ISBN 9783843924269

978-3-8439-2426-9, Reihe Technische Chemie

Christian Dowidat
Ein Beitrag zur Reduktion des Energiebedarfs verfahrenstechnischer Batch-Prozesse

134 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Zu den größten Herausforderungen dieses Jahrhunderts zählen Klimawandel und globale Erwärmung. Zur Verringerung des Energiebedarfs chemischer Verfahren wird die Pinch-Analyse zur Wärmeintegration verwendet. Mit bisherigen Methoden können bei Batch-Prozessen jedoch nicht alle dort vorkommende Wärmeströme verarbeitet werden. In dieser Arbeit wird daher eine durchgängige Methode entwickelt, mit der alle in Batch-Prozessen vorkommenden Wärmeströme verarbeitet werden können.

Im ersten Schritt wird das Wärmeintegrationspotential eines Batch-Prozesses bestimmt. Basis dafür ist eine existierende Methode, die aus der Pinch-Analyse für kontinuierliche Prozesse abgeleitet wurde. Dabei wird zwischen zwei Fällen unterschieden. Bei zeitgleich vorliegenden Wärmeströmen kann eine Verschaltung mit einem Wärmeübertrager erfolgen. Ansonsten muss interne Wärmeübertragung unter Zuhilfenahme eines Wärmespeichers erfolgen. Die direkte Wärmeübertragung bei zeitgleich vorliegenden Wärmeströmen wird priorisiert, da ihre Realisierung mit geringeren Investitionen zu erreichen ist. Für die verwendete Methode zur Bestimmung des Wärmeintegrationspotentials wird durch die Ergebnisse dieser Arbeit erstmals die Bestimmung des Wärmeintegrationspotentials für Batch-Prozesse, in denen Ströme mit zeitlich veränderlicher Temperatur vorliegen, ermöglicht.

Nach der Bestimmung des Wärmeintegrationspotentials erfolgt die Wärmeübertragernetzwerksynthese. Interne Wärmeübertrager und Wärmespeicher rentieren sich umso eher, je mehr Wärme durch sie übertragen wird. Es ist daher zweckmäßig, ein synthetisiertes Wärmeübertragernetzwerk zu optimieren. Hierzu wird die Match Ranking Matrix vorgestellt. Diese unterstützt im Prozess der Wärmeübertragernetzwerksynthese, indem bevorzugt diejenigen Wärmeströme verschaltet werden, zwischen denen die meiste Wärme mit einem einzigen Wärmeübertrager übertragen werden kann. Dadurch kann die Optimierung von Wärmeübertragernetzwerken mit weniger Iterationsschritten erfolgen, als für bisherige Verfahren notwendig sind.