1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теоретические основы химической технологии
  4. T. 57, № 4, 2023

Теоретические основы химической технологии, 2023, T. 57, № 4, стр. 454-466

Физическая реализуемость и синтез теплообменных систем по термодинамическим показателям

А. М. Цирлин *

Институт программных систем им. А.К. Айламазяна РАН
г. Переславль-Залесский, Россия

* E-mail: tsirlin@sarc.botik.ru

Поступила в редакцию 23.05.2023
После доработки 30.05.2023
Принята к публикации 05.06.2023

Аннотация

В работе построена область физической реализуемости систем теплообмена в пространстве их термодинамических показателей: тепловой нагрузки, диссипации и коэффициента теплопроводности. Рассчитаны критерии термодинамического совершенства для типовых двухпоточных ячеек. Дано условие термодинамической эквивалентности теплообменных систем и предложен алгоритм построения многопоточной системы эквивалентной двухпоточному теплообменнику. Рассмотрены случаи переменной теплоемкости, изменения фазового состояния, и различной гидродинамики потоков. Учитываются ограничения на температуры всех или части потоков на входе и на выходе из системы теплообмена. Синтез предполагает выбор структуры контактов, величин свободных параметров потоков, распределения поверхностей контакта и тепловых нагрузок между двухпоточными теплообменными ячейками.

Список литературы

  1. Островский Г.М., Зиятдинов Н.Н., Емельянов И.И. Синтез оптимальных систем простых ректификационных колонн с рекуперацией тепла // Докл. РАН. 2015. Т. 461. № 2. С. 189–192. Ostrovskii G.M., Ziyatdinov N.N., Emel’yanov I.I. Synthesis of Optimal Systems of Simple Distillation Columns with Heat Recovery // Doklady Chemistry. 2015. V. 461. Part 1. P. 89–92.

  2. Зиятдинов Н.Н., Островский Г.М., Емельянов И.И. Построение системы теплообмена при реконструкции и синтезе оптимальных систем ректификационных колонн // Теоретические основы химической технологии. 2016. Т. 50. № 2. С. 184–193. Ziyatdinov N.N., Ostrovskii G.M., Emel’yanov I.I. Designing a Heat Exchange System upon the Reconstruction and Synthesis of Optimal Systems of Distillation Columns // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2016. V. 50. № 2. P. 178–187.

  3. Kafarov V.V., Meshalkin V.P., Perov V.L. Mathematical foundations of computeraided design of chemical plants. Ximiya. 1979.

  4. Brodjanskiy V.M., Fratsher V., Mikhalek K. Exergy methods and its applications. Moscow: Energoatomizdat, 1988.

  5. Berry R.S., Kasakov V.A., Sieniutycz S., Szwast Z., Tsirlin A.M. Themodynamic. Optimization of Finite Time Processes. Wiley Chichester. 1999.

  6. Tsirlin A.M., Mironova W.A., Amelkin S.A., Kazakov V.A. Finite-time thermodynamics: Conditions of minimal dissipation for thermodynamic processes with given rate. Phys.Rev. E, 58, (1998).

  7. Цирлин А.М. Оптимальное управление необратимыми процессами тепло и массопереноса. Известия АН СССР, Техническая кибернетика, 2, 171–179, 1991. Tsirlin A.M. Optimal control of the irreversible processes of heat and mass transfer, Soviet journal of computer and systems sciences. 1991. V. 2. P. 171–179.

  8. Andresen B., Gordon J.M. Optimal heating and cooling strategies for heat exchangers design. // J. Appl Phys. 1992. V. 1. P. 71–78.

  9. Salamon P., Nitzan A., Andresen B., Berry R.S. Minimum entropy production and the optimization of heat engines // Phys. Rev. 1980. V. 21. P. 2115.

  10. Цирлин А.М., Ахременков А.А., Григоревский И.Н. // Минимальная необратимость, оптимальное распределение поверхности и тепловой нагрузки теплообменных систем // Теоретические основы химической технологии. 2008. № 42. С. 1–8.

  11. Tsirlin A.M. Ideal heat exchange Systems // J. Engineering Physics and Thermophysics, 2017. V. 90. № 5.

  12. Prigogin D. Kondepudi Modern Thermodunamiks. J.Wiley and Sons, 1999.

  13. Цирлин А.М., Ахременков Ан.А. Оптимальный теплообмен при изменении фазового состояния хладагента // Теоретические основы химической технологии. 2018. Т. 52. № 5. С. 1–8.

  14. Петухова Б.С. Справочник по теплообменникам. Москва: Энергоатомиздат, 1987.

  15. Кафаров В.В., Мешалкин В.П., Перов В.Л. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств. Москва: Химия, 1979.

  16. Миронова В.А., Амелькин С.А., Цирлин А.М. Математические методы термодинамики при конечном времени. М.: Химия, 2000.

  17. Цирлин А.М. Методы оптимизации в необратимой термодинамике и микроэкономике. М.: Физматлит, 2003.

  18. Цирлин А.М. Оптимальное управление процессами необратимого тепло и массопереноса // Изв. АНСССР. Техническая кибернетика. 1991. № 2. С. 81–86.

  19. Bosnjakovic F. Technical Thermodynamics. Holt R&W: New York, 1965.

  20. Tsirlin A.M., Mironova V.A., Amelkin S.A., Kazakov V.A. Finite-time thermodynamics. Conditions of minimal dissipation for thermodynamics process with given rate // Phys. Rev. E. 1998. V. 58. № 1.

  21. Tsirlin A M. Ideal heat exchange Systems // J. Engineering Physics and Thermophysics. V. 90. № 5. 2017.

  22. Tsirlin A.M., Vasilyev A.V. Thermodynamic entropy balance in the ideal mixing regime // J. Engineering Physics and Thermophysics. V. 92. № 2. 2023

  23. Linnhoff B., Hindmarsh E. The pinch design method for heat exchanger networks // Chemical Engineering Science, 38 (5), 745–763, 1983.

  24. Smith R. Chemical Process: Design and Integration // Chichester, West Sussex, UK: John Wiley and Sons, Ltd., 2005.

  25. Kemp I.C. Pinch Analysis and Process Integration: A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy, 2nd edition. Includes spreadsheet software // Butterworth-Heinemann. ISBN 0750682604, 2006. (1st edition: Linnhoff et al., 1982).

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теоретические основы химической технологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал