¿Es razonable utilizar vapor sobrecalentado para calentar el reboiler?
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Como indica el título, en el diseño de las columnas de destilación, los usuarios suelen utilizar vapor sobrecalentado a 0.55 MPa para calentar el reboiler; generalmente se utiliza vapor saturado. ¿Existen algún problema al utilizar vapor sobrecalentado? ¡Por favor, que los profesores nos den algunos consejos! ¡Gracias!
¿Tiene algún impacto la gran diferencia de temperatura y las altas temperaturas en el medio utilizado en el proceso?
El principio del reboiler es proporcionar una fuente de calor a la columna de destilación, con el fin de evaporar aún más los componentes ligeros presentes en el producto que se encuentra en la parte inferior de la columna. Cuando la diferencia de temperatura es grande, aumenta la evaporación de los componentes pesados, lo cual no es favorable para el control de la destilación. Además, si el producto de la parte inferior de la columna contiene componentes que pueden formar coque, una temperatura demasiado alta provocará su formación
Algunos medios se degradan o forman coque debido al sobrecalentamiento local; en esos casos es cuando se necesita despresurizar, enfriar y saturar el medio; de lo contrario, no es necesario.
Creo que la calefacción indirecta es posible por ese motivo
Si el medio que se calienta no teme a las altas temperaturas, debería estar bien (el vapor sobrecalentado a 0,55 MPA generalmente no supera los 300 grados). Sin embargo, en la práctica, los intercambiadores de calor tienden a presentar fugas.
¿Es mejor el efecto de transferencia de calor del vapor saturado o el del vapor sobrecalentado?
Este mensaje fue editado por última vez por arpcd el 24 de noviembre de 2016, a las 06:10. Parece que el autor del mensaje es aún un principiante (hay razones al final de este mensaje). Los problemas propios de los principiantes pueden describirse así: La planta subsidiaria xx, que pertenece a la fábrica principal xx, cuenta con un reboiler E101 que utiliza vapor saturado para calentar los materiales. Se trata de un intercambiador de calor de tipo tubular vertical (el tipo más simple de intercambiador de calor). El equipo funciona correctamente y está en buen estado. Actualmente, la fábrica principal está realizando reformas en su red de tuberías de vapor. Con el fin de evitar la formación de agua condensada durante el transporte a larga distancia del vapor, y así mejorar la eficiencia en su uso, se utilizará vapor sobrecalentado en las tuberías. La oficina de mejoras técnicas de la fábrica principal exige que cada planta subsidiaria evalúe sus propios equipos que utilizan vapor. Para coordinarse con la remodelación de toda la planta, el Departamento Técnico de la planta filial XX debe realizar cálculos de verificación para el E101; es decir, ¿es factible sustituir el vapor saturado que se utiliza actualmente por vapor sobrecalentado bajo las mismas condiciones de presión? Se realizan evaluaciones de factores como el consumo de energía, los indicadores del proceso y la seguridad de los equipos, a fin de que la Oficina de Mejoras Técnicas organice las labores de transformación posteriores. Para obtener una respuesta, puedes crear un caso similar al mencionado anteriormente y hacer los cálculos en la práctica para llegar a una conclusión: ¿de dónde proviene la experiencia de los expertos? Se calculó. . . . Comienza la representación teatral: Los parámetros del intercambiador de calor E101 y del vapor utilizado son los siguientes. Dado que se trata de un equipo en funcionamiento, todos estos valores corresponden a valores reales (esto es muy importante). El área de intercambio de calor es F=40 m2; el coeficiente total de transferencia de calor es Kmax=500 W/m2·℃. La diferencia de temperatura promedio para la transferencia de calor es T=50℃ (la temperatura de vaporización del medio intermedio es de 112℃). La carga térmica máxima que puede manejar el equipo en condiciones reales es Qmax=1000 kW ； El vapor utilizado es vapor saturado a 0,55 MPaG (presión manométrica). El vapor se condensa a la temperatura de saturación: P = 0,55 MPaG y T = 162 °C. Su entalpía específica es H = 2760 kJ/kg, y su calor específico a presión constante es Cp = 2,5129 kJ/kg·°C. La entalpía específica del agua saturada es H0 = 685 kJ/kg; por lo tanto, el calor latente de condensación del vapor es r = 2760 – 685 = 2075 kJ/kg. Bajo una carga térmica de 1000 kW, el consumo de vapor es W = 1735 kg/h. Y tú, como protagonista de esta obra teatral: el técnico de la planta XX, tu tarea es verificar si ese maldito E101 puede ser utilizado con vapor sobrecalentado. También debes evaluar el consumo de energía, los parámetros del proceso y la seguridad de los equipos. Todo esto forma parte de tus responsabilidades. Si no se logra completar el trabajo o no se hace bien, el jefe quedará insatisfecho, y seguramente mi evaluación de fin de año se arruinará ¡! Los parámetros del vapor sobrecalentado proporcionados por el equipo del Oficio de Mejoras Técnicas son los siguientes: P=0,55 MPaG, T=262 °C, grado de sobrecalentamiento de 100 °C, entalpía específica H=2981 kJ/kg, calor específico a presión constante Cp=2,1047 kJ/kg·°C y entalpía específica del agua saturada H0=685 kJ/kg. Por lo tanto, durante el proceso de condensación del vapor sobrecalentado en agua saturada, la suma del calor sensible y el calor latente es r=2981-685=2297 kJ/kg.
Abordemos uno por uno los tres problemas principales: consumo energético, indicadores del proceso y seguridad de los equipos.
1. Consumo energético: Es fácil de calcular. Suponiendo que todo el vapor sobrecalentado utilizado se condensa íntegramente en el intercambiador de calor, cumpliendo así con la demanda térmica del proceso, la cantidad de vapor consumida será W=Q/r=1000*3600/2297=1567 kg/h. En comparación con el consumo anterior de 1735 kg/h, esta cifra representa una reducción de 1735-1567=168 kg/h, lo que equivale a un descenso del 9,7%, casi el 10%. Las tuberías y válvulas de vapor existentes pueden seguir utilizándose sin problemas. . El líder escuchó y dijo: “Vaya, la consumo disminuye, además las válvulas de los tuberías pueden reutilizarse. Eso es algo bueno”. (Disculpe, líder; normalmente se mencionan las cosas malas al final). . 2. Indicadores de proceso: Primero, debe verificar si el área de intercambio térmico del E101 es suficiente; es decir, si el área de intercambio térmico del E101 que utiliza vapor sobrecalentado cumple con los requisitos del proceso. De lo contrario, los datos de consumo calculados en el punto 1 serán completamente irreales. Debido al uso de vapor sobrecalentado, en el E101 necesariamente se distinguen una etapa de calor sensible y una etapa de calor latente; es decir, el vapor solo puede condensarse después de haber agotado su sobrecalentamiento de 100 °C. Este proceso se divide en dos fases: vapor a 262 °C → vapor a 162 °C → agua a 162 °C. La primera fase corresponde al calor sensible y la segunda al calor latente. Si