آیا گرم کردن ریبویلر با بخار بیش از حد منطقی است؟
Thread Content
همانطور که در عنوان ذکر شد، در طراحی توربینهای تقطیر، کاربران از بخارات اضافهدمای ۰.۵۵ MPa برای گرم کردن ریفریژراتور استفاده میکنند؛ معمولاً از بخارات اشباع نیز استفاده میشود. آیا استفاده از بخارات اضافهدما مشکلی دارد؟ از استادان عزیز خواهشمندم راهنمایی کنند! متشکرم!۱. مصرف انرژی: محاسبه آن ساده است؛ با فرض اینکه تمام بخار اضافی در تبادلکنندههای حرارتی تبدیل به آب شود، میتوان نیاز حرارتی فرآیند را برآورده کرد. مقدار بخار مورد نیاز W=Q/r=1000*3600/2297=1567 کیلوگرم در ساعت خواهد بود. این مقدار در مقایسه با میزان قبلی که ۱۷۳۵ کیلوگرم در ساعت بود، ۱۷۳۵-۱۵۶۷=۱۶۸ کیلوگرم کمتر است؛ یعنی کاهش ۹.۷٪، که نزدیک به ۱۰٪ است. لولهکشیها و شیرهای مربوط به بخار نیز میتوانند همانگونه استفاده شوند. . رهبر گوش داد و گفت: «واو، مصرف کاهش یافته، شیرهای لولهها هم میتوانند دوباره استفاده شوند؛ این خوب است.» (ببخشید رهبر، چون معمولاً مسائل بد را در انتها مطرح میکنیم.) . ۲. شاخصهای فرآیندی: ابتدا باید بررسی کنید که آیا سطح تبادل حرارت E101 کافی است یا خیر؛ یعنی آیا سطح تبادل حرارت E101 که از بخار اضافی استفاده میکند، مطابق با الزامات فرآیندی است یا نه. در غیر این صورت، اعداد مربوط به مصرف انرژی که در مرحله ۱ محاسبه شدهاند، بیمعنا خواهند بود. به دلیل استفاده از بخار با دمای بالا، در E101 لزوماً بخش گرمای ظاهری و بخش گرمای نهفته وجود دارد؛ یعنی بخار تنها پس از مصرف انرژی حرارتی ناشی از دمای بالای ۱۰۰ درجه سانتیگراد، میتواند تبخیر شود. این فرآیند به دو مرحله تقسیم میشود: بخار ۲۶۲ درجه سانتیگراد → بخار ۱۶۲ درجه سانتیگراد → آب ۱۶۲ درجه سانتیگراد؛ مرحله اول مربوط به گرمای ظاهری و مرحله دوم مربوط به گرمای نهفته است. اگر بار حرارتی ثابت باقی بماند، یعنی همچنان ۱۰۰۰ کیلووات، باید بار حرارتی هر یک از این دو بخش را جداگانه محاسبه کرد:
برای بخش گرمای ظاهری: میانگین گرمای جنبشی در دماهای ۲۶۲ درجه سانتیگراد و ۱۶۲ درجه سانتیگراد را در نظر میگیریم:
Cp = (۲.۵۱۲۹ + ۲.۱۰۴۷) / ۲ = ۲.۳۰۸۸ کیلوجول بر کیلوگرم·درجه سانتیگراد.
