Pinch-Analyse


Pinch-Analyse

Pinch-Analyse bezeichnet einen Ansatz zur systematischen Optimierung des Energieverbrauches von Prozessen. Die Pinchanalyse ist eine Methode zur Minimierung des Energieverbrauchs von verfahrenstechnischen Prozessen indem thermodynamisch minimale Energieverbräuche berechnet werden. Die Methode gibt auch an, wie diese erreicht werden können, indem Wärmetauschernetzwerke zur Wärmerückgewinnung, Energieversorgung und Prozessbedingungen aufeinander abgestimmt werden. Pinchanalyse ist auch bekannt als Prozessintegration, Wärmeintegration, Energieintegration oder Pinch-Technologie.

Ein Prozess wird dargestellt als Energieflüsse oder –ströme in den Koordinaten Wärmeleistung (kW) und Temperatur (°C). Die Daten der einzelnen Ströme werden für alle Ströme zusammengefasst. So ergeben sich so genannte "zusammengesetzte Kurven, oder composite curves", eine für alle warmen Ströme (hot streams, die Wärme abgeben) und eine für alle kalten Ströme (cold streams, die Wärme benötigen).

Der Punkt an dem sich die Kurven am engsten nähern ist die so genannte Pinch-Temperatur (Pinch). An diesem Punkt bestehen die meisten Entwurfsbeschränkungen. In dem man diesen Punkt findet und um diesen Punkt herum das Wärmetauschernetzwerk zu entwickeln beginnt, können die Energieziele, durch den Wärmetausch von Wärme zwischen heißen und kalten Strömen, erreicht werden. Bei der praktischen Arbeit findet man oft Wärmetauscher, die über den Pinch hinweg arbeiten, also Strömen mit einer Temperatur über und unter dem Pinch verbinden. Indem man Kombinationen dieser Ströme durch alternative Strompaarungen vermeidet, verbessert man die Erreichung der Energieziele.

Dieser Ansatz wurde erstmals 1978 von Bodo Linnhoff bei Imperial Chemical Industries im Rahmen einer Dissertation unter der Betreuung von Prof. John Flower von der Universität Leeds entwickelt. Bodo Linnhoff wechselte später zur University of Manchester Institute of Technology (UMIST), heute University of Manchester. Später gründete er eine Beratungsfirma (Linnhoff March International Ltd.), die dann von KPC Energy Services PLC übernommen wurde.

Literatur

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  • Ebrahim, M. (2000): Pinch technology: an efficient tool for chemical-plant energy and capital-cost saving. In Applied Energy. 65: 45–40. doi:10.1016/S0306-2619(99)00057-4. edit
  • El-Halwagi, M. M. und V. Manousiouthakis, 1989: Synthesis of Mass Exchange Networks. In: AIChE J. 35 (8), 1233-1244.
  • Hallale, N. (2002): A New Graphical Targeting Method for Water Minimisation. In: Advances in Environmental Research. 6(3): 377-390
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  • Kemp, I.C. (2006): Pinch Analysis and Process Integration: A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy, 2. Auflage. Includes spreadsheet software. Butterworth-Heinemann. ISBN 0750682604. (1st edition: Linnhoff et al., 1982).
  • Linnhoff, B., Ahmad, S., SUPERTARGETING: Optimum Synthesis of Energy Management Systems. In: J. Ener. Res. Tech. v 111, 121 (1989)
  • Linnhoff, B., Flower, J. R.: Synthesis of Heat Exchanger Networks: I. Systematic Generation of Energy Optimal Networks. In: AIChE J. 24. 633 (1978)
  • Linnhoff, B., Towsend, D. W., Boland, D., Hewitt, G. F., Thomas, B. E. A., Guy, A. R., Marsland, R. H.: A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy. The Institution of Chemical Engineers, Rugby (1982)
  • Linnhoff, B.: Pinch Analysis. In: Chem. Eng. Prog. August, 33 (1994)
  • Prakash, R. und Shenoy, U.V. (2005): Targeting and Design of Water Networks for Fixed Flowrate and Fixed Contaminant Load Operations. In: Chemical Engineering Science. 60(1), 255-268.
  • Shenoy, U.V. (1995): Heat Exchanger Network Synthesis: Process Optimization by Energy and Resource Analysis. Includes two computer disks. Gulf Publishing Company, Houston, TX, USA. ISBN 0884153916.
  • Wang, Y. P. und Smith, R.: Wastewater Minimisation. In: Chemical Engineering Science. 49. 1994, 981–1006

Weblinks

  • stenum.at: Pinchleni Freeware entwickelt von Laboratoire d'Energétique Industrielle de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Schweiz: Pinchleni (engl. dtsch. span.)
  • elsevierdirect.com: Pinch Spreadsheet (engl.), Anhang zu Kemp, Pinch Analysis and Process Integration.

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