CHƯƠNG 3 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Mục đích của cân bằng vật chất vànăng lượng : ðịnh lượng những tổn thất vật liệu và năng lượng của quá trình sản xuất Thể hiện số liệu nền cho tình hình sản xuất của công ty Là cơ sở

Chương 3

Chương 3

CÂN B Ằ NG V Ậ T CH Ấ T VÀ NĂNG

LƯỢ NG

Mục đích của cân bằng vật chất và

năng lượng :

ðịnh lượng những tổn thất vật liệu và năng lượng của quá trình sản xuất

Thể hiện số liệu nền cho tình hình sản xuất của công ty

Là cơ sở cho đề xuất các cơ hội SXSH

M« h×nh tæng qu¸t cña mét qu¸ tr×nh s¶n xuÊt

M« h×nh tæng qu¸t cña mét qu¸

tr×nh s¶n xuÊt

Dßng vµo:

 Nguyªn liÖu chÝnh, n−íc, h¬i n−íc, ho¸ chÊt, c¸c chÊt phô trî,

 N¨ng l−îng: nhiÖt, ®iÖn, l¹nh.

Dßng ra:

 S¶n phÈm chÝnh, s¶n phÈm phô

 ChÊt th¶i/tæn thÊt: n−íc th¶i, chÊt th¶i r¾n, khÝ, n¨ng l−îng,

XÐt cho toµn bé c¸c b−íc c«ng nghÖ:

c câââân b n b n bằằằằng v ng v ng vậậậật chất t chất

Theo định luật bảo toàn vật chất, cân bằng khối lượng của

một quá trình được mô tả theo phương trình:

Trong đó:

A i : nguyên liệu được sử dụng

B j : sản phẩm và các vật liệu thừa tạo ra trong quá trình

Nếu kể cả năng lượng, thì ta có phương trình sau:

C k : năng lượng đầu vào và năng lượng tiêu tốn trong quá trình

D p : năng lượng trong sản phẩm và năng lượng sinh ra trong quá trình

Nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu ra có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau nh−: vật liệu ở dạng rắn, lỏng và khí.

Năng l−ợng ở dạng: hoá năng, nhiệt năng, điện năng hoặc các dạng khác

=> cần phải đo đạc khối l−ợng hoặc thể tích của nguyên liệu đầu vào và sản phẩm của quá trình

ssssơ ơ ơ đồ đồ đồ cho b cho b cho bàààài to i to i toáááán c n c n câââân b n b n bằằằằng v ng v ng vậậậật t chất c

chất củủủủa m a m a mộ ộ ột qu t qu t quáááá tr tr trìììình nh

Các bước phân tích dòng vật chất

1 Phân tích hệ thống xác định danh mục các nguyên

vật liệu và sản phẩm

2 Đo đạc khối lượng dòng vật chất vào và ra tại một vi

thời điểm trong một đơn vị thời gian hoặc một đơn vị khối lượng sản phẩm

3 Xác định nồng độ các nguyên tố được lựa chọn tại

một vi thời điểm (khối lượng/khối lượng hoặc khối lượng/thể tích).

4 Tính toán dòng khối lượng nguyên tố từ các dòng

sản phẩm và các phép đo đạc nồng độ của các chất

5 Báo cáo đầy đủ các kết quả

Kết quả xác định cân bằng khối l−ợng

Các phương pháp để xác định cân

bằng vật chất

1 Đo tất cả các vật liệu ở dòng vào và dòng ra trong

suốt khoảng thời gian vận hành của quá trình (phương pháp tổng quát nhất và cũng tốn kém nhất)

2 Chỉ đo những vật liệu dễ tiếp cận (cho phép xác định

cân bằng vật chất của các quá trình mà không thể khảo sát toàn bộ bằng phương pháp đo đạc thực nghiệm)

