Практическое занятие № 3

Тема : «Тепловой баланс процессов»

Цель занятия: приобретение знаний и умений составления теплового баланса процессов.

Теоретические основы занятия

Тепловой баланс используется для сопоставления прихода и расхода теплоты в различных тепловых процессах. Тепловой баланс составляется в единицах энергии (джоулях). Тепловой баланс расчитывается на основе физических теплот участвующих в процессе веществ, и теплот соответствующих химических реакций.

Уравнение теплового баланса отражает закон сохранения энергии.

Q₁ +Q₂ +Q₃ = Q₄ +Q₅ (3.1)

где Q₁ – теплота, входящая в аппарат с исходными веществами, подсчитывается по уравнению:

Q=Mct (3.2)

где М – количество сырья, входящего в аппарат ( кг, м³, моль). Эту величину берут из данных материального баланса, который обычно составляется раньше теплового баланса. С – теплоемкость исходного вещества; t – температура исходного вещества.

В случае подачи в аппарат несколько исходных веществ с разным расходом и при одинаковой температуре

Q₁ =t (M₁c₁ +M₂c₂ +M₃c₃ …) (3.3)

Q₁ =Mt (m₁c₁ +m₂c₂ +m₃c₃+…) (3.4)

где М₁,М_2,М₃ – количество каждого компонента в отдельности

с₁, с₂, с₃ – соответствующие средние теплоемкости.

m₁, m₂, m₃ – массовая доля каждого компонента.

Q₂ – теплота химических и физических превращений, протекающих в реакторе, вычисляется на основе теплового эффекта процесса (∆Н).

Q₃ – теплота, подающаяся в аппарат извне.

Q₄ – теплота отводимая из аппарата с продуктами.

Q₅ – тепловые потери в окружающую среду.

Примеры задач:

Задача 1. Подсчитать тепловой баланс контактного аппарата для окисления SO₂ производительностью 20000 м³/ч. Газовая смесь содержит [% (об.)]: SO₂ – 11; O₂ – 10; N₂ – 79. Степень окисления 90%. Температура входящего газа – 450°С; выхо­дящего – 560°С. Средняя теплоемкость реакционной смеси 2,0 кДж/(м³ ∙ °С). Потери теплоты в окружающую среду 3% от прихода теплоты.

Задача 2. Составить тепловой баланс реактора для получения водорода каталитической конверсией метана. Потери теплоты в окружающую среду 5% от прихода теплоты. Отношение СН₄ : Н₂О = 1 : 2. Температура поступающих в реактор реагентов 110°С; температура в зоне реакции 850°С.

Задача 3. Составить тепловой баланс печи обжига колчедана по данным таблицы материального баланса. Температура в кипящем слоепечи750°С. Потери теплоты 5% от прихода.

Материальный баланс печи обжига колчедана в расчете на часовую производительность.

Приход	кг	Расход	кг
Колчедан сухой	8000	Огарок	6200
Влага колчедана	334	SO2	6540
Воздух сухой	23000	O2	600
Влага воздуха	64	N2	17372
		Н2O	414

Контрольные вопросы:

1. Теплосодержание веществ.

2. Теплосодержание смеси веществ.

3. Тепло химических и физических превращений.

4. Теплопроводность веществ и материалов.

5. Методика расчета тепла поступающего в реактор извне.

6. Методика расчета тепловых потерь в окружающую среду.

Задание для самостоятельной работы

Студент должен выполнить СРС по следующим темам:

1. Расчет теплосодержания однородных веществ, примеры расчетов.

2. Расчет теплосодержания смеси веществ, примеры расчетов.

3. Расчет тепла физических и химических превращений, примеры расчетов.

4. Расчет тепла поступающего в реактор извне, примеры расчетов.