Материальный и тепловой балансы

Полезные материалы / Первичная подготовка нефти / Материальный и тепловой балансы

Основой материального баланса является закон сохранения материи, согласно которому количество материала, поступающего в процесс (приходные статьи материального баланса), равняется количеству продуктов, получаемых в результате процесса (расход­ные статьи материального баланса). Материальный баланс должен составляться как для всего технологического процесса, так и для отдельных его элементов. Материальный баланс составляют за еди­ницу времени - час, сутки, год - или за цикл работы на единицу исходного сырья или готовой продукции, т. е. за тот отрезок вре­мени, в течение которого перерабатывается определенное коли­чество сырья или получается определенное количество про­дукта.

Материальный баланс обычно составляют в виде таблиц или схем с указанием соответствующих материальных потоков и представлен в таб. 10. Материальный баланс может быть рассчитан в весовых, мольных или объемных единицах. При составлении материального ба­ланса в объемных или мольных единицах необходимо учитывать, что в результате тех или иных химических превращений объем или число молей, поступающих в аппарат, может отличаться от объема или числа молей продуктов, получаемых в результате про­цесса. Кроме того, такое несоответствие возможно при смешении компонентов, не подчиняющихся закону аддитивности.

Энергетический баланс основывается на законе сохранения энергии. Технологические процессы часто сопровождаются измене­нием теплосодержания системы, а также затратой энергии (элек­трической, механической и др.). Поэтому при расчетах аппаратов необходимо составлять энергетические балансы.

Материальный баланс. Таблица 13

п/п

Статьи прихода, расхода

%

Количество,

т/час

1.

Приход

нефть

68,60

943,1

вода

20,00

275,0

газ

11,40

156,9

деэмульгатор

0,002

0,0275

Итого прихода:

100,00

375,0

2.

Расход

вода

19,50

268,2

газ

11,47

157,8

нефть с обводненностью 0,5%

69,03

950,0

Итого расхода:

100,00

1375,0

Энергетический баланс отражает основное содержание закона сохранения энергии, согласно которому количество энергии, введенной в процесс (при­ходные статьи баланса), равно количеству энергии, получаемой в результате процесса (расходные статьи баланса).

Так же как и материальный баланс, энергетический баланс можно составлять для всего производственного процесса или для отдельных его стадий. Энергетический баланс может быть составлен для единицы времени (час, сутки), для цикла работы, а также на единицу исходного сырья или готовой продукции. При составлении теплового баланса количество тепла, содержащегося в тех или иных материальных потоках, отсчитывают от какого-либо температурного уровня, чаще всего от 0°.

Тепловой баланс. Таблица 14

п/п

Статьи прихода, расхода

%

Количество, МДж/ч

1.

Приход

теплосодержание нефти

33,3

62727,5

тепло которое передается в печи

66,7

125455,0

Итого прихода:

100

188182,5

2.

Расход

теплосодержание нефти

18,0

33925,5

теплосодержание воды

11,6

21911,9

теплосодержание газа

9,1

17066,1

потери в окружающую среду и в аппаратах УПН

61,3

115279,0

Итого расхода:

100

188182,5

При составлении энергетического и, в частности, теплового баланса особое внимание должно быть обращено:

·         на возможный переход одного вида энергии в другой;

·         на изменение агрегатного состояния тела, которое сопровождается выделением или поглощением тепла (скрытая теплота испарения или конденсации, пла­вления, затвердевания, адсорбции и т. д.);

·         на тепловой эффект химической реакции (эндотермической или экзотермической).

Иногда необходимо учитывать потери тепла в окружающую среду. Как тепловой, так и материальный баланс удобно предста­влять в виде таблиц или схем с указанием всех приходных и расход­ных статей.

Проведем расчет теплового баланса относительно 0°. Рассчитаем теплосодержание нефти приходящей на установку подготовки нефти:

Gпечь – расход нефти через печь кг/час; Снефть – теплоемкость нефти кг/Дж×К; (tкон – tнач) – разность между начальной и конечной температурами нефти.

Определение теплоемкости нефти в зависимости от температуры и давления можно определить по формуле [5, с. 517]

Нефть приходит с температурой 293К, плотности при этой температуре составит 887,6 кг/м3 [6, с. 65]:

,

Теплоемкость попутных газов рассчитаем по правилу смешения средних теплоемкостей компонентов, приведенных в таб. 15 [7]:

Средние теплоемкости газов. Таблица 15

CO2

N2

CH4

C2H6

C3H8

н-C4H10

и-C4H10

Средняя теплоемкость, кДж/(кг×К)

0,843

1,036

2,226

1,751

1,667

1,682

1,666

Содержание, %

0,2

1,2

92,0

1,5

2,0

1,0

1,5

Теплоемкость воды с содержанием различных солей, кислот и оснований рассчитываем аналогичным образом таб. 16 [7]:

Средние теплоемкости солей. Таблица 16

H2CO3

H2SO4

HCl

Ca(OH)2

Mg(OH)2

Na(OH)+K(OH)

Средняя теплоемкость, кДж/(кг×К)

0,576

1,416

0,766

1,181

1,320

1,332

Содержание, %

0,635

0,003

8,0

0,2

0,04

4,5

Так как нефть приходит с 20%-ой обводненостью и содержит 11,4% попутного газа, поэтому рассчитаем теплоемкость приходящей нефти по правилу смешения:

Тогда теплосодержание нефти приходящей на установку будет равно:

Рассчитаем тепло, которое передается в печи, если температура нефти на выходе 333К:

Рассчитаем теплосодержание нефти на выходе с установки:

Рассчитаем теплосодержание воды и газа, уходящих с установки с температурами соответственно 273К и 323К:

Расчет теплового баланса произвели полностью. Теперь все результаты расчета сводим в таблицу см. таб. 14.

      Смотрите также

      Химия в решении сырьевой проблемы
      В наши дни, когда человеческое развитие достигло высот, такие проблемы, как экология, продовольствие, энергия заставляют задуматься о будующем.   Как мне кажется, эта тема наиболее актуа ...

      Биологическая роль аминокислот
      ...

      Углерод
      Углерод (лат. Carboneum), С - химический элемент IV группы периодической системы Менделеева. Известны два стабильных изотопа 12С (98,892 %) и 13С (1,108 %).  Углерод известен с глубокой ...