بار حرارتی Q1 = WCpΔT = ۱۵۶۷ × ۲.۳۰۸۸ × ۱۰۰ = ۳۶۱٬۸۴۲ کیلوجول بر ساعت، که معادل ۱۰۱ کیلووات است؛ یعنی تقریباً ۱۰٪ از کل بار حرارتی ; مرحله گرمای نهفته: ساده است؛ ۱۰۰۰ – ۱۰۱ = ۸۹۹ کیلووات. با کسر مقدار مربوط به گرمای ظاهری، مقدار مورد نیاز برای این مرحله به دست میآید؛ این مقدار ۹۰٪ از بار حرارتی کل را تشکیل میدهد. محاسبه مساحت مورد نیاز: به طور ساده، مرحله گرمای نهفته ۹۰٪ از کل مساحت را اشغال میکند؛ این مرحله دقیقاً مشابه شرایط عملیاتی اصلی است، بنابراین میتوان ۱۰٪ تخفیف داد. در نتیجه، F = ۴۰ × ۹۰٪ = ۳۶ متر مربع. یعنی از مجموع ۴۰ متر مربع مساحت مورد نیاز برای تبادل حرارت، ۳۶ متر مربع مربوط به مرحله گرمای نهفته و ۴ متر مربع مربوط به مرحله گرمای ظاهری خواهد بود. آیا این مقدار میتواند نیاز فرآیند تبدیل ۲۶۲ بخار به ۱۶۲ بخار را برآورده کند؟ محاسبه بخش گرمای ظاهری نیز دشوار نیست؛ انتخاب مقدار ضریب انتقال حرارت کل نیازمند تجربه است. به طور کلی، ضریب انتقال حرارت در سمت فاز گازی بسیار پایین است. دلیل اینکه ضریب انتقال حرارت کل در روش E101 تا ۵۰۰ میرسد، بسیار ساده است: در یک سمت تبخیر بخار و در سمت دیگر تبخیر محلول اشباع صورت میگیرد؛ هر دو فرآیند، فرآیندهای تغییر فاز هستند و ضرایب لایه انتقال حرارت در هر دو سمت بسیار بالاست. با استفاده از بخار بیشحرارتی، مقدار ضریب لایه انتقال حرارت در سمت بخار بیشحرارتی حدوداً در محدوده دهها است و به سختی میتواند از ۱۰۰ فراتر رود. ضریب انتقال حرارت کل معمولاً توسط سمتی با مقدار پایینتر تعیین میشود؛ حتی اگر مقدار ضریب انتقال حرارت در سمت تبخیر محلول اشباع بالا باشد، فایدهای ندارد. در اینجا میتوانید با مقدار K=100 محاسبه کنید؛ در هر صورت این یک محاسبه تخمینی برای بررسی است، و اگر شبیهسازی ناموفق شد، مشکلی نیست؛ خطای مجاز وجود دارد. بار حرارتی مشخص است؛ شما ضریب انتقال حرارت کل را ۱۰۰ در نظر گرفتهاید. تفاوت دماهای باقیمانده را میتوان محاسبه کرد؛ در اینجا باید از تفاوت دمای میانگین لگاریتمی استفاده کرد. تفاوت دمای سمت سرد: ۱۶۲ – ۱۱۲ = ۵۰ درجه سانتیگراد؛ تفاوت دمای سمت گرم: ۲۶۲ – ۱۱۲ = ۱۵۰ درجه سانتیگراد. تفاوت دمای لگاریتمی T برابر است با: (۱۵۰ – ۵۰) / ln(۱۵۰/۵۰) = ۹۱ درجه سانتیگراد. توجه داشته باشید که تفاوت دما اهمیت زیادی دارد؛ در ادامه درباره آن صحبت خواهد شد. F=Q/(TxK)=101×1000/(91×100)=11 متر مربع؛ یعنی برای برآورده کردن نیازهای مربوط به انتقال حرارت، به ۱۱ متر مربع سطح تبادل حرارت نیاز است. بنابراین، برای برآورده کردن نیازهای مربوط به استفاده از بخار داغ، به ۱۱+۳۶=۴۷ متر مربع سطح تبادل حرارت نیاز است. اما E101 تنها ۴۰ متر مربع سطح تبادل حرارت دارد؛ این موضوع مشکلاتی را برای بخشهای مربوط به بهسازی فنی و مدیران ایجاد کرده است. این E101 فعلی چه بار حرارتیای میتواند داشته باشد؟ ۱۱ متر مربع برای خنک کردن بخار فراگرم شده است؛ بنابراین ۲۹ متر مربع باقیمانده میتواند بار حرارتی مورد نیاز را تأمین کند. مقدار این بار حرارتی برابر است با:
Q2 = FxKxT = ۲۹ × ۵۰۰ × ۵۰ = ۷۲۵٬۰۰۰ وات = ۷۲۵ کیلووات.
