bài tập quá trình và thiết bị

Bài tập 1: Tính lò đố công nghiệp tạo hơi năng suất 500kg/h, nhiên liệu là diesel.
Gải
Gồm 6 bước sau:
1/ Nhiệt sinh nhiên liệu
Nhiên liệu diesel gồm các thành phần sau:
C H O S W A N
86.5% 10.5% 0.3% 0.3% 1.8% 0.3% 0.3%
* Nhiệt trị của nhiên liệu (Q
c
)
Q
c
= [339 C + 1256 H – 109(O –S)].10
3
= [339*86.5 + 1256*10.5 + 109(0.3-0.3)]*10
3
= 42511500(J/kg)
* Khối lượng của hơi nước tạo thảnh khi đốt cháy 100kg nhiên liệu (G
H2O
)
G
H2O
=9H + W = 9*10.5 + 1.8 = 96.3 (J/kg)
 Nhiệt sinh của nhiên liệu Q
t
= Q
C
– 25.1*10
3
* G
H2O

= [339 C + 1256 H – 109(O –S) – 25.1*10
-3
* G
H2O
].10
3

= [339*86.5 + 1256*10.5 + 109(0.3-0.3) -25.1*96.3] *10
3
=40094370 (J/kg)
2/ Lượng không khí dùng để đốt nhiên liệu (L
0
).
L
0
=0.115C + 0.346H + 0.043 (S-O) = 0.115*86.5 + 0.346*10.5 + 0.043(0.3-0.3) = 13.5805 (kg
kk
/kg
nl
)
*Lượng không khí khô thực tế (L):
L =
α
L
0
Tra bảng ta có: hệ số dư không khí (
α
) :
α

=1.15
 L = 1.15*13.5805 = 15.6176(kg
kk
/kg
nl
)
3/ Thành phần của các khí trong khói lò
+ G
CO2
= 0.0367C = 0.0367*86.5=3.17455
)/( kgJ
+ G
SO2
= 0.02S = 0.02*0.3 = 0.006
)/( kgJ
+ G
N2
= 0.769
α
L
0
+ 0.01N = 0.769*1.15*13.5805 + 0.01*0.3 = 12.013
)/( kgJ
+G
O2
= 0.231 (
α
-1)L
0
= 0.231(1.15-1)*13.5805 = 0.47

)/( kgJ
4/ Hàm ẩm và nhiệt lượng riêng của khói lò
*Hàm ẩm của khói lò (x) xác định theo công thức: x = G
H2O
/G
K
(kg/kg khói lò)
+ trong đó G
H2O
= (9H + W)/100 +
α
X
0
L
0
+ W’
Trong đó ta có: + (9H+W) = G
H2Onhiên liệu
δ
-độ ẩm không khí(80%)
+
α
X
0
L
0
+ W’ =G
H2O không khí
=
Pbp

Pb
*
622.0
δ
δ
−
Pb(32mmHg):áp suất bão
Hòa kk ở 30
0
C.
=
)/(1682.2
32*8.0760
32*80*622.0
kgJ=
−
G
H2O
= (9*10.5 +0.3)/100 + 2.1682 = 3.1162 (J/kg)
+Khối lượng của khói khô (G
K
) : G
K
=1 +
α
L
0
– (9H + W + A)/100 = 1+1.15*13.5805-(9*10.5+1.8+0.3)/100
=15.65 (kg/kg
nhiên liệu

) (4.1)
 x = 3.1162/15.65 = 0.2 (kg/kg
khói lò
)
*Nhiệt lượng của khói lò (I) : I =
k
nn
G
iWItC ''*L**Q
00C
−++
αη
(***)
Từ (4.1) ;(5.1) ; (5.2) ; (5.3) ; (5.4) ; (5.5), ta có I=
)./(10*71.1
2.0
1594.10050)1.212*5805.13*15.1(72.5675.0*5.42511
5
đôkgkJ=
−++
5/ Cân bằng nhiệt lượng
Nhiệt lượng đưa vào lò gồm các đại lượng sau (tính theo 1 kg nhiên liệu ):
- Nhiệt lượng do nhiên liệu mang vào : q
n
= c
n
*t
n

Trong đó: + c

n
–nhiệt dung riêng của nhiên liệu ( diesel) :c
n
=
5.0
)(
)32
5
9
(886.11625
t
t
d
t ++
Ta có:
)/(93.0
3
mkgd
t
t
=
và t = 15.6
0
C thế vào ta tình được : c
n
= 1.83 (kJ/kg.độ)
+ t
n
(nhiệt độ của nhiên liệu(desel) : 31
0

C
 q
n
= 1.83*31 = 56.72 (kJ/kg) (5.1)
- Lượng nhiệt do không khí mang vào: q
kk
=
α
*L
0
* L
0
=
α
*L
0
2
= I
0
= 1.15 * 13.5805
2
= 212.1 (kJ/kg) (5.2)
- Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu: q = Q
c
= 42511500(J/kg) =42511.5 (kJ/kg) (5.3)
- Lượng nhiệt do hơi nước dùng để thổi nhiên liệu: q’ = W’i’ = G
H2O
*I
H2O
= 3.1162 * 337= 1050.1594 (kJ/kg) (5.4)

