II. Процессы преобразования энергии в сберегающих устройствах химических технологий.

Энерго- и ресурсосберегающие схемы и устройства оправдывают своё назначение при условии грамотного выбора технического решения их конструкции. Это грамотное решение возможно путём решения задач оптимизации. В инженерной практике проектирования и создания устройств и систем химической технологии задачи оптимизации решаются в различных объёмах и на различных условиях сложности, в зависимости от степени преемственности готовых решений. Самый высокий уровень решения задач оптимизации относится к новым разработкам, где единственным показателем оптимального решения является обобщённый стоимостной критерий: например, срок окупаемости устройства, установки либо системы в целом. Например, в согласии с задачами энерго- и ресурсосбережения, время окупаемости должно учитывать затраты энергетических и материальных ресурсов. Понятно, что сокращение затрат одного вида сопровождается увеличением затрат другого из упомянутых видов. Поскольку прибыль от производства окупает капитальные затраты, то можно считать, что время τ₀окупаемости – есть отношение капитальных затрат к прибыли в единицу времени. В свою очередь, прибыль есть разница дохода и эксплуатационных затрат. Последние прямо связаны с текущим производственным потреблениемэнергетических и материальных ресурсов, например, электроэнергии, воды, топлива.Доход прямо связан с производительностью устройства. Капитальные затраты прямо связаны с единовременной затратой материальных ресурсов, например, материалов на изготовление тепло- и массообменных аппаратов, реакторов. Таким образом τ₀можно представить следующим образом:

. (А)

Здесь: М – затраты материальных ресурсов, необходимых для создания устройства, например металлоёмкость, кг;

γ_м– удельный показатель руб/кг;

g_п– производительность устройства, например в кг/час или в м³/час: часовой выход продукции по ценеγ_пв руб/кг или в руб/м³;

g_э– эксплуатационные затраты в единицу времени;

γ_э– стоимость единицы количества постоянно потребляемого ресурса: например электроэнергии, топлива.

Например, при создании энерготехнологической установки очевидно, что её производительность g_пможно увеличить за счёт удорожания, т. е. за счёт увеличения затрат М материальных ресурсов и за счёт роста эксплуатационных затрат ( в частности топлива). В частности, приg_п=const,g_э– это функция М: например увеличение размеров (теплообменной поверхности) воздухоподогревателя усиливает подогрев воздуха на сгорание топлива, что обеспечивает заданнуюg_ппри меньшем расходе топлива.

Таким образом, минимизация τ₀, как следует из (А), осуществляется путём определения оптимальных размеров рекуператора – воздухоподогревателя, который является представителем энерго- и ресурсосберегающего, т. е. топливосберегающего оборудования.

Очевидно, что решение задач оптимизации требует знания процессов преобразования энергии, которое базируется на фундаментальных основах описания явлений тепло- и массопереноса.