یعنی پس از استفاده از بخار فراگرم شده، دستگاه E101 تنها میتواند بار حرارتی حداکثری Qmax = ۱۰۱ + ۷۲۵ = ۸۲۶ کیلووات را تأمین کند (مقدار K برابر ۱۰۰ در نظر گرفته شده است). در مقایسه با الزامات فرآیندی که نیاز به ۱۰۰۰ کیلووات دارد، میزان کمبود ۱ – ۸۲۶/۱۰۰۰ = ۱۷.۴٪ است. به عبارت دیگر، میزان تبخیر در سمت محیط، ۸۲ درصد از حد ممکن است؛ البته این مقدار در صورتی است که مقدار K برابر ۱۰۰ باشد. معمولاً مقدار K به سختی میتواند بالاتر از ۱۰۰ باشد. . رهبر به طور ناخودآگاه از شما میپرسد: دمای بخار را بالاتر ببرید، ممکن است؟ چه کسی مقرر کرده که فقط باید از جریان ۱۵۶۷ کیلوگرم در ساعت استفاده کنید؟ آیا استفاده از جریان ۲۰۰۰ کیلوگرم در ساعت مشکلی دارد؟ هر ساعت دو تن بخار، کارخانه فرعی ما توان پرداخت آن را دارد؛ پول مشکلی نیست. . رهبر واقعاً آدمی است که به همه چیز رسیدگی میکند؛ هرچند فریاد میزند، اما آنچه باید محاسبه شود، حتماً محاسبه خواهد شد. در چنین شرایطی، میتوان محدودیتهای لازم برای محاسبه را تعیین کرد؛ یعنی شرایط حداکثری عملکرد دستگاه را مشخص کرد. برای E101، وضعیت «۲۶۲ بخار → ۱۶۲ بخار → ۱۶۲ آب» یک وضعیت طبیعی است؛ اما وضعیت غیرطبیعی دیگر (که رهبر به دنبال آن است) این است که بخار بیش از حد گرم شده و اصلاً تبخیر نشود؛ در این صورت، تنها از گرمای ظاهری برای گرم کردن استفاده میشود. پس چه مقدار بخار لازم است؟ W=Q/(Cp·t)، در اینجا Q مقدار ۱۰۰۰ کیلووات است، گرمای خاص را میتوانید ۲.۳۰۸۸ کیلوژول بر کیلوگرم در درجه سانتیگراد در نظر بگیرید. تفاوت دما چقدر است؟ نمیدانم؛ اگر نمیدانیم، میتوانیم مقداری را تعیین یا تخمین بزنیم. دمای اضافی بخار شما ۱۰۰ درجه سانتیگراد است؛ این بیشترین تفاوت دماست. از آنجایی که بخار منجمد نمیشود، باید محاسبه کنیم که چه مقدار بخار اضافی لازم است W=1000×3600/(2.3088×100)=15592 کیلوگرم/ساعت، یعنی مصرف بخار ۱۵.۶ تن در ساعت است. . . آیا این مقدار درست است؟ ؟ Q=WCpt فرمول محاسبه انرژی شماست، اما در عین حال Q=FKT؛ این مقدار، محدودیتی است که اختلاطکن برای Q تعیین کرده است. برای انرژی حرارتی، مقدار مشخصی وجود دارد که نمیتوان از آن فراتر رفت (بیشترین تفاوت دمایی قابل دستیابی توسط E101، ۲۶۲–۱۱۲=۱۵۰ درجه سانتیگراد است). Qmax=۴۰×۱۵۰×۱۰۰=۶۰۰ کیلووات؛ این مقدار تنها ۶۰٪ از بار حرارتی ۱۰۰۰ کیلوواتی E101 است. این خوب نیست؛ یعنی مقدار بخار تولید شده، ۱۵.۶ تن در ساعت، قابل استفاده نیست. با این مقدار بخار، اختلاطکن نمیتواند کار کند؛ سطح ۴۰ متر مربعی موجود، مانند یک بزرگراه است؛ حداکثر ظرفیت عبور، بر اساس باریکترین بخش جاده محاسبه میشود. در قسمتهای پشتی، چهار لاین رانندگی وجود دارد (مقدار بخار تأمین شده بسیار زیاد است)، اما در قسمت جلویی، تنها دو لاین رانندگی وجود دارد (سطح ۴۰ متر مربعی)؛ سرعت حداکثری ۱۲۰ کیلومتر در ساعت است؛ ظرفیت عبور محدود است (مقدار بخار عبوری نیز دارای حداکثری است)؛ حتی اگر هشت لاین رانندگی وجود داشته باشد، باز هم نمیتوان از آن عبور کرد (مقدار بخار تأمین شده، تنها ۶۰٪ از بار مورد