minimă de transfer de căldură (𝐴𝑒 𝑚𝑖𝑛 ≅ 1337,86𝑚2) pentru un pinch impus (∆𝑡𝑚𝑖𝑛 = 10℃) şi un
coeficient global de transfer de căldură 𝑘𝑒𝑑 = 300 𝑊/𝑚2 ∙ ℃.
Se pot sintetiza şi alte sisteme de regenerare, chiar şi fără divizări de fluxuri, dar cu arii de transfer
de căldură mari.
17
5. Diagrama capacităţi calorice – temperatură
Majoritatea proceselor chimice şi fizice realizate în instalaţiile tehnologice petrochimice necesită
temperaturi ridicate. Ca urmare, materiile prime care alimentează instalaţia trebuie sau să fie încălzite,
sau să fie răcite. Pentru majorarea economicităţii instalaţiilor este necesar să se realizeze iniţial schimburi
de căldură între produsele obţinute şi materiile prime (regenerare de căldură) şi apoi să se completeze
încălzirile şi răcirile suplimentare cu agenţi termici exteriori.
În funcţie de schema sintetizată a reţelei de schimbătoare de căldură, prezentată anterior, se poate
reprezenta grafic diagrama capacităţi calorice – temperatură, diagramă reprezentă în figura 5.1 şi
caracterizată prin :
În abscisă este trecută scara temperaturilor, în intervalul temperaturilor utilizate în sistem;
În ordonată nu este trecută o scară, dar se iau proporţional valorile capacităţilor calorice, atât
pentru fluidele calde cât şi pentru cele reci;
Se reprezintă dreptunghiuri caracteristice, în partea superioară pentru fluidele calde şi în partea
inferioară pentru fluidele reci. Aceste dreptunghiuri au baza corespunzătoare temperaturilor
fluxurilor şi înălţimi corespunzătoare capacităţilor calorice. Ariile acestor dreptunghiuri
reprezintă fluxurile termice schimbate;
Sunt reprezentate punctat în interiorul dreptunghiurilor, temperaturile intermediare din schema
reţelei de schimbătoare.
W/°C
100 150 175 200 250
racire
racire
1
2
3
4,5
6
7
8
9,10
11
12
rec.
recuperare
1,2,3 4
5,6,7
8,9 11,12
10
7550 125 225 t,°C
20000
40000
30000
14000
25000 C1
C2
C3
R1
R2
Fig. 5.1. Diagrama capacităţi calorice temperatură
18
6. Curba compusă globală
Se consideră fluxurile (prezentate în tabelul 1.1), iar pentru a putea trasa curba compusă globală
(GRAND COMPOSITE CURVE) valoarea impusă pentru ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 (pinch-ul) se reduce la jumătate. În
această situaţie ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 2⁄ = 5℃.
Temperatura fluidelor calde se reduce cu 5℃, iar temperatura fluidelor reci se majorează cu 5℃.
Astfel toate temperaturile s-au modificat conform datelor din tabelul 6.1.
Pe baza acestor date se întocmeşte tabelul 6.2 în care apar valorile calculate: 𝑄𝑟𝑎𝑐𝑖𝑟𝑒 = 1290𝑘𝑊
şi 𝑄𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑟𝑒 = 2160𝑘𝑊. Cu ajutorul lor se trasează curba compusă globală.
Tabel 6.1. Caracteristici ale fluxurilor după modificarea temperaturilor
FLUXURI Capacitatea calorică
CkW o/
Temperatura de intrare
Co
Temperatura de ieşire
Co
Fluxul cald 1C 25 145 45
Fluxul cald 2C 14 195 70
Fluxul cald 3C 30 245 95
Fluxul rece 1R 20 55 180
Fluxul rece 2R 40 85 155
Fig. 6.1. Reprezentarea grafică a fluxurilor cu temperaturi modificate
0
1
2
3
4
5
6
0 50 100 150 200 250 300
Temperatura,°C
C1
C2
C3
R1
R2
19
Tabel 6.2. Date necesare pentru construirea curbei compuse globale
Temp. Capacităţi calorice, kW/°C Q=(ΣRi-ΣCi)·Δt ΣQ ΣQ+Qrăcire Punct pe curbă
°C C1 C2 C3 R1 R2 kW kW kW
45 0 1290 Q
25 -250
55 -250 1040 R
25 20 -75
70 -325 965 S
25 14 20 -285
85 -610 680 T
25 14 20 40 210
95 -400 890 U
25 14 30 20 40 -450
145 -850 440 V
14 30 20 40 160
155 -690 600 W
14 30 20 -600
180 -1290 0 X
14 30 -660
195 -1950 -660 Y
30 -1500
245 -3450 -2160 Z
20
Fig. 6.2. Reprezentarea curbei globale compuse
0
50
100
150
200
250
-2500 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500
Tem
per
atu
ra,°
C
Flux termic, Q, kW
QR
S
T
U
V
W
X
Y
Z
Qregenerare+QrăcireQrecuperare
21
7. Calculul economic pentru o reţea sintetizată de schimbătoare
de căldură
Se propune o variantă simplă pentru acest calcul şi anume :
𝐵 = 𝐸1 + 𝐸2 − 𝐶 7.1.
unde:
B – beneficiul, 𝑢. 𝑚. 𝑎𝑛⁄ ;
𝐸1, 𝐸2 – economia realizată prin regenerare, respectiv recuperare 𝑢. 𝑚. 𝑎𝑛⁄ ;
𝐶 – costul total al schemei, 𝑢. 𝑚. 𝑎𝑛⁄ ;
𝐶𝐴 = 30300 ∙1 + 𝑦
𝐷𝑠∙ 𝐴0,6 7.2.
unde:
𝑦 = 0,5 – cotă pentru montaj, reparaţii şi întreţinere;
𝐷𝑠 – durata normată de serviciu, 5 ani;
𝐶𝐴 = 9090 ∙ 𝐴0,6
𝐸1 = 𝑃𝐺𝑐𝑎𝑙 ∙ 𝑄 7.3.
unde:
𝑃𝐺𝑐𝑎𝑙 – preţul Gcal, u.m.;
𝑄 – flux termic regenerare, 𝑊;
𝑄 =5300 𝑘𝐽 𝑠⁄ ∙ 3600 𝑠 ℎ⁄
4,1855 𝑘𝐽 𝑘𝑐𝑎𝑙⁄= 4558595,15 𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ⁄ = 4,56 𝐺𝑐𝑎𝑙 ℎ⁄
𝑬𝟏 = 300 𝑢. 𝑚. 𝐺𝑐𝑎𝑙⁄ ∙ 4,56 𝐺𝑐𝑎𝑙 ℎ⁄ ∙ 8000 ℎ 𝑎𝑛⁄ = 𝟏𝟎𝟗𝟒𝟒𝟎𝟎𝟎 𝒖. 𝒎. 𝒂𝒏⁄
𝑄𝑎𝑏𝑢𝑟 = 𝑚𝑎𝑏𝑢𝑟 ∙ ∆𝑖 , 7.4.
dar:
𝑄𝑎𝑏𝑢𝑟 = 2160 𝑘𝑊
→ 𝑚𝑎𝑏𝑢𝑟 ∙ (2790 − 335) = 2160
𝑚𝑎𝑏𝑢𝑟 = 0,8798 𝑘𝑔 𝑠⁄ = 25338,24 𝑡 𝑎𝑛⁄
𝑃𝑎𝑏𝑢𝑟 = 110 𝑢. 𝑚. 𝑎𝑛⁄
𝑬𝟐 = 25338,24 ∙ 110 = 𝟐𝟕𝟖𝟕𝟐𝟎𝟔, 𝟒 𝒖. 𝒎. 𝒂𝒏⁄
22
Astfel:
𝐵 = 1,728 ∙ ∑ 𝑄𝑖 + 𝐸2 − 9090 ∙ ∑ 𝐴𝑖0,6 7.5.
𝐵 = 10944000 + 2787206,4 − 1912309,8
𝑩 = 𝟏𝟏𝟖𝟏𝟖𝟖𝟗𝟔, 𝟔 𝒖. 𝒎. 𝒂𝒏⁄
23
8. SIMULAREA ÎN ASPEN HX-NET
24
25
26
27
28
29
30
.
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
9. Concluzii
Pe parcursul acestui proiect s-au parcurs următoarele etape:
S-au calculat curbele compuse pentru fluidele calde şi reci în funcţie de capacităţile
calorice ale fiecărui fluid şi intervalul de temperatură în care fluidele fac schimb de căldură.
S-au reprezentat ambele curbe într-un grafic, iar prin translatarea curbei compuse a
fluidelor reci s-a localizat pinch-ul (10°C).
S-a realizat un bilanţ termic pe baza graficului şi s-au calculat temperaturile din punctele
în care curbele îşi schimbă panta, apoi s-a realizat calculul fluxurilor termice pe cele 3 zone.
În continuare s-a reprezentat sinteza reţelei de schimbătoare de căldură.
Aceste schimbătoare au fost dimensionate, în continuare calculându-se ariile lor.
S-a reprezentat grafic curba compusă globală.
În continuare s-a realizat calculul cheltuielilor totale pentru reţeaua de schimbătoare de
căldură obţinându-se un cost total anual optim.
În final s-a realizat simularea procesului în programul de simulare Aspen HX-Net din care
au rezultat diferite secvenţe pentru reţeaua de schimbătoare de căldură şi date aferente dimensionării
schimbătoarelor.