Тепловые расчеты

 

Тепловые расчеты выполняются на основе закона сохранения сцелью:

- установления энергетических затрат или энергосъемадля проведения

процесса;

- определения поверхностей охлаждения или нагрева аппаратов;

- расчета количества охлаждающих (холодная вода)или нагревающихреагентов (пар, горячая вода ит.д.).

При этом определяется такжевеличина циркулирующих потоков, обуславливающих технологические параметры процесса, Врасчетах величины теплопотерьво внешнюю среду определяют исходя из наружной температурыстенки аппарата итабличных значений коэффициентов теплоотдачи,или ихпринимают по данным действующего предприятия. Правильность выполнения расчетов проверяется тепловым балансом. Пример теплового баланса, составленного сиспользованием данных материального баланса, представлен втаблице 4.

Методика материальных итепловых расчетов некоторых основных производств неорганических веществ подробно освещена в [46].

При курсовом проектировании достаточно проводить тепловые расчеты для одного из отделений, в дипломном проекте необходимо приводить расчеты всего производства.

Таблица 4—Тепловой баланс сжигания 1т колчедана

Приход	кДж	Расход	кДж
1.С влажным колчеданом,		1.С огарком
в т.ч.		2.С обжиговым газом,
с FeS2		3.Теплопотери
с влагой колчедана		4.Теплота,используемая на получение пара
2.С влажным воздухом
в т.ч. с сухим воздухом
в т.ч. с влагой воздуха
3. От горения FeS2
Всего:		Всего:

Таблица 5—Тепловой баланс варки 1т гипсового камня

Приход	кДж	Расход	кДж
1.С влажным гипсовым камнем		1.С алебастром
в т.ч.		2.С паром
с сухим гипсом		3.Теплопотери
с влагой гипса		4.Теплота, используемая на получение пара
2. От горения газа
Всего:		Всего:

 

3.3.2.1 Методика составления теплового баланса

Баланс сохранения тепла условно можно записать так:

S (Q_СЫРЬЕ + Q_{СРЕАКЦИИ}) = S (Q_{ПРОДУКТЫ} + Q_ПОТЕРИ + Q_ОТВОД)

где

QСЫРЬЕ – теплота, приходящая с сырьем; QРЕАКЦИИ – теплота, выделяемая при экзотермических реакциях (или поглощаемая при эндотермических реакциях); QПРОДУКТЫ – теплота, уходящая с продуктами; QПОТЕРИ – потери тепла в окружающую среду; QОТВОД – теплота, которую необходимо отводить (при экзотермических реакциях) или подводить (при эндо- реакциях).

Q = m ∙ C ∙ t

где	m – масса продукта (по данным материального баланса) С, Дж/моль∙К– теплоемкость (по справочным данным); T – температура сырья, оС).

Пересчет молярной теплоемкости С (Дж/моль∙ к) в С*( Дж/кг∙ к):

С* (кДж/кг ∙ к) = С(Дж/моль ∙ к)/ М_В

Мв- молярная масса вещества.

Методика составления теплового баланса

Прямая задача:

произвгодительность по сырью (с примесями) – Х1= 1000кг;

– масса примесей основного сырья – Х_П1 = 5 %

– масса примесей вспомогательного сырья – Х_П2 = 79 %

– температуры сырья – 20 ^оС

– температуры продуктов – 50 ^оС

– теплопотери – 30 %

– величины энтальпии – DН^о₂₉₈, кДж/моль (справочные данные);

– величины теплоемкости– С, Дж/моль ∙К ( справочные данные).

 

Сначала составляют материальный баланс (по методике, описанной выше).

Затем на основе материального баланса составляют тепловой баланс.

 

Записывают реакцию и уравнивают ее (суммы масс левой и правой частей должна быть равны).