نیاز را پوشش میدهد…). . . در واقع، محاسبات دقیق باید پس از نوشتن WCpt = FKT، با روش تلاش و خطا انجام شود؛ زیرا در اینجا دو متغیر وجود دارد: میزان مصرف بخار W و تفاوت دما t (که t کاهش دمای بخار فراگرم شده است و T، تفاوت دمای میانگین لگاریتمی مبدل حرارتی است؛ با تعیین t، T نیز مشخص میشود). بنابراین نیاز به محاسبه با روش تلاش و خطا وجود دارد (چگونه میتوان یک معادله با دو متغیر ناشناخته را حل کرد؟) مهارتهای ریاضی شما چطور است؟ )، اما نیازی به استفاده از روش پردازش پیچیدهی تست-خطا نیست. صرفنظر از شرایط کاری بخار و اینکه آیا تبخیر میشود یا خیر، دستگاه E101 شما قادر به برآورده کردن الزامات توان ۱۰۰۰ کیلوواتی در شرایط عادی نیست. حداکثر بار حرارتی که میتواند تحمل کند، در صورتی که بخار بیشفشار تبخیر شود، تا ۸۲٪ از مقدار اصلی خواهد بود؛ و در صورتی که بخار بیشفشار تبخیر نشود، حداکثر میزان توانی که میتواند تحمل کند ۶۰٪ خواهد بود. اینها محدودیتهای موجود در محاسبات فنی هستند و همان پاسخی است که مدیران از شما انتظار دارند. باید به مدیرتان که به پول اهمیت نمیدهد بگویید که حتی اگر بخار با سرعت ۱۰۰ تن در ساعت هم فراهم شود، فایدهای ندارد؛ زیرا وسعت E101 همانطور است که هست، و ما فقط دو باند جاده برای حرکت خودروها ساختهایم که کافی نیست! حتی اگر رئیستان یک بیامو X5 به شما بدهد، در جادههای روستایی که همهجا دوربین وجود دارد و سرعت مجاز آن ۴۰ کیلومتر در ساعت است، شما هم مجبورید با سرعت ۴۰ کیلومتر در ساعت رانندگی کنید، درست است؟ (رهبر در دلش لرزید؛ من تازه برای معشوقهام که در ویلای حومه زندگی میکند، یک خودروی X5 خریدم؛ آیا این پسر این را دیده است؟) بعداً او را تنبیه میکنم! ! درام شدت میگیرد! حالا متوجه شدید که چرا در شرایط دادهشده، بار حرارتی مаксیمum، Qmax=1000kW، در نظر گرفته شده است؟ ؟ اغلب، دادههای مربوط به عملکرد واقعی انتقال حرارت، به سختی میتوانند به مقدار Qmax برسند؛ زیرا فاصلهای برای طراحی در نظر گرفته شده است. به عبارت دیگر، وظیفه شما این است که این فاصله را کشف کنید، متوجه شدید؟ اوه، خدایا، ما در حال گرم کردن مواد حساس به دما هستیم؛ این مواد نسبت به تغییرات دما حساسند و نمیتوانند تفاوت دمای زیادی داشته باشند. . . . . . داستان را میتوان غنیتر کرد. . . . . . ۳. ایمنی تجهیزات: آخرین مسئله این است که تفاوت دمای واقعی در E101 تنها ۵۰ درجه سانتیگراد است. در انتقالکنندههای حرارتی نوع لولهای معمولی، هنگامی که تفاوت دمای سمتهای سرد و گرم بیشتر از ۶۰ درجه سانتیگراد میشود، نیاز به استفاده از تجهیزات انبساطی برای رفع مشکل انبساط تجهیزات وجود دارد؛ اما E101 فعلی فاقد چنین تجهیزاتی است. در صورت استفاده از بخار بیش از حد، حتی اگر مواد تشکیلدهنده E101 مشکلی نداشته باشند و بتوانند دمای ۲۶۲ درجه سانتیگراد را تحمل کنند، E101 به دلیل عدم وجود تجهیزات انبساطی، قادر به تحمل تفاوت دمایی تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد (۱۵۰ درجه سانتیگراد در سمت گرم و ۵۰ درجه سانتیگراد در سمت سرد) نیست؛ تنش ناشی از