Thermodynamic analysis of the thermal-technological complex of sugar production: the energy and entropy characteristics of an enterprise

Abstract

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

Thermodynamic analysis of the thermal-technological complex of sugar production: criteria for energy efficiency of an enterprise

“…Consider the variant of the idealized TTC with a temperature of cossettes at the inlet to the enterprise equal to 10 °C. The results of preliminary calculations, as well as the data from other technological flows (taken from [11] for the case of processing high quality beets) are summarized in Tables 2-5 according to [12].…”

“…after solving which, we obtain the following data: -amount of steam that enters the idealized TTC -52 kg/t; -minimal possible heat consumption for implementation of technological processes of sugar production by the classic manufacturing circuit -118.4 MJ/t. Similar operations will also be performed with entropy characteristics in accordance with procedure [12]. To do this, enter the incoming entropy flows in Table 4, and outgoing enthalpy and entropy flows at appropriate temperatures and at the temperature HS in Table 5.…”

“…According to the "principle of energy compensation of irreversibility" [12], the amount of conditional fuel spent on compensation of internal and external irreversibility of the idealized TTC is calculated from the following equations: where min g K 13. 6 kJ…”

“…is the minimal specific consumption of conditional fuel to compensate irreversibility of the TTC processes at the temperature of environment (cossettes) of 10 °С [12]. For the purpose of comparative analysis using minimal possible fuel consumption, we studied the influence of cos-…”

“…Illustrate the use of the procedure for analyzing energy efficiency of the TTC to analyze the phased implementation of a preliminarily developed comprehensive system of measures. For calculations, we will accept the source data of a sugar factory of the simplest configuration, given in publication [12]. Consider the main four stages.…”