Метод тепловых балансов

При анализе тепловых схем технологических процессов производства целлюлозы и бумаги, принимался во внимание, главным образом, лишь первый закон термодинамики.

Являясь частным случаем закона сохранения массы и энергии, первый закон термодинамики не может дать ответа о степени термодинамического совершенства как отдельного элемента, так и энерготехнологической системы в целом. В качестве критерия, используемого для оценки степени термодинамического совершенства по этому методу применяют различного рода «тепловые» КПД. Рассмотрим некоторые из них.

η = Q₁ / Q₂ (1.1.)

где η – КПД теплоиспользующего аппарата; Q₁, Q₂ - отведенная и подведенная энергия в технологическом процессе.

Для суждения о степени использования вторичных энергоресурсов рекомендуется «коэффициент использования тепла» с учетом вторичных энергоресурсов.

η = Q₁ + Q_и / Q₂ (1.2.)

где Q_и – энергия, использованная для каких либо производственных или бытовых нужд не связанная с технологическим процессом данной установки.

Большое распространение для анализа энерготехнологических систем нашел применение температурный КПД теплообменника.

η = Q_1,2 / Qmax = [Wг (tг₁ – t_г2)] / [Wmin (tг₁ – tх₁)] =

[Wх (tх₂ – tх₁)] / [Wmin (tг₁ – tх₁)]

(1.3.)

где Qmax – максимально возможный тепловой поток, который может быть передан только в идеальном противоточном теплообменнике с бесконечно большой поверхностью теплопередачи, а именно:

Qmax = Wх (tг₁ – tх₁)], если Wх < Wг или Wг (tг₁ – tх₁)], если Wг < Wх

Wг = (w_m ∙ c)_г - водяной эквивалент горячей жидкости;

Wх = (w_m ∙ c)_х - водяной эквивалент холодной жидкости;

w_{m г ,} с_г, w_mх ∙ c_х – массовый расход и теплоемкость горячей и холодной жидкости, соответственно;

Wmin - наименьший водяной эквивалент взаимодействующих потоков.

tг₁, tг₂, tх₁, tх₂ – температура горячей и холодной жидкости на входе и выходе из теплообменника.

Общим недостатком рассмотренных КПД является невозможность оценки степени термодинамического совершенства рассматриваемой энерготехнологической системы. Составленные на основе закона сохранения энергии они лишь определяют степень совершенства теплоизоляции и в некоторых случаях отвод энергии и вещества в окружающую среду.

В сложных химико – технологических системах, каким является целлюлозно – бумажное производство, наблюдается целый ряд процессов с внешней регенерацией теплоты, т.е. таких, в которых часть теплового потока выводится или вводится из процесса для его использования в других установках производственного цикла. При таком подходе молчаливо принимается, что все выходящие из системы тепловые потоки отводятся в окружающую среду, являются потерянными для их дальнейшего полезного использования т.е. не могут совершить полезную работу.

В качестве абсолютной меры степени термодинамического совершенства технологической системы обычно принимается чаще всего удельная (отнесенная к единице конечной или промежуточной продукции) величина подвода энергии от внешнего источника.