این تفاوت دما بسیار شدید است! دستگاه ریسک بسیار زیادی دارد! ! اگر با تنشهای ناشی از تفاوت دما آشنا نیستید، میتوانید از دوستانی که در زمینه تجهیزات متخصص هستند مشورت بگیرید؛ اگر در کارخانه هستید، باید از تکنسینهای تجهیزات سؤال کنید تا ببینید تفاوت دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد چه پیامدهای جدیای برای E101 خواهد داشت. . اوه، این ترموایزر ما یک ترموایزر نوین و پیشرفته است؛ به بخشهایی مثل لولههای تنشخور و غیره نیازی نیست. . . . . . مشکلی از نظر ایمنی تجهیزات وجود ندارد، مورد سوم را حذف کنید؛ میتوان در داستان هم محتوا را کم کرد. . . . . . حساب کردیم، نوشتیم، دربارهی فرآیند هم چیزهای زیادی گفتیم؛ حالا باید نتیجه و پیشنهادات را هم ارائه دهی، مگر نه؟ ؟ فرآیند محاسباتی به تنهایی کافی است تا به این نتیجه برسید: استفاده از بخار بیشدما نمیتواند بار فرآیند اصلی را برآورده کند؛ به عبارت دیگر، باعث کاهش بار عملیاتی خواهد شد و خود تجهیزات نیز در معرض خطرات جدی قرار خواهند گرفت. تنشهای ناشی از اختلاف دمای زیاد نسبت به طراحی اصلی، قطعاً به E101 آسیب خواهد رساند. . . رهبر چهرهای درهم کشیده دارد؟ ؟ ؟ ؟ نگران نباشید، پیشنهاد را باید داد. . . . . اگر از بخار بیشدما استفاده شده باشد، دستگاه E101 فعلی به دلیل کافی نبودن سطح تبادل حرارت باید تعویض شود و نیاز به طراحی و ساخت مجدد دارد؛ هزینههای آن بسیار زیاد است. مدیران قطعاً خواهند گفت که این کار زمانبر و پرزحمت است. آیا روش سادهتری وجود دارد؟ بله، قبل از ورود به E101 میتوان یک دستگاه کاهنده دما و افزایشدهنده رطوبت اضافه کرد تا بخار بیشدما شده اشباع شود. دستگاههای کاهنده دما و افزایشدهنده رطوبت، نمونههای بسیار آماده و تولیدکنندگان فراوانی دارند؛ کافی است یکی از آنها خریداری شود. در مورد آب مورد نیاز برای دستگاه کاهنده دما، میتوان مقداری از آب مرطوبشده در E101 گرفت. . . . . چشمان رهبر درخشید؛ این پسر حرف درستی زده بود. باید دقیقاً همانطور که او گفت عمل کرد. در پایان سال، کارخانه به خاطر عملکرد خوبش مورد تقدیر قرار خواهد گرفت و دستمزدش دو برابر خواهد شد؛ پس از دو سال نیز او به عنوان مدیر منصوب خواهد شد. سطح فنی او خوب است؛ حرفهایش منطقی و مستدل است. او از آن جوانان ناامنی نیست که بدون هیچ دادهای صحبت میکنند، پیشنهادی ندارند و راهحلی ارائه نمیدهند. اگر در آینده نیز موفق شود، میتواند دستیار من شود~~~~~~ این همان داستان شبیهسازیشده بود. . . . . . مهمترین نکته در نمایشنامههای سناریویی این است که شما به عنوان شخصیت اصلی، باید خودتان محاسبات لازم را انجام داده و اعداد مربوطه را مشخص کنید؛ تنها در این صورت میتوانید درک کلی از تمام احتمالات داشته باشید. بدون محاسبه، چطور میتوانید بفهمید که سطح تبادل حرارت کافی نیست، یا چطور میتوانید بدانید که تفاوت دما تا ۹۱ درجه سانتیگراد است؟ تجربهای که افراد باتجربه میتوانند به شما بدهند این است: بخار فراگرم در E101 دارای بخشی با گرمای نمایی است؛ این امر باعث کاهش وسعت بخش مربوط به گرمای پنهان میشود و ممکن است وسعت E101 کافی نباشد. همچنین، بخار فراگرم باعث افزایش تفاوت دما میشود و این امر میتواند خطرات زیادی برای تجهیزات ایجاد کند. در مورد این «شاید» و «امکان»، افراد باتجربه به طور غیرمستقیم به شما میگویند که بدون انجام محاسبات، حتی خودشان نیز مطمئن نیستند؛ شما باید خودتان محاسبات را انجام دهید، چرا که افراد باتجربه جای شما محاسبه نخواهند کرد. . چرا مساحت کافی نیست؟ ؟ خطرات دیگر کجاست؟ ؟ تو را در نظر نمیگیریم؛ حرفهای افراد باتجربه را سه روز بعد فراموش خواهی کرد. حتی اگر سه روز هم فراموش نکنی، پس از سی روز قطعاً فراموش خواهی کرد. علاوه بر این، وقتی مدیران یا افراد بخش بهبود فنی از تو سؤال کنند، گیج خواهی شد (فکر نکن که آنها احمق هستند؛ اگر اطلاعات لازم را نداشته باشی، طبیعتاً نگران خواهی شد و حتماً لو خواهی داد!). اگر نتوانی ارقام لازم را ارائه دهی، تنها چیزی که میتوانی بگویی این است: «استادم گفته است؛ یا اینکه خودتان از او بپرسید.» ؟ رهبر قطعاً از شما میخواهد که در عرض سه ثانیه بروید… در مورد اینکه چرا نویسنده تازهکار است، دلیلش بسیار ساده است: علاوه بر اینکه فشار بخار اشباع را، چه فشار نسبی و چه فشار مطلق، نوشته نشده، دمای اضافه نیز مشخص نشده است نمیگویید، پارامترهای اختلاف دما چیست؟ مساحتش چقدر است؟ بار حرارتی در حین کار چقدر است؟ نمینویسم، اختلاف دمایی در چه شکلی است؟ خدا میداند، آیا مواد میتوانند تفاوت دمای بالایی را تحمل کنند؟ نمیدانم. . . . . از آنجایی که سؤال مطرح شده، ابتدا باید یاد بگیرید که سؤال را به خوبی توصیف کنید. همچنین باید جدیتر باشید؛ یک تازهکار چگونه درباره این موضوع فکر میکند و در فرآیند تفکر، موانع شما چیست؟ آیا اصول شیمی صنعتی را یاد نگرفته، یا نمیتواند محاسبات را انجام دهد، یا تنبل است و بلافاصله از معلمان درخواست کمک میکند. . . . . اگر مشکلات مشخص نباشند و افکار سامان نیابند، چطور میتوان کارها را سامان داد؟ غذا، خیلی بد است. . . . یا میتوان گفت تنبل، خیلی تنبل. . . . تنبلی نکنید، محاسبه کنید؛ با این کار شما یک متخصص خواهید شد. پس از آن، هرگز نخواهید توانست آن را در طول ۳۰۰ روز فراموش کنید. فرآیند محاسبه بسیار دشوار است؛ درک پارامترهای اچالتیهای مورد استفاده نیز شاید فرآیندی دردناکتر باشد. . . . . . . البته این نوع محاسبات نیازمند تجربه است؛ فرآیند کسب این تجربه، همان فرآیند محاسبات است، و این فرآیند، راهی برای تبدیل شدن از یک تازهکار به یک فرد باتجربه است. هیچکس از بدو تولد نمیتواند فردی باتجربه باشد. . در دستم تصادفاً یک دفتر یادداشت کتابخوانی وجود دارد که چند سال پیش معلم زبان به دختری در کلاس هفتم تهیه کرده بود؛ آن را برای نویسنده این پست میفرستم: متن اصلی زبان کهن – «کونگ چونگزی • جو وی»: آمده است: «یو، تانگ، ون، وو و ژو گونگ، با تلاش و کوشش فراوان، گاهی بازوهایشان شکسته میشد و گاهی پشتشان خمیده میگشت؛ اما آنها نیز افرادی مقدس بودند.» ” یادداشت معلم – «تفکر پیوسته» البته به «تلاش فیزیکی» نیز نیاز دارد؛ کار بسیار سختی است، وگرنه چطور میتوان به «قداست» رسید؟