1598005439-1326b994f1090c560653e496106b7ac8 (811216), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Для расчета изменений энтальпии процесса или для сравнения топливного значения сырья и потоков продуктов чаше всего используют теплоты сгорания. Значение теплоты сгорания эквивалентно стандартной теплоте сгорания. Высшая теплота сгорания представляет собой !2Нч для реакции, в процессе которой образуются диоксин углерода и жидкая вода; низшая теплота сгорания представляет собой гхНО когда образующаяся вода переходит в парообразное состояние.
Разность между этими двумя теплотами сгорания характеризует тепло, затраченное на испарение образующейся воды. (Следует иметь в виду, что, согласно принятым нами обозначениям, теплота сгорания оге чко о го гЧ ! гчо д ! гчоо О чч е жег М ечг" е огч чг чъ гт е 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ! ! 1 1 1 1 о гг г 1111 ! ! 11 ! 18( 111 ее чч Флягой)$ "оо "е 1~ ~й$Ь Ь И 00 ггг хх О чг 0 Е ог гчг Ж й О О Х 0 О О О Э 23 Т ату ые и1меиення.
Это изменение энтальпии легко р нается по формуле тг лН= (С,)т, (4) г, 349 348 Технические я экономические аспекты Часть П! будет отрицательной, поскольку сгорание представляет собой экзотермическую реакцию и теплота высвобождается в окружаюшую среду.) Теплота сгорания некоторых сельскохозяйственных культур и видов лесной продукции приводится в работе [5]; для различных видов древесины — в работах [11 — 13].
Согласно работе [11], высшую теплоту сгорания (в пересчете на сухую и беззольную массу) можно определять с помощью следующей эмпирической формулы: Высшая теплота сгорания (БТЕ/фунт) = = (7527) ур + (1 — ус) 11 479, (6) где у„,— масса целлюлозы. Рассчитанное по этой формуле значение теплоты сгорания отличается в пределах 5;; от экспериментально определенной.
Шафизадех [12] и де Трут [13] предлагают следуюшую эмпирическую формулу для подсчета теплоты сгорания в калориях на грамм (для получения значений в БТЕ/фунт надо умножить на 1,8): АН", = 94,19(/ С) = 55,01, (7) где масс.",,С-содержание углерода в биомассовом топливе. Это уравнение относится к данным, полученным для продуктов пиролиза биомассы.
Поскольку при температуре 25'С многие реакции не происходят, для составления энергетического баланса необходимо использовать изменение энтальпии реакции при определенной температуре. Рассмотрим формализованную методику определения изменения энтальпии. Напомним, что изменение энтальпии любой системы зависит только от начального и конечного ее состояний, а не от реального хода протекаюших в ней процессов.
Допустим, что дн=". Реагенты при ҄Є— — ~ Продукты при Тр, Рр. (8) Тогда АН=Н (продукты при Тр, Рр) — Н (реагенты при Т„, Р„). Аналогично Реагенты прн Т„Р, — Продукты Тр, Рр дН ! дн, 7 днр Реагенты при 298 К вЂ” Продукты при 298 К. Щ (1 атм) (1 атм) Тогда АН = АН, + АН, + АН„где АН, представляет собой изменение энтальпин при стандартных условиях для реагентов при температуре от Т, до 298 К, АН,— изменение энтальпии для продуктов при температуре от 298 К до Тр, АНх-теплота образования или сгорания отдельных продуктов. При более высоких температурах величина АН значительно меньше, чем ири 298 К, особенно в случае экзотермической реакции (например, горения) [13]. 2.2.
Упрощенные уравнения энергетического баланса Расчеты энергетического баланса, основанные иа первом законе термодинамики, можно существенно упростить при условии, что: 1. Тепло не добавляется к системе и не отводится из нее: АН = й. Изменение энтальпии поступающих или выходящих потоков должно быть равно теплообмену между системой и окружающей средой. 2. Никакая рабо~а и адиабатическое дейсгвие не производятся (Д = =0): АН= О. Общая энтальпия поступающих потоков должна быть равна общей энтальпии действуюшнх потоков. Это наиболее типичная ситуация для энергетических балансов систем, в которых происходят химические реакпии.
3. Никакой работы не производится, и температура постоянная: АН = 0. Этот вариант о~личается от первого тем, что изменения энтальпни связаны с фазовыми изменениями (например, сушка) или с химической реакцией (Тр — — Т„'1. Если в энергетическом балансе учитывается рабов, то она должна быть оценена в точке обмена на границе системьь Так, например, если сжать газовый поток (система сжата), то величина работы добавляется к работе, затраченной на компримирование газа. Для расчета работы должен быль использован к.
п. д, компрессора (илн другого механического устройства). 2.3. Процессы превращения Пиролиз древесины. Общий энергетический баланс системы по пиролизу древесины (рис. 3) приведен в табл. 6 [7]. Этот тип энергетического баланса соответствует применению первого закона термодинамики к изотермической системе при Ь',. = О. Поступающая энергия рассчи~ывается по максимальной теплоте сгорания древесины, равной 2200 кДж7кг сухой массы.
Выходящая энергия рассчитывается по максимальной теплоте сгорания топливной жидкости (28377 кДж7кг), углистого вещества (30 703 кДж/кг) и физическому теплу образовавшихся газов и охлаждающей воды при температуре 25'С. Теплота, покидакнпая систему, представляет собой тепловые и механические потери. Первый закон термодинамики может быть записан в виде (9) Нрх — Нъых+ е. Пиролизно-газификациоиная система. Энергетический баланс пиролнзно-газификационной системы (рис. 2) приведен в табл. 7 [6].
Для энергетического баланса реактора первой ступени и реактора 351 Технические н экономические аспекты 350 Часть 1П Подача Васина» древес»на 269,8 350,4 92,2 11,2 иа 45,6 30,0 41,1 840,1 Нз + мя = Н2 + Н15 2151,4 + 21,7 = 936,3 + 302,8, 2!73,1 ы !239,1(10' кал) Поток свергни выкод Реактор первой сг!пени Нг (298 К) Нк (598 К) (АЛ» = 4730) 0,0 Не (699 К) Н (325,7 К) !218,9 270,4 122 Пиролизно-газифвкациовный реактор Н„(879,6 К) Нт (1273 К) (ЬНе = 3796) !2» 2151,4 21,7 (10) Таблица 6.
Общий зиергетвческвй баланс системы парадиза древесвны Выход Тсвливиаа жидкость Углвстое вещество Сырье для сушилки Сырье для котельной Тепло израсходсваииое охлаждение Тепловые потери Различные потери Итого Ч . Д р од г на расчета 1000 тгстт огдгнчг сарае; 10 кдн2». Табдаца 7. Энергетический баланс пироднзно-газнфикагшоииой си- стемы прим мак данные н5агигдатеа нт в«ченч 1ВВ»г часа дрсаееннн дра теаастнтурс Ж К; . Ю ка». пнролизной газификации соответственно имеем Нт+ Нс= Нк+ Нт+ Яр, О+ 1218,9 = (936,3+ 2704+ 122)(100 кал) 12! 8,9 = 1218,9(100 кал) где Н, — энтальпия первого потока.
Она равна нулю, поскольку относится к базовой температуре; Н,-энтальпия второго потока, которая учитывает физическое тепло древесины при !000'С плюс физическое тепло и скрытую теплоту испарения при той же температуре; Д вЂ тепловые потери в количестве 1; общего тепла, подводимого к реактору; Нз-теплота газа, выходящего из нагревательной рубашки реактора: Энергетический баланс будет полным, если к поступающим потокам энеРгии (Н, + Н„) добавить 23Нр„кан„1 ЛНреккшгн — — Нт (»3Н;) — Н, (ЛН;) = 4730 - 3796 = 934(10 кал).
(12) Энтальпии потоков так же, как и для первого реактора, были рассчитаны исходя из физического тепла при данной температуре, при этом Д„ была принята равной !% поступающего тепла, 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ К.П.Д. СИСТЕМЫ Биомасса представляет собой сырье, которое может быль использовано в качестве источника энергии. При этом должны производиться самые необходимые энергоемкие продукты либо продукты, производство ко- торых оказывается наиболее экономически оправданным (141, 3.1.
Крнтернц Для сравнения различных систем переработки биомассы надо определить их границы и основу. 1. Граница системы. Было принято, что система для завода, производящего топливо, включает все операции от приема биомассы у ворот завода до подготовки конечного продукта для транспортирования по назначению. Если система предназначена для производства энергии (водяной пар, электричество), то ее границы должны «отражать» эту энергетическую форму при выходе. Точки, в которых масса или энергия пересекает границы системы, должны быть четко определены.
2. Основа. Для составления материального баланса должен быть известен состав биомассы в момент ее получения у ворот завода или в момент ее подачи в первый аппарат установки, если произошли значительные изменения в составе в период хранения. Для технологического процесса приемлем любой удобный период времени. При расчете энтальпии также надо определить параметры стандартного состояния при 298 К, включая все компоненты. 353 352 Технические в экономические аспекты Часть РП ! ге ТОЕ>оитстиаяол ВНЕреия Полученная энергия (! 3) е— Введенная в систему энергия , 'Топливо аьгпой пар ! ) 1 >!Зестемат ц - г--> ь--- ------э> Рис. 4.
Гранины систем преобразования биомассы для подсчета к,п.д, процесса. Таблица 8. Энергетический баланс по потокам общего процесса превраще- ния (рис, 4) 3 Че= 2+а+Р+Т' (!4) Эиериекб>реке Номер потока Поти топлива 3 "'= 2+(а/Чр)+ ()3!Ъ)+7' (! 5) Авторы [5, 17; 18] определяют к.п.д. как Высшая теплота сгорания Энергия, затраченная на прополученного продукта изводство конечного продукта Че Высшая теплота сгорания сырья (17) Этот к. и.д. называют тепловым, так как для сравнения используется теплота сгорания топлива. То же самое относится и к.
п.д. котельной )'!6], Однако тепловой к.п.д. не рекомендуется использовать для сравнения энергии, вводимой в систему по производству топлива или энергии, Следует иметь в виду, что определение >)к основано на произвольно 3.2. Тепловой и энергетический к.ц. д. К.п,д. системы является функцией ее границ и, что более важно, инженерной предпочтительности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
