Расчет теплового баланса

Целью расчета теплового баланса является определение количество тепла которое необходимо подводить или отводить в технологическом процессе. При гранулировании карбамида продукт частицно охлаждается в башне приллирование. Дальнейшее охлаждение гранул проводят в аппаратах воздушного охлаждения с кипящим слоем. Тепловой баланс процесса гранулирования карбамида можно записать следующим уравнением [18]:
Q1 + Q2= Q3 + Q4 + Q5 + Q6 +Q7 +Q8 (5.15)
где Q1 – тепло, поступающее с плавом карбамида, кДж/ч;
Q2 – тепло, выделяющееся при кристаллизации карбамида, кДж/ч;
Q3 – тепло, выделяющееся с приллированным карбамидом, кДж/ч;
Q4 – тепло, выделяющееся с гранулированным карбамидом, кДж/ч;
Q5 – тепло, выделяющееся с испаренной водой, кДж/ч;
Q6 – тепло, затрачиваемое на испарение воды, кДж/ч;
Q7 –теплота охлаждения, кДж/ч;
Q8 –потери тепла в окружающую среду, кДж/ч.
Для расчета теплового баланса использовали данные, представленные в таблицах 5.3 и 5.4 [20,21].
Таблица 5.3 – Исходные данные для расчета теплового баланса [20,21]
Показатель Единицы измерения Значение
Температура плава карбамида оС
142
Температура гранул после охлаждения оС
50
Температурв ретура
оС
65
Температура испаренной воды оС
100
Стандартная теплота испарения воды кДж/кг 2260
Теплоемкость водяного пара при Т=100оС кДж/(кг∙оС) 2,2
Теплоемкость карбамидо-формальдегидного концентрата при Т=20оС кДж/(кг∙оС) 1,181
Удельная теплота плавления карбамида кДж/кг 242
Таблица 5.4 – Значения стандартной теплоемкости для компонентов продукта и исходного плава [20,21]
Компонент Значение теплоемкости, кДж/(кг∙оС)
Т=50оС Т=65оС Т=142оС
Карбамид 1,38 1,45 1,67
Вода 4,174 4,181 4,288
Количество тепла, которое поступает с входящимм потоком плава карбамида рассчитывали по формуле [19]:
,(5.16)
где tпк– температура плава карбамида, поступающего на гранулирование, 0С;
Gпк – количество плава карбамида, поступающего на гранулирование, кг/ч;
miпк – массовая доля компонента в плаве карбамида;
сiпк – удельная теплоемкость компонента плава карбамида при tпк, кДж/(кг·К).
Количество тепла, выделяющееся при кристаллизации карбамидда рассчитывали по формуле [19]:
,(5.17)
где - удельная теплота плавления карбамида, кДж/кг.
Количество тепла, которое выделяется с приллированным и гранулированным карбамидом, а также с испаренной водой рассчитывали следующим образом [19]:
,(5.18)
где tприл– температура приллированного карбамида, 0С;
Gприл – количество приллированного карбамида, кг/ч;
miприл – массовая доля компонента в приллированном карбамиде;
сiприл – удельная теплоемкость компонента в приллированом карбамиде при tприл, кДж/(кг·К).
,(5.19)
где tгран– температура гранулированного карбамида, 0С;
Gгран – количество гранулированного карбамида, кг/ч;
miгран – массовая доля компонента в гранулированном карбамиде;
сiгран – удельная теплоемкость компонента в гранулированном карбамиде при tгран, кДж/(кг·К).
,(5.20)
где tив– температура испаренной воды, 0С;
Gив – количество испаренной воды, кг/ч;
сив– удельная теплоемкость паров воды при tив, кДж/(кг·К).
Теплоту, затрачиваемую на процесс испарение воды, определяли по формуле [19]:
,(5.21)
где - стандартная теплота испарения воды, кДж/кг.
Потери тепла в окружающую среду приняли равными 1,5% и рассчитывали следующим образом [18]:
,(5.22)
Теплоту охлаждения в процессе гранулирования карбамида определяли из уравнения теплового баланса (5.11):
Q7 =Q1 + Q2– (Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q8)=106957855,96кДж/ч
Результаты расчета теплового баланса процесса гранулирования карбамида приведены в таблице 5.5.
Таблица 5.5 – Результаты расчета теплового баланса процесса гранулирования карбамида
Статья прихода кДж/час %мас