Об'єктом дослідження є теплотехнологічні системи цукрового виробництва та теплотехнологічний комплекс в цілому. Сучасний цукровий завод є складною ієрархічною системою нерозривно пов'язаних між собою елементів, а його базис -теплотехнологічний комплекс -об'єднує елементи технологічного, теплообмінного, механічного обладнання, в якому одночасно реалізуються, тісно взаємодіючи, складні фізико-хімічні процеси. Враховуючи складність внутрішніх взаємозв'язків процесів, їх параметрів і характеристик, необхідно системно підходити до аналізу реального функціонування, оцінки ефективності та до розв'язання задач оптимізації комплексу в цілому, а також окремих його підсистем і елементів.У роботі запропоновано методику термодинамічного аналізу теплотехнологічного комплексу цукрового виробництва як єдиної термодинамічної системи, що дозволяє аналізувати основні фактори впливу на енергетичну ефективність комплексу безвідносно до перебігу процесів, що реалізуються всередині системи. В основі методики спільний аналіз загальних синтетичних та аналітичних балансів маси, енергії та ентропії. Ця модель має глибоке фізичне підґрунтя, адже рівняння матеріального балансу є інтегральною формою запису закону збереження кількості речовини, рівняння енергетичного балансу -інтегральною формою запису першого закону термодинаміки, а рівняння ентропійного балансу -інтегральною формою запису другого закону термодинаміки. Основне завдання методики -швидка оцінка досконалості теплотехнологічного комплексу та його визначення «енергозберігаючого потенціалу». Також застосування принципу енергетичної компенсації необоротності та ентропійних критеріїв дозволяють визначити джерела та причини недосконалості систем, а складені рейтинги недосконалостей допомагають розробити систему заходів підвищення ефективності комплексу оптимальної послідовності. Тому запропонована методика термодинамічного аналізу, на відміну від методик, в основі яких ексергетичні характеристики, забезпечує комплексний аналіз, оперуючи лише фундаментальними законами та принципами класичної термодинаміки. А також може бути застосована як для оптимізації енергетичних характеристик діючих, так і під час проектування нових підприємств цукрової промисловості.Ключові слова: енергетична ефективність, необоротність процесів, термодинамічний аналіз, ентропійний метод, ресурсозбережні заходи.
Представлено апробацію методики термодинамічного аналізу теплотехнологічного комплексу цукрового виробництва на прикладі аналізу підприємства типової конфігурації. На сьогодні термодинамічний аналіз систем цукрового виробництва переважно реалізований на основі класичного енергетичного методу. Незначні спроби використати потенціал другого закону термодинаміки у вигляді адаптації ексергетичного методу не набули системного характеру. В основі застосованої методики спільний аналіз загальних синтетичних і аналітичних балансів маси, енергії та ентропії. Така методика дозволяє кількісно оцінювати рівень досконалості існуючих та пропонованих теплових схем. Також вплив на їх досконалість заходів з підвищення енергетичної ефективності і може бути застосована як для оптимізації енергетичних характеристик діючих, так і під час проектування нових підприємств цукрової промисловості. Показано, що термодинамічний аналіз теплотехнологічного комплексу цукрового виробництва як єдиної системи дозволяє аналізувати основні фактори впливу на енергетичну ефективність комплексу безвідносно до перебігу процесів, що реалізуються в ньому. Такий підхід також можна ефективно використовувати для швидкої оцінки термодинамічної досконалості підприємства та визначення його «енергозберігаючого потенціалу». За результатами енергетичного аналізу встановлено взаємозв'язки між підведеними до системи паливно-енергетичними ресурсами та джерелами їх втрат і запропоновано комплекс заходів зі зменшення впливу кожного з цих факторів на витрату ресурсів. Ентропійний аналіз виявив внутрішні та зовнішні причини необоротності процесів, а принцип «енергетичної компенсації необоротності» дозволив скласти рейтинг основних недосконалостей і визначити оптимальну послідовність реалізації ресурсозбережних заходів. Результати аналізу підтвердили ефективність методики, що забезпечує комплексне дослідження, оперуючи лише фундаментальними законами та принципами класичної термодинаміки на відміну від методик, в основі яких енергетично-ексергетичні характеристики Ключові слова: цукрове виробництво, термодинамічний аналіз, ентропійний метод, енергетична ефективність, ресурсозбережні заходи
A procedure for analyzing the effectiveness of using fuel and energy resources (FER) in sugar production, based on the developed idealized circuit of the thermal-technological complex (TTC) as the base for comparison was presented. This procedure makes it possible to quantify the level of perfection of existing and proposed thermal circuits, as well as the impact of measures for enhancing energy efficiency on their perfection. By idealizing technological and energy processes, a hypothetical TTC was synthesized, for which the minimum possible energy and entropy characteristics are determined. Under these conditions, the minimum possible heat consumption for the implementation of technological processes according to the classical heat technology circuit was calculated – 118.40 MJ/t; a "minimum" total increase in entropy from irreversible processes of the HTC – 314.68 kJ/(t·K); a minimum complex magnitude of specific consumption of conventional fuel – 0.8 % to m. b. The determined characteristics are absolute criteria for the efficiency of sugar production systems, since it is impossible to reach lower values under existing technology, quality of raw materials and other conditions. The content of the criteria of energy efficiency of TTC was stated and the system of coefficients was proposed: coefficient of total energy efficiency of the TTC, coefficient of energy efficiency of the system of heat supply of the technological processes and coefficients of energy efficiency of internal and external structures of the TTC. The proposed criteria provide an objective and thermodynamically correct characteristic of the TTC of different structures. The presented results of analysis of various measures for increasing the energy efficiency of sugar production show that only a gradual comprehensive reconstruction of an enterprise makes it possible to consistently reduce the FER consumption for technological needs, approaching the boundary values.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.