КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Энергетические расчетыЛекция 13 1.1 Энергетические расчеты 1.2 Эксергия потока рабочего тела 1.3 Степень термодинамического совершенства технологических процессов
При проектировании производства основной задачей энергетических расчетов является расчет расходов различных видов энергии, используемой для проведения процессов, с определением расходных коэффициентов на единицу массы готовой продукции, а также расчет поверхности теплообмена оборудования и мощности нагревательных устройств. Важным параметром большинства технологических стадий является температура. Обеспечение заданного регламентного температурного режима достигается организацией теплообмена, что требует точного учета тепла, участвующего в производственных процессах. Это достигается тепловыми расчетами оборудования, выполняемыми в виде теплового баланса. При отсутствии данных о кинетике химических реакций тепловой баланс химического реактора составляют в интегральной форме на основе эмпирических данных. Исходными данными для теплового расчета являются: - данные материального баланса стадий процесса; - сведения о температурном режиме процесса; - химическая схема синтеза с указанием основной и побочных реакций, степени превращения, выходов (по отношению к теоретическому); - сведения о степени протекания реакций на стадиях, подлежащих тепловому расчету, и о физико-химических процессах, сопровождающих химические реакции или протекающих самостоятельно, тепловые характеристики исходных веществ, реакционных масс или их компонентов, теплоносителей и хладагентов. Уравнение теплового баланса обычно представляют в общем виде: Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 где Q1 - тепло, вносимое в аппарат с исходными веществами (для непрерывного процесса), или энтальпия (теплосодержание) веществ в аппарате в начале стадии (зоны) теплообмена (для периодического процесса); Q2 - тепло, отдаваемое теплоносителем перерабатываемым веществам и аппарату или отнимаемое от них хладагентом; Q3 - тепловой эффект процесса; Q4 - тепло, уносимое из аппарата конечными продуктами (для непрерывного процесса), или энтальпия веществ в аппарате в конце стадии (зоны) теплообмена (для периодического процесса); Q5 - тепло, расходуемое на нагревание отдельных деталей аппарата или отнимаемое от них хладагентом; Q6 - тепло, теряемое аппаратом в окружающую среду или получаемое им из нее. Размерности слагаемых Qi теплового баланса для непрерывного процесса - кВт, для периодического - кДж. В случае непрерывного процесса тепловой расчет проводят на 1 ч работы аппарата, в случае периодического процесса - на одну операцию для всех стадий (зон), связанных с теплообменом. К ним относятся нагревание, охлаждение, а также стадии, на которых происходят химические реакции или физико-химические процессы (растворение, кристаллизация, изменение агрегатного состояния веществ и т. п.). В основе теплового расчета периодического процесса лежит температурный график - зависимость температуры в аппарате от времени, по которому определяют зоны теплообмена. Ниже приведены формулы расчета составляющих теплового баланса: Q1 = ∑ G1НСpHTH где G1Н - расход исходного вещества или компонента реакционной массы для непрерывного процесса, кг/ч; масса вещества в начале зоны теплообмена или масса вещества, загружаемого в аппарат в начале этой зоны, для периодического процесса, кг; СpH - теплоемкости соответствующих веществ или компонентов при Тн, кДж/(кг • К); Тн - температура исходного вещества или компонента реакционной массы на входе в аппарат - для непрерывного процесса или же начальная температура стадии теплообмена либо температура вещества, загружаемого в аппарат на этой стадии,- для периодического процесса, К; Q4 = ∑ G1*СpKTK где G1* - расход продукта или компонента реакционной массы на выходе из аппарата - для непрерывного процесса, кг/ч; масса вещества или компонента реакционной массы в конце стадии теплообмена - для периодического процесса, кг; Тк - температура продукта или компонента реакционной массы на выходе из аппарата - для непрерывного процесса или же температура реакционной массы в конце зоны теплообмена - для периодического процесса, К; Срк — теплоемкость вещества при Тк, кДж/(кг • К).
Массовые количества веществ G берут по данным материального баланса для периодических процессов - масса веществ на одну загрузку; для непрерывных процессов - масса веществ за 1 ч работы аппарата. Значения температур заданы технологическим регламентом. Тепловой эффект химического процесса представляет собой суммарное количество теплоты, которая выделяется или поглощается при протекании химических реакций и сопровождающих их физико-химических процессов (растворение, гидратация, испарение и т. д.): Q3 = Qp + Qф.п. где QP - тепловой эффект химического процесса, кДж; Qф.п. - тепловой эффект физического процесса, кДж. Тепловой эффект химических реакций Qp определяют: 1) по теплотам образования из элементов реагирующих и образующихся соединений; 2) по теплотам сгорания исходных веществ и продуктов реакции; 3) по константам равновесия. Тепловой эффект химических реакций чаще всего находят по первому методу. При этом для вычислений пользуются законом Гесса: Qp = qpN где qр - молекулярная теплота реакции; N - число молей образующихся веществ. Молекулярная теплота реакции определяется по формуле: qp = ∑ qк - ∑ qн
Здесь ∑ qк - сумма теплот образования соединений при химическом взаимодействии, кДж/моль; ∑ qн - сумма теплот образования соединений, qc - мольная теплота сгорания соединения, кДж/кмоль. Теплоты образования реагирующих и образующихся соединений могут быть найдены в справочниках физико-химических величин. При отсутствии этих данных их можно вычислить по теплотам сгорания как разность между теплотой сгорания элементов, входящих в соединение, и теплотой сгорания самого соединения.
Теплота, затраченная на нагрев или охлаждение отдельных частей аппарата: Q5 = ∑ GС (tк - tн)
Здесь G – масса отдельных частей аппарата; с — удельные теплоемкости отдельных частей аппарата; tн ,tк - начальная и конечная температуры отдельных частей аппарата.
Начальная температура tн равна температуре помещения цеха (ориентировочно 15—20°С). Конечная температура t к приближается к температуре того теплоносителя, для которого коэффициент теплоотдачи a больше. При a1 ~ a2 конечная температура tк равна среднему арифметическому между температурами стенок со стороны греющего (охлаждающего) агента и реакционной массы: tK = (tгор + tр) / 2; tK = (tхол + tр) / 2
Результаты теплового расчета сводятся в таблицу теплового баланса.
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 1628; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |