Метод оптимізації окремих ступенів випарки цукрового виробництва

Abstract

Для відділення випарки типового цукрового заводу був розроблений метод термоекономічної оптимізації окремих її ступенів. Оскільки основна частина втрат ексергії обумовлена теплообміном при кінцевій різниці температур, тому в якості незалежної змінної при термоекономічній оптимізації була обрана величина температурного напору в кожному із ступенів з відповідним пошуком своїх мінімальних термоекономічних витрат. Існування для кожного ступеня локального мінімуму зумовлено тим, що зі зростанням температурного напору збільшується величина енергетичних витрат (тому що збільшуються втрати ексергії) і зменшується величина капітальних і зв’язаних з ними витрат (тому що зменшується поверхня теплообміну ступеня), а, отже, їх сума буде мати мінімум. Пошук цього мінімуму в силу унімодальності функції термоекономічних витрат проводився для кожного із ступенів методом Гауса Зейделя - шляхом послідовного порівняння витрат, отриманих на даному кроці ітерації з попередніми і, якщо знайдене значення менше, то переходять до наступної ітерації. Розрахунок закінчується в тому випадку, якщо знайдене значення стає більше, ніж значення, що отримане на попередньому кроці, яке і буде оптимальним. Потім розраховуються сумарні термоекономічні витрати, у ступені. В якості прикладу застосування розробленого методу були знайдені оптимальні температурні напори і локальні оптимуми річних термоекономічних витрат для першого ступеня. Знайдене значення температурного напору перевищує відповідне у існуючій системі випарки на 2,6 градуса і підтримання такого збільшеного температурного напору у першому ступені дозволяє зменшити річні витрати в цьому ступені на 3800 USD. Слід зазначити, що знайдені значення температурного напору в силу жорсткої прив’язки до технологічного ланцюжка кожного ступеня вимагають взаємного узгодження, тому що потоки, які виходять з попередніх ступенів, одночасно входять в наступні, а, отже, температурний рівень процесів в ступенях повинен узгоджено змінюватися, змінюючи тим самим величину термоекономічних витрат. Крім того, слід враховувати, що зміна параметрів потоків всередині енерготехнологічної системи відділення випарки викликає також зміну параметрів потоків, які покидають це відділення.