					Проверка уравнения:
МВ, (г)	32 г	2∙16 г		64 г	(32+2∙16) – 64 = 0!
	S +	О 2	=	SО 2
	Х1(S)	Х2(O2)		YSО2)
DНо298,				Теплота реакции, DНо(р), кДж
(кДж/моль)				-297,10	-297,10
СР 298 , (Дж/моль∙к)	22,69	29,37		39,90
С*, (кДж/кг∙ к)	0,709	0,918		0,623

Пересчитывают теплоемкость веществ по формуле:

С* = С_{Р 298} ∙1000 / М_В ∙ 1000, кДж/кг∙ К

С* (S) = 22,69 ∙1000 / 32 ∙ 1000 = 0,709 кДж/кг ∙ К

С* ( О₂ ) = 29,37 ∙1000 / 32 ∙ 1000 = 0,918 кДж/кг ∙ К

С* ( SО₂ ) = 39,9 ∙1000 / 64 ∙ 1000 = 0,623 кДж/кг ∙ К

Приход (расчет тепла в кДЖ)

1.Тепло, приходящее с техн. серой:

Q(Х1)= m(Х1) ∙ C(Х1) ∙ t(Х1) =1000 ∙ 0,709 ∙20 = 14181 кДж

2.Тепло, приходящее с воздухом:

Q(Х2)= m(Х2) ∙ C(Х2) ∙ t(Х2) =1000 ∙ 0,918 ∙20 = 83040 кДж

3.Теплота реакции:

Q(р)= m(Х1) ∙ DН^о(р) / М_В(S) =1000 ∙ (-297,1) ∙ 1000/32 = 9284375 кДж

4. Суммарное приходящее тепло:

SQ(пр) = Q(Х1) + Q(Х2) + Q(р) = 14181 + 83040 + 9284375 = 9381596кДж

 

Приход (расчет тепла в процентах)

5. Процент тепла, приходящего с техн. серой:

Q(Х1)% =Q(Х1) ∙100 %/SQ=14181кДж ∙100% /9381596 кДж =0,15 %

6. Процент тепла, приходящего с воздухом:

Q(Х2)% =Q(Х2) ∙100 %/SQ=83040кДж ∙100% /9381596 кДж =0,88 %

7. Процент тепла, выделяющегося в ходе реакции:

Q(р)% =Q(р) ∙100 %/SQ= 9284375 кДж ∙100%/9381596 кДж=98,96%

8. Суммарное приходящее тепло в процентах:

SQ(пр)% = Q(Х1)% + Q(Х2)% + Q(р)% = 0,15% + 0,88%+98,96%=100%

Расход (расчет тепла в кДЖ)

9.Тепло, уходящее с печным газом:

Q(Y1)= m(Y1) ∙ C(Y1) ∙ t(Y1) =5524 ∙ 0,623 ∙1000 = 3443750 кДж

10. Потери тепла (принимаем, например, 20 %):

Q(потери)= SQ ∙20%/100% = 9381596 кДж∙20%/100%=1876319 кДж

11.Теплота, которую необходимо отводить:

Q(отв)= SQ–Q(Y1) -Q(потери) =9381596 - 3443750-1876319 = 4061527 кДж

12. Суммарное тепло SQ:

SQ = Q(Y1) + Q(потери) + Q(отв) = 3443750 + 1876319 + 4061527 = 9381596кДж

 

Расход (расчет тепла в процентах)

13. Процент тепла, уходящего с печным газом:

Q(Y1)% =Q(Y1) ∙100 %/SQ=3443750кДж ∙100% /9381596 кДж =36,7%

14. Процент потерь тепла – задается – например 20 %:

Q(потери)% =Q(потери)∙100 %/SQ=1876319кДж ∙100% /9381596 кДж =20%

15. Процент тепла, которую необходимо отводить:

Q(отв)% =Q(отв) ∙100 %/SQ=4061527кДж ∙100% /9381596 кДж =43,3%

16. Суммарное уходящее тепло в процентах:

SQ(ух)% =Q(Y1)%+Q(потери)%+Q(отв)% = 36,7%+20%+43,3%=100%

 

3.3.2.2 Тепловой баланс в EXCEL