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.

Самые интересные шахматные партии: величаи ших блиц шахматных партии www.chess-on.com.

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.

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru