Ориз. 9.6. Технологична схема 1: Т 1 и Т 2 - топлообменници
Температурата на нагряващата пара не се променя, тъй като протича процесът на кондензация на парата
T p \u003d t p +273 \u003d 200 + 273 \u003d 473K;
D T 1 T \u003d 298 H 1 H 473 - H 386 = - 0,142 MJ. 473 386
В топлообменника Т 2
Средната температура на реакционните продукти е
и средната температура на водата
D T 2 T \u003d 298 H 0,939 H 380 H 300
Общата загуба на ексергия по първата схема е равна на:
D T 1 T + D T 2 T =
0,142 + 0,196 = 0,338 MJ.
Загубата на ексергия, свързана със сумата от топлината за нагряване и охлаждане на реакционните продукти ( D e ) на суровината, е равна на
Втората версия на технологичната схема също включва възможността за използване на топлината на парния кондензат за нагряване на суровината (фиг. 9.7).
За да се изчислят ексергийните загуби, е необходимо да се определи количеството топлина, пренесено във всеки топлообменник и температурите t 3 и t 4 .
Ориз. 9.7. Схема 2
Както следва от условията, общото количество топлина, предадено в топлообменниците T 1 и T 2, е равно на 1 MJ. Приемаме, че разпределението на топлината върху тези топлообменници е право пропорционално на количеството топлина, отделяно от килограм кондензираща пара, когато се охлажда от ( t n ) до температурата на кондензата на изхода на топлообменника
Ако приемем, че охлаждащите течности в топлообменника T 1 се движат в противоток, вземаме t до десет градуса по-висока от температурата на другата охлаждаща течност на входа ( t ref ).
T k \u003d t ref +10 \u003d 30 + 10 \u003d 40 ° С.
За 1 kg пара топлината на кондензация, според справочните данни, при 200 °C е 1938 kJ/kg; топлина за охлаждане на кондензат
Q ê \u003d 1 H C H 2 O ( t í - t ê ) = 4,19 H ( 200 - 40 ) = 670 kJ / kg.
Следователно количеството топлина, пренесено във всеки топлообменник, ще бъде:
в топлообменника Т 1 − Q T 1= 670 kJ/kg;
в топлообменника T 2 - Q T 2 = 1938 kJ / kg. Определяме температурата t 3 от уравнението:
m x c = 30 + 0,25 x ( 185 − 30 ) =
Загубата на ексергия в топлообменника T 1 се определя от уравнението:
D T 1 T = T 0 P Q T 1 P T ê T 1 − T ñ T 1 , T ê T 1 P T ñ T 1
+ 273 \u003d 30 + 71 + 273 \u003d 323 K е средната температура на суровината.
Оттук следва, че
D T 1 T = 298 H 0,25 H
Загуба на ексергия в топлообменника Т 2
T ï Τ 2 P T c Τ 2
+ 273 = 200 + 273 = 473K;
+ 273 = 71+ 195 + 273 = 406 К.
Оттук следва, че
D T 2 T \u003d 298 H 0,75 H
Да вземем температурата t 4 20 o C по-висока от температурата на водата във водовъртежа, т.е. t 4 \u003d t ku +20 \u003d 170 ° C. Тогава количеството топлина, пренесено във всеки топлообменник T 3 и T 4, ще бъде съответно равно
= m h c h ( t 2 − t 4 )
\u003d m N c N ( t 4 − t ko n
H ( 170 − 30 ) = 0,848 MJ.
Проверка на общото количество топлина:
+ Q T 2 + Q T 3 + Q T 4
= 0,25 + 0,75 + 0,091 + 0,848 = 1,939 MJ.
Загуба на ексергия в топлообменника Т 3
T ï Τ ð 3 P T êó Τ 3
+ 273 = 185 + 170 = 450 K;
\u003d t êó + 273 \u003d 150 + 273 \u003d 423K;
D T 3 T \u003d 298 H 0,091 H 450 H 423
Загуба на ексергия в топлообменника Т 4:
Τ ï Τ ð 4 − Τ в Τ 4
Τ ï Τ ð 4 P T w Τ 4
D T 4 T \u003d 298 H 0,848 H 373 H 300
Общата сума на ексергийните загуби във втората сума е равна на
D 2 T = D T 1 T + D T 2 T + D T 3 T +
Съотношението на ексергийните загуби във втората схема
Ориз. 9.8. Схеми за използване на топлината на реакциите:
a - със студен байпас; б – с реакционно отвеждане на топлината в дистанционен апарат;
c - с отвеждане на топлина директно от реактора; d - с предварително загряване на реагенти; 1 -реактор; 2 - топлообменник; 3 - хладилник; 4 - апарат за използване на топлината на реакцията; 5 – нагревател на реагента
Както показаха изчисленията, вторият вариант на технологичната схема е по-перфектен по отношение на потреблението на енергия.
Трябва да се отбележи, че реалните схеми за възстановяване на топлината са по-сложни и могат да бъдат многоетапни.
Има три групи енергоспестяващи методи:
1. Методи, свързани с увеличаване на повърхностите на апарата, времето на реакцията, използването на по-активни катализатори, което позволява да се приближи до равновесното състояние на изхода на апарата.
2. Методи, базирани на промяна на технологичния режим и несвързани с промяна на технологичната схема, което може да доведе до увеличаване на габаритите на апарата.
3. Методи, които изискват наред с описаните по-горе и промяна на технологичната схема.
При разработването на технологична схема е необходимо да се извърши съвместен анализ на енергийните и ексергийните баланси, за да се установи нивото на възвращаемост и възможността за използване на електрическа, топлинна и механична енергия със значително намаляване на енергията, консумирана отвън. Освен това при избора на относителен вариант на технологичната схема трябва да се вземат предвид показателите.