Wirtschaftliche Auslegung verfahrenstechnischer Anlagen
Wärmeintegrationsanalyse

Inhalt

• Wärmeintegrationsanalyse
• Einleitung 
• Anwendungsgebiete
• Software WIA-Target
• Kontaktinformation

Wärmeintegrationsanalyse

Dipl.-Ing. E.Thomas

Einleitung:

Es war schon immer das Ziel verfahrenstechnischer Überlegungen, die Gesamtkosten einer chemischen Produktion, bestehend aus Investitionskosten und laufenden Kosten, zu minimieren.
Grenzen sind natürlich durch Umweltschutz- und Sicherheitsmaßnahmen gegeben. Da seit der Ölkrise eine beträchtliche Preissteigerung der Primärenergie stattgefunden hat, spielen die Energiekosten eine wesentliche Rolle bei der Optimierung einer Anlage. Eine Herausforderung für jeden Ingenieur sollte es sein, den Energiebedarf zu optimieren.
Welche konkreten Maßnahmen stehen zur Verfügung, um eine optimale Energie-Einsparung zu erreichen ?
Als erste und einfachste Möglichkeit sind hier die Wärmeverbundmaßnahmen zu nennen. Weitere Möglichkeiten sind zum Beispiel Wärmepumpen, Wärmekraftkopplung, spez. bei Destillationen die Optimierung der Trennsequenz und der Kolonnenschaltung .
Die Wärmeverbundmaßnahmen spielen für die Wirtschaftlichkeit vieler großtechnischer Prozesse eine entscheidende Rolle.
Da eine mittelgroße Anlage aus etwa 5 bis 10 aufzuheizenden Stoffströmen und einer ähnlichen Zahl abzukühlender Ströme besteht, gilt es, die beim Abkühlen von Stoffströmen frei werdende Energie soweit als möglich für die Erwärmung aufzuheizender Stoffe einzusetzen. Es gibt aber eine Vielzahl von Möglichkeiten, aufzuheizende und abzukühlende Stoffströme mittels Wärmeaustauscher miteinander zu verbinden. Aufgabe ist es nun, die Kombinationen zu finden, bei denen möglichst viel Energie rückgewonnen wird, d.h. möglichst wenig Energie aus dem Versorgungsnetz (z.B.H2O-Dampf,Diphyl) zu beanspruchen und damit auch möglichst wenig Energie an die Umgebung (z.B.Kühlwasser,Kälte) abzugeben. Um solche optimalen Lösungen zu finden, bedient man sich der Wärmeintegrationsanalysen. Verbreitet ist hier vor allem die exergetische Analyse und die Pinch-Point-Technologie. Letztere wird im folgenden behandelt.
Das Konzept für die Pinch-Point-Technologie wurde von Prof. Bodo Linnhoff in den Jahren 1977 bis 1981 entwickelt und wird vor allem im angelsächsischen Raum mit guten Erfolgen eingesetzt.
Mit der Pinch-Point-Technologie gelangt man rasch und systematisch zu einem optimierten Wärmeaustauschernetz mit minimalen Gesamtkosten.
Es basiert auf fundamentalen thermodynamischen Eigenschaften der Stoffströme.
Es offenbart dem Ingenieur Zielsetzungen, die oft mit herkömmlichen Methoden nicht bekannt sind. Bei den herkömmlichen Methoden tastet man sich oft von Design zu Design, ohne eine Übersicht zu bekommen, wie gut das erstellte Design überhaupt ist.
Die Pinch-Point-Technologie ermöglicht es aber nun, die verschiedenen Targets (Zielsetzungen) vor dem Design zu bestimmen.
Zu den Targets gehört das Energie-Target, das eine Aussage über die minimal benötigte Wärmemenge macht, die dem Prozeß von Außen zu- bzw. abgeführt werden muß. Weitere Targets sind die minimal benötigte Wärmeaustauscherfläche und die minimale Anzahl an Wärmeaustauschern.
Weiterhin läßt sich die Pinch-Point-Technologie in zwei große Teilgebiete auftrennen,

- in das Auffinden des globalen Optimums und

- das Erstellen eines Netzwerkes.

Anwendungsgebiete:

- Bei der wirtschaftliche Planung von verfahrenstechnischen Anlagen.

- Überprüfen/ Optimieren bestehender Anlagen.

- Als Kontrollwerkzeug für Behörde und Entscheidungsträger.

- Für die Genehmigungsplanung.

Software WIA- Target :

Wärmeintegrationsanalyse (Pinch-Point-Technologie)
W IA-Target-Programm zur Optimierung von Wärmeaustauscher-Netzwerken (wirtschaftliche Auslegung von verfahrenstechnischen Anlagen). 

Kontaktinformation

Erik.Thomas@Verfahrenstechniker.com

Copyright by E.Thomas
Stand: . Mai 2010.