Материальный баланс обжига колчедана

Приход			Расход
Материал	кг	%	Материал	кг	%
Колчедан сухой Влага с колчеданом Сухой воздух Влага с воздухом	1415 44 5515 40	20,2 0,6 78,7 0,5	Огарок Обжиговый газ, в том числе: SO2 O2 N2 H2O	1066 1140 513 4214 84	15,1 16,3 7,3 60,0 1,2
Итого:	7014	100,0		7014	100,0

16. Тепловой баланс химического производства

Тепловой баланс (энергетический) является количественным выражением закона сохранения энергии. Применительно к тепловым процессам химической переработки этот закон формулируется таким образом: количество тепловой энергии, принесенной в зону взаимодействия веществ, равно количеству энергии, вынесенной веществами из этой зоны. Равенство прихода и расхода теплоты выражается уравнением общего вида

Q_ф+Q_э+Q_в=Q_ф¹+Q_п¹,

где Q_ф – физическая теплота, введенная в процесс с исходными веществами; Q_э – теплота экзотермических и физических переходов из одного агрегатного состояния в другое (например, плавление, испарение, конденсация, растворение, кристаллизация). Если тепловой эффект взаимодействия отрицательный, то величину Q_э помещают в расходной части баланса; Q_в – теплота, введенная в процесс извне и не принимающая участия в химических реакциях (например, с горючими газами, топливом, нагретой водой и т. д.); Q_ф¹ – физическая теплота, выведенная из процесса с продуктами реакции; Q_п¹ – потери теплоты в окружающую среду.

Слагаемые теплового баланса рассчитываются по общеизвестным формулам.

Так, физическую теплоту Q_ф, введенную с исходными веществами или выведенную с продуктами реакции, вычисляют из выражения

Q_ф=Мсt,

где М – масса исходного вещества; с – средняя теплоемкость веществ при температуре их поступления; t – температура исходных веществ.

Теплота экзотермических реакций и физических переходов веществ из одного агрегатного состояния в другое берется из экспериментальных данных, либо определяется термохимическим расчетом по закону Гесса.

Потери теплоты в окружающую среду Q_п¹,обусловленные теплопроводностью наружных стенок аппарата, излучением и конвекцией, вычисляют по основным расчетным зависимостям теплопередачи или берут на основе практических данных. Если это невозможно, то тепловые потери определяют по разности между суммой прихода и расхода.

Таблица 3

Тепловой баланс обжига колчедана

Приход			Расход
Статьи	кДж	%	Статьи	кДж	%
С сухим колчеданом С влагой колчедана С воздухом С влагой воздуха Теплота горения колчедана	15400 3650 152400 1550 7439900	0,2 0,05 2,0 0,02 97,73	С огарком С газами Теплопотери через стенку С воздухом, охлаждающим вал	510000 41832000 1560000 1359200	6,7 54,9 20,5 17,9
Итого:	7612900	100,0		7612900	100,0

Тепловой баланс составляется на основании материального баланса, рассчитывается (в кДж) и оформляется в виде таблицы. Для иллюстрации в табл. 1.3 приводятся результаты вычислений теплового баланса полочной печи обжига колчедана.

Из таблицы видно, что 54,9 % теплоты уносится с отходящими газами, имеющими температуру ~ 700 °С. Поскольку для последующей стадии переработки такого газа необходимо его охлаждение до 20 °С, то фактически вся эта теплота может быть безвозвратно потеряна для производственного процесса. На практике в подобных случаях всегда стремятся к рациональному использованию тепловых отходов. Это достигается утилизацией и регенерацией теплоты.

При составлении материального и теплового балансов производства и технико-экономическом анализе рациональное использование теплоты нередко оказывается решающим фактором для оценки конкурентной способности и выбора наилучших способов производства одного и того же продукта.