3 Sử dụng các thông tin sẵn có về các quá trình đã

được khảo sát để mô tả dòng vật chất đi qua một quá trình chưa được khảo sát

Các nguồn thông tin cần thiết để lập

cân bằng vật chất

Số liệu đo đạc, phân tích của các dòng vào, sản phẩm và các dòng thải

Các số liệu theo dõi mua bán nguyên liệu, hoá chất, sản phẩm,

Số liệu theo dõi sản xuất hàng ngày

Kiểm kê nguyên liệu

Kiểm kê các nguồn thải

Các đặc tính của sản phẩm

Bảng tính cân bằng vật chất khi thiết kế

Các số liệu ghi chép về sản xuất

Nhật ký vận hành

Qui trình vận hành và các tài liệu hướng dẫn vận hành

 Yêu cầu các số liệu đ−a vào cân bằng vật chất phải tin cậy, chính xác và đặc tr−ng.

 Các số liệu để thiết lập cân bằng vật chất có thể

đ−ợc ghi vào bảng theo mẫu biểu sau:

Lưu ý khi cân bằng vật chất

Xác định đường biên / phạm vi cân bằng.

Xác định các quá trình nằm trong miền cân bằng.

Xác định dòng vật chất / thông số cân bằng.

Khung thời gian cân bằng: 1giờ, 1 mẻ, 1 ca, 1 ngày,

Xác định đơn vị sử dụng: kg; kg/thời gian;

Chú ý trọng lượng vật chất không đưa vào liên tục như nước rửa.

Các mức cân bằng vật chất

Cân bằng tổng thể: dòng vào & ra cho toàn bộ nhà máy.

Cân bằng cho từng công đoạn theo trình tự của quá trình.

Cân bằng cho 1 thiết bị chính để xác định những tổn thất có thể tránh được.

Cân bằng cấu tử (chất đặc trưng cho dòng).

Phương pháp xác định tổn thất trong trường hợp định lượng dòng thải khó.

c©©©©n b n b n b»»»»ng n ng n ng n¨¨¨¨ng l ng l ng l−î −î −îng ng

LËp c©n b»ng n¨ng l−îng phøc t¹p h¬n so víi c©n

b»ng vËt liÖu

 TÝnh to¸n n¨ng l−îng ®Çu vµo (nhiªn liÖu vµ ®iÖn

n¨ng).

 TÝnh to¸n c¸c tæn thÊt (tæn thÊt nåi h¬i, tæn thÊt tõ hÖ thèng ph©n phèi h¬i, ).

C¬ së xem xÐt:

 T¹i d©y chuyÒn s¶n xuÊt.

 T¹i c¸c thiÕt bÞ cung cÊp n¨ng l−îng (lß h¬i, m¸y nÐn khÝ, thiÕt bÞ l¹nh, ).

 HiÖu qu¶ sö dông n¨ng l−îng.

VD: Các tổn thất nhiệt trong nồi hơi

 Trong khói lò.

 Trong xỉ, nước xả đáy

 Độ ẩm trong nhiên liệu.

 Độ ẩm trong không khí.

 Do không cháy hết CO trong khói.

 Do đối lưu và bức xạ

Các định luật liên quan

Định luật thứ nhất nhiệt động học:

Năng l−ợng không thể tự sinh ra cũng không thể tự mất đi Năng l−ợng có thể chuyển đổi dạng trong bất kỳ quá trình nào

VD: quang năng => điện năng => cơ năng => nhiệt năng.

C: tỉ nhiệt của chất (l−ợng nhiệt cần thiết để nâng 1 đơn vị

khối l−ợng chất đó lên 1 o C [kcal/kg o C], [kJ/kg o C]

m: Khối l−ợng

∆T: độ biến thiên nhiệt độ

Năng l−ợng vào = Năng l−ợng ra + Năng l−ợng biến thành nội năng

Biến đổi nội năng = m.C ∆T

Định luật nhiệt động học thứ hai:

Không thể có một thiết bị máy móc nào đạt đ−ợc hiệu suất 100%, bao giờ cũng có một phần tổn thất năng l−ợng.