До курсового проектування за курсом "Моделювання І прогнозування стану навколишнього середовища" для студентів 4 курсу хіміко-технологічного факультету / Уклад

Вид материала

Документы

Содержание 3.3. Аналіз автотермічного режиму 3.4. Аналіз схеми з додатковим підігрівом суміші 3.5. Аналіз схеми з підживленням пального компонента

Подобный материал:

• Єльнікової Тетяни Олександрівни з курсу "Моделювання та прогнозування стану довкілля", 33.26kb.
• Робоча навчальна програма з раціонального використання та відтворення водних ресурсів, 401.96kb.
• Укладач О. О. Кузьменко, 590.11kb.
• Л. М. Чуніхіна Рецензент М. М. Латишева, 719.95kb.
• Комп’ютерне моделювання фізичних процесів Для студентів ІV курсу спеціальності 070100, 219.13kb.
• Юрія Федьковича «затверджую», 632.92kb.
• Програма та плани семінарських занять для студентів Філософського факультету львів, 361.9kb.
• Кабінет міністрів україни постанова від 2012 р. № Київ Про затвердження Порядку проведення, 11.23kb.
• Програма стабілізації екологічного стану навколишнього середовища та підвищення рівня, 68.98kb.
• Ї праці студентів й виконання курсової роботи з дисципліни „Загальна екологія й основи, 517.37kb.

3.3. Аналіз автотермічного режиму

Автотермічний режим роботи схеми без додаткового нагрівача, наприклад печі (3) можливий, якщо суміш на виході з реактора має досить високу температуру. Рекуперація тепла виявляється більш економічна, ніж вогневе нагрівання в печах, якщо в теплообмінниках-рекуператорах теплопередача здійснюється з високою інтенсивністю, що визначається значенням питомого теплового навантаження чи теплонапруженості порядку 2000 Вт/м². У схемі газоочищення в рекуператорі відбувається теплопередача між двома газовими потоками, значення коефіцієнта теплопередачі в такому випадку досить мало 10–60 Вт/(м²К) і висока інтенсивність процесу досягається тільки при досить високій його рушійній силі – середній різниці температур. Тому в рекуператорах таких схем при реальних величинах поверхні теплопередачі неможлива повна рекуперація тепла і гарячі потоки газів охолоджуються у них до температур не нижче 150–200 С, а з метою подальшої рекуперації тепла потоку з такою кінцевою температурою (Т_к) установлюють додаткові теплообмінні апарати.

Для оцінки можливості здійснення процесу в автотермічному режимі по заданому складу суміші розраховують параметри каталітичного шару і знаходять вхідну і вихідну температури (Т_вх і Т_вих). Прийнявши по вихідним даним початкову температуру суміші, що очищається, (Т₀ = 20–60 С), спочатку по рівнянню (3.17а) розраховують температуру суміші після рекуператора і порівнюють із тою, що рекомендується. Якщо температура суміші після рекуператора достатня для того, щоб рекуперація була ефективною, знаходять інші параметри, вибирають рекуператор і виконують для нього перевірочний розрахунок. У противному випадку автотермічний режим використовувати недоцільно.

3.4. Аналіз схеми з додатковим підігрівом суміші

У схемі установки (мал. 3.1), додаткове джерело тепла (3) використовується для підігріву суміші від температури, що досягається в рекуператорі (Т_пр) до необхідної на вході в шар. Склад суміші, що надходить у реактор у цій схемі відповідає заданому.

У порівнянні з попередньою схемою в цій з'являється додатковий технологічний параметр – температура суміші після рекуператора (Т_пр). Її розраховують по рівнянню теплового балансу теплообмінника-рекуператора (3.17 б) по уже відомих параметрах роботи шару каталізатора при заданому складі суміші.

Для досягнення високих температур (більш 250 С) на практиці використовують вогневе нагрівання в трубчастій печі. Таким чином, вихідну суміш нагрівають від початкової температури Т₀ до необхідної температури на вході в шар у двох послідовно працюючих апаратах – теплообміннику-рекуператорі (2) і печі (3).