Lượng nhiệt tỏng cộng : Q
0
= q
n
+ q
kk
+ q + q’ =56.72 + 212.1 + 42511.5 + 1050.1594
=4383.4794kJ/kg=4.4*10
6
(J/kg)
 Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình đun nóng:
+ Lượng nhiệt đun nóng sản phẩm: q
s
= G
s
C
S
(t
cs
– t
ds
)
Trong đó: ! G
s
– lượng sản phẩm cần đun nóng(kg/s) = 500kg/h = 0.14kg/s
! C
s
– nhiệt dung riêng của sản phẩm ( bezen) =1.84 kJ/kg.độ
! t
ds

= 30
0
C ; t
cs
= 1280
0
C
≈
Thế vào biều thức q
s
= 0.14*1.84*(1280-30) = 322 (kJ/s).
+ Lượng nhiệt đun nóng thiết bị chứa sản phẩm: q
tt
= G
t
C
t
(t
2
– t
1
) = 4.8%q
s
= 15.456 ( W)
+ Lượng nhiệt tổn thất qua tường: q
t
=
)(
02
ttF −

α
= 5% q
s
=16.1 (W/m
2
.độ)
 Lượng nhiệt tổng cổng của khói lò dùng cho quá trình đun nóng (nhiệt lượng có ích )
Q
1
= q
s
+ q
t
+ q
tt
= 322 + 15.456 + 16.1 = 353.556 ( W )
 Lượng nhiệt tổn thất do khói lò mang ra ngoài:
Q
2
= G
CO2
*C
CO2
+ G
N2
*C
N2
+ G
SO2
*

C
SO2
+ G
O2
*C
O2
Trong đó :

C
CO2
=0.84 (kJ/kg.độ); C
N2
=1.05(kJ/kg.độ); C
SO2
=0.64 (kJ/kg.độ) ; C
O2
= 0.91 (kJ/kg.độ)
Thế vào biểu thức ta có: Q
2
=3.17455*0.84 + 12.013*1.05 + 0.006*0.64 + 0.47*0.91 = 15.72 (J/kg).
 Lượng nhiệt tổn thất do phản ứng cháy không hoàn toàn: Q
3
= 2.39.10
5
*
2
COCO
CO
+

}/{06.0
2
115.0005.0
kgJ=
+
≈
 Nhiệt lượng tổn thất do quá trình cháy chưa hết: Q
4
=
x
x
C
AC
−
+
100
10*)2.5031(
4
Trong đó: + A – hàm lượng tro của nhiên liệu =0.3% khối lượng.
+ Cx- hàm lượng carbon không cháy trong xỉ = 11.5%
Thay vào công thức trên ta được : Q
4
=
)/(79.13
5.11100
3.0*10*)2.505.11*31(
4
kgkJ=
−
+

 Nhiệt lượng tổn thất ra ngoài : Q
s
=Q
5
=
α
’
F
’
(t
’
-t
0
) = 5%. Q
s
= 16.1 (W/m
2
.độ)
 Lượng nhiệt dùng trong quá trình đun nóng:
BQ
0
=Q
1
+ B(Q
2
+ Q
3
+ Q
4
) + Q

5
 B =
=
++−
+
)(
432
51
QQQQ
QQ
O
(353.556+16.1 )/( 4.4*10
6
–(15.72+
06.0
+
79.13
.10
3
))
=8.43*10
-5
(kg/s).
+ Hiệu suất của lò đốt được xác định theo phương trình:
%75
10*4.4
10*43.8
1.16
10*79.1306.0
11

6
5
3
0
5
43
=
++
−=
++
−=
−
Q
B
Q
QQ
η
(5.5)
6/ Kích thước lò đốt
• Bề mặt của ghi lò: R=
)(
2
1
m
R
Q
BQ
; trong đó:Q/R thuộc khoảng : 5.8*10
5
 7*10

5
(W/m
2
), ta lấy trung bình
cộng của 2 khoảng cho giá trị Q/R =(5.8*10
5
+7*10
5
)/2= 6.4*10
5
(W/m
2
).
 R= (8.43*10
5
*353.556)/(6.4*10
5
) = 465.7(m
2
)
• Thể tích phòng đốt: V=
)(
3
1
m
V
Q
BQ
; trong đó Q/V thuộc khoảng: 2.9*10
5

3.5*10
5
(W/m
3
), ta lấy trung bình
cổng của 2 khoảng cho giá trị Q/V = (2.9*10
5
+ 3.5*10
5
) /2 =3.2*10
5
(W/m
3
).
 V =(8.43*10
5
*353.556)/(3.2*10
5
) = 931.4( m
3
).