3. Тепловой баланс

Баланс сохранения тепла условно можно записать так:

 (Q_СЫРЬЕ + Q_{СРЕАКЦИИ} ) =  (Q_{ПРОДУКТЫ} + Q_ПОТЕРИ + Q_ОТВОД)

где

QСЫРЬЕ – теплота, приходящая с сырьем; QРЕАКЦИИ – теплота, выделяемая при экзотермических реакциях (или поглощаемая при эндотермических реакциях); QПРОДУКТЫ – теплота, уходящая с продуктами; QПОТЕРИ – потери тепла в окружающую среду; QОТВОД – теплота, которую необходимо отводить (при экзотермических реакциях) или подводить (при эндотермических реакциях).

Q = m ∙ C∙ t

где	m – масса продукта (по данным материального баланса) С , Дж/моль ∙ к– теплоемкость ( (по справочным данным) T – температура сырья, оС).

Пересчет молярной теплоемкости С(Дж/моль∙ к) в С*(Дж/кг∙ к):

С* (кДж/кг ∙ к ) = С(Дж/моль∙ к)/ М_В

Мв- молярная масса вещества.

Методика составления теплового баланса

Прямая задача:

произвгодительность по сырью (с примесями)– Х1=1000кг;

– масса примесей основного сырья – Х_П1 = 5 %

– масса примесей вспомогательного сырья – Х_П2 = 79 %

– температуры сырья – 20 ^оС

– температуры продуктов – 50 ^оС

– теплопотери – 30 %

– величины энтальпии – Н^о₂₉₈, кДж/моль ( справочные данные);

– величины теплоемкости– С, Дж/моль ∙К ( справочные данные).

Сначала составляют материальный баланс (по методике, описанной выше).

Затем на основе материального баланса составляют тепловой баланс.

Записывают реакцию и уравнивают ее (суммы масс левой и правой частей должна быть равны).

					Проверка уравнения:
МВ , (г)	32 г	2∙16 г		64 г	(32+2∙16) – 64 = 0 !
	S +	О 2	=	SО 2
	Х1(S)	Х2(O2)		Y (SО2)
Но298,				Теплота реакции, Но(р), кДж
(кДж/моль)	0	0		-297,10	-297,10
СР 298 , (Дж/моль∙к)	22,69	29,37		39,90
С* , (кДж/кг∙ к)	0,709	0,918		0,623

Пересчитывают теплоемкость веществ по формуле:

С* = С_{Р 298} ∙1000 / М_В ∙ 1000, кДж/кг∙ К

С* (S) = 22,69 ∙1000 / 32 ∙ 1000 = 0,709 кДж/кг ∙ К

С* (О₂) = 29,37 ∙1000 / 32 ∙ 1000 = 0,918 кДж/кг ∙ К

С* (SО₂) = 39,9 ∙1000 / 64 ∙ 1000 = 0,623 кДж/кг ∙ К

Приход (расчет тепла в кДЖ)

1.Тепло, приходящее с техн. серой:

Q(Х1)= m(Х1) ∙ C(Х1) ∙ t(Х1) =1000 ∙ 0,709 ∙20 = 14181 кДж

2.Тепло, приходящее с воздухом:

Q(Х2)= m(Х2) ∙ C(Х2) ∙ t(Х2) =1000 ∙ 0,918 ∙20 = 83040 кДж

3.Теплота реакции:

Q(р)= m(Х1) ∙ Н^о(р) / М_В(S) =1000 ∙ (-297,1) ∙ 1000/32 = 9284375 кДж

4. Суммарное приходящее тепло:

 Q(пр) = Q(Х1) + Q(Х2) + Q(р) = 14181 + 83040 + 9284375 = 9381596кДж

Приход (расчет тепла в процентах)

5. Процент тепла, приходящего с техн. серой:

Q(Х1)% =Q(Х1) ∙100 %/ Q=14181кДж ∙100% /9381596 кДж =0,15 %

6. Процент тепла, приходящего с воздухом:

Q(Х2)% =Q(Х2) ∙100 %/ Q=83040кДж ∙100% /9381596 кДж =0,88 %

7. Процент тепла, выделяющегося в ходе реакции:

Q(р)% =Q(р) ∙100 %/ Q= 9284375 кДж ∙100%/9381596 кДж=98,96%

8. Суммарное приходящее тепло в процентах :

Q(пр)% = Q(Х1)% + Q(Х2)% + Q(р)% = 0,15% + 0,88%+98,96%=100%

Расход (расчет тепла в кДЖ)

9.Тепло, уходящее с печным газом:

Q(Y1)= m(Y1) ∙ C(Y1) ∙ t(Y1) =5524 ∙ 0,623 ∙1000 = 3443750 кДж

10. Потери тепла (принимаем, например, 20 %):

Q(потери)=  Q ∙20%/100% = 9381596 кДж∙20%/100%=1876319 кДж

11.Теплота, которую необходимо отводить:

Q(отв)=  Q–Q(Y1) -Q(потери) =9381596 - 3443750-1876319 = 4061527 кДж

12. Суммарное тепло  Q :

 Q = Q(Y1) + Q(потери) + Q(отв) = 3443750 + 1876319 + 4061527 = 9381596кДж

Расход (расчет тепла в процентах)

13. Процент тепла, уходящего с печным газом:

Q(Y1)% =Q(Y1) ∙100 %/ Q=3443750кДж ∙100% /9381596 кДж =36,7%

14. Процент потерь тепла – задается – например 20 %:

Q(потери)% =Q(потери)∙100 %/Q=1876319кДж ∙100% /9381596 кДж =20%

15. Процент тепла, которую необходимо отводить:

Q(отв)% =Q(отв) ∙100 %/Q=4061527кДж ∙100% /9381596 кДж =43,3%

16. Суммарное уходящее тепло в процентах :

 Q(ух)% =Q(Y1)%+Q(потери)%+Q(отв)% = 36,7%+20%+43,3%=100%