Основним параметром теплообмінних апаратів, який визначать його розміри і всю технічну характеристику, є теплове навантаження, яка зв'язана з призначенням апарата. У даному випадку теплові навантаження рекуператора і печі розраховують по параметрах газової суміші, що нагрівається

Q = Gсм  Cсм  (tсм, кін – tсм, нач),

(3.19)

де G_см – масова подача суміші, кг/с;

C_см – середня питома теплоємність суміші,Дж/(кгград);

t_{см, кін} – t_{см, нач} – температурний інтервал розігріву суміші в кожнім апараті. Для рекуператора це Т_пр – Т₀, для нагрівача Т_вх – Т_пр.

Масову подачу суміші знаходять по заданій об'ємній. Густину суміші можна прийняти рівної густині повітря, що для нормальних умов складає 1,29 кг/м³ Додаткову витрату палива (G_т) у печі розраховують по формулі

Gт = Qп,кор / (  Qт, н)

(3.20)

де  – к.п.д. печі, рівний 0,6 – 0,8;

Q_{п, кор} – корисне теплове навантаження печі, що визначається по (3.19);

Q_т,н – нижча теплотворна здатність палива (для природного газу Q_т,н = 48557 кДж/кг).

Параметри рекуператора розраховують за вищевказаною методикою, використовуючи рівняння (3.18 б).

3.5. Аналіз схеми з підживленням пального компонента

Особливість цих схем полягає в тому, що в суміш, що очищається, уводять додаткове газоподібне чи рідке паливо в такій кількості, щоб установка з прийнятними параметрами теплообмінника-рекуператора працювала в автотермічному режимі. Вище показано, що для цього необхідно, щоб температура очищеної суміші після рекуператора була приблизно 150–200 С. Склад суміші, що надходить у реактор каталітичного газоочищення після введення в неї додаткових продуктів (компонентів палива), що окисляються на каталізаторі, буде відрізнятися від складу вихідної суміші.

Для аналізу розглянутої схеми необхідно визначити величину адіабатичного розігріву за умовою ефективності теплопередачі в рекуператорі. Для цього по рівнянню теплового балансу теплообмінника-рекуператора (3.17а) розраховують температуру виходу з реактора, задавшись температурою входу в нього для низькотемпературного режиму, або температуру суміші на вході в реактор, задавшись температурою виходу в нього для високотемпературного режиму.

Для подальших розрахунків схеми необхідно прийняти робочу величину адіабатичного розігріву (Т_{АД р)}, при якій рекуперація тепла стає ефективною. Різниця між прийнятою величиною та адіабатичним розігрівом, розрахованим для суміші заданого складу () і визначає величину адіабатичного розігріву за рахунок каталітичного окислювання компонентів підживлення (^Т_{АД під}). Потім визначається концентрація компонента підживлення в суміші

С_под = ^Т_{АД під} / Т_{АД о},

об'ємні і масові витрати різних видів палива (рідкого і природного газу), а також витрата умовного палива для різних видів палива, що додається, Параметри газоочищення зокрема, кількість палива, істотно змінюються не тільки в зв'язку зі зміною вигляду палива, але і при роботі реактора в різних режимах, тому при аналізі схеми доцільно розглянути варіанти температурних режимів з різними видами підживлення.

З урахуванням речовини, що додається для підживлення, визначаються приведені концентрації компонентів по (3.12) із заміною (_р.с. на Т_{АД р.} Вибравши температури входу для різних режимів і використовуючи ці дані, визначаються параметри процесу газоочищення заданої суміші з додаванням різних видів палива

Параметри реактора і рекуператора визначають за загальною методикою. Як і раніше, параметри, що рекомендуються, в кожному випадку приймаємо по компоненту з найбільшим часом контакту. Завантаження каталізатора в реактор визначають по рівнянню (3.8).

Після знаходження основних показників можна зіставити різні варіанти схем з підживленням вихідної суміші по витратах на очистку. Варто враховувати витрати на устаткування, каталізатор і витрату палива.