D. Công đoạn sấy và đóng bao:
3.1.Tính toán nhiệt cho giai đoạn đun nóng hỗn hợp từ nhiệtđộ đầu 25 °C lên nhiệt độ trùng hợp 70 °C
3. Cân bằng nhiệt lượng
3.1.Tính toán nhiệt cho giai đoạn đun nóng hỗn hợp từ nhiệtđộ đầu 25 °C lên nhiệt độ trùng hợp 70 °C
Phương trình cân bằng nhiệt cho quá trình này là: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6
Trong đó:
Q – Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào, Q = D.λ = D.(r + θ.C), J Trong đó:
λ – Nhiệt lượng riêng của hơi, J/kg D – Lượng hơi đốt, kg
r – Ẩn nhiệt hoá hơi, J/kg, r = 2208 kJ/kg [11 – 378]
θ – Nhiệt độ nước ngưng, °C, θ = 100 °C
C – Nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg.độ, C = 4220 J/kg.độ Q1 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng hỗn hợp phản ứng đến 70 °C, Q2 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng nồi phản ứng,
Q3 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng vỏ bọc thiết bị, Q4 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng cánh khuấy, Q5 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng lớp bảo ôn, Q6 – Nhiệt lượng toả ra môi trường xung quanh.
Sơ đồ cân bằng nhiệt:
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q TBPU Tính Q1
Q1 = G1.Chh.(tc – td) , J
G – Khối lượng của hỗn hợp phản ứng (của một nồi trong một mẻ). G = 8602,852 kg
td, tc – Nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của hỗn hợp,
Chh – Nhiệt dung riêng của hỗn hợp, Chh = 3142,895, J/kg.độ Từ đó ta có:
Q1 =5592,952.3142,895.(70 – 25) = 1215,7.103 kJ
Tính Q2
Q2 = Gt.Ct.(ttc – ttd)
Gt – Khối lượng nồi phản ứng, kg
Gt = 2.Gđáy + Gthân = 519.2 + 2,4.2,4.78,4 = 1489,584 kg
Ct – Nhiệt dung riêng của thép, Ct = 0,5 kJ/kg.độ [11 – 191] ttc,ttd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của vỏ thiết bị, °C
Q2 = 1489,584.0,5.(70 – 25) = 33515,64 kJ
Tính Q3
Q3 = Gv.Cv.(tvc – tvd)
Gv – Khối lượng của vỏ bọc, 2261 kg
Cv – Nhiệt dung riêng của thép, 0,5 kJ/kg.độ
tvc,tvd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của vỏ bọc, °C. Q3 = 2261.0,5.(119,6 – 25) = 106945,3 kJ
Tính Q4
Q4 = Gk.Ck.(tkc – tkd)
Gk – Khối lượng của cánh khuấy, 25 kg Ck – Nhiệt dung riêng của thép, 0,5 kJ/kg.độ
tkc,tkd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của cánh khuấy, °C. Q4 = 25.0,5.(70 – 20) = 625 kJ
Tính Q5
Q5 = Gbo.Cbo.(tboc – tbod)
Cbo – Nhiệt dung riêng của bông thuỷ tinh, 0,84 kJ/kg.độ tboc,tbod – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của của bảo ôn, °C Q5 = 432.0,84.(42 – 23,4) = 6749,568 kJ
Tính Q6
Q6 = Qbx + Qdl
Trong đó:
Qbx – Nhiệt mất mát do bức xạ, Qdl – Nhiệt mất mát do đối lưu. Ở đây chia làm hai phần để tính:
+ Mất nhiệt ở phần bảo ôn
+ Mất nhiệt ở phần không bảo ôn
a. Tính nhiệt lượng mất mát ở phần không có bảo ôn
Phần không bảo ôn gồm nắp phía trên và phần thân thiết bị không có áo bọc. Diện tích của các phần được tính như sau:
Diện tích phần nắp phía trên đã được tính từ phần trước, F1 = 6,56 m2
Diện tích phần thân thiết bị không có áo bọc. F2 = 2.π.R.h
Trong đó:
R – Bán kính trong của thiết bị (1,2 m)
h – Chiều cao tính từ áo đến mặt bích ( h = h1 = 0,8 m ) F2 = 2.3,14.1,2.0,8 = 6,03 m2
Do đó diện tích phần không bảo ôn là: Fkbo = 6,56 + 6,03 = 12,59 m2
+ Nhiệt bức xạ ở phần không bảo ôn: Nhiệt bức xạ được tính theo công thức:
Qbx = C0.F( T14 – T24 ).τ , J Trong đó:
T1 – Nhiệt độ ở vỏ thiết bị, °K τ – Thời gian, giờ
T2 – Nhiệt độ của môi trường xung quanh (23,4 +273 =296,4 °K) Đối với các bề mặt không phải vật đen tuyệt đối thì C = Co.P
Với sắt thép: P = 0,9
Với nước: P = 0,7
Với bông thuỷ tinh: P = 0,9
Nhiệt độ ở nắp thiết bị là 32 °C tương đương với 305 °K. Vậy nhiệt bức xạ ở phần không bảo ôn trong 1 giờ là:
Qbxobo = 20,72.10-5.12,59.0,9.(3054 – 296,44).1 = 2016,37 kJ + Nhiệt đối lưu ở phần không bảo ôn được tính theo công thức cấp nhiệt:
Qdlobo = αkbo.Fkbo.(tkbo – tkk).τ, W.h Trong đó:
αkbo – Hệ số cấp nhiệt của vỏ thiết bị phần không bảo ôn về phía không khí, αkbo = α2 = 11,16
tkbo – Nhiệt độ của phần không bảo ôn, tkbo = 32°C tkk – Nhiệt độ không khí, tkk = 23,4 °C
τ – Thời gian, giờ Thay số tính được:
Qdlobo = 11,16.12,59.(32 – 23,4).1 = 1208,338 W.h = 4350,016 kJ
b. Tính nhiệt lượng mất mát ở phần có bảo ôn
Phần có bảo ôn bao gồm toàn bộ phần vỏ áo thiết bị (phần thân và phần đáy). Diện tích phần này tính tương tự phần trên (Fbo = 18,624 m2).
+ Nhiệt bức xạ của phần bảo ôn tính tương tự như trên.
Nhiệt độ bề mặt ngoài của bảo ôn tiếp giáp với không khí là 42 °C, 3150K
Qbxbo = 20,72.10-5.0,9.18,624.(3154 – 296,44).1 = 7388,669 kJ + Nhiệt đối lưu của phần bảo ôn:
Qdlbo = αbo.Fbo.(tbo – tkk).τ
= 11,74.18,624.(42 – 23,4).1 = 4066,811 W.h = 14640,52 kJ Như vậy tổng nhiệt đối lưu và tổng nhiệt bức xạ của thiết bị phản ứng chính là: Qdl = Qdlobo + Qdlbo = 4350,016 + 14640,52 = 18990,536 kJ Qbx = Qbxobo + Qbxbo = 2016,37 + 7388,669 = 9405,039 kJ Tổng nhiệt mất mát là: Q6 = Qdl + Qbx = 28395,575 kJ Vậy Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 = 1392931,083 kJ Mặt khác: Q = D.(r + θ.C) Suy ra D = Q/(r + θ.C) = 1392931,083/(2208 + 100.4,220) = 515,519 kg Tổng lượng hơi đốt cần dùng cho một mẻ ứng với 3 nồi phản ứng là:
D = 3.515,519 = 1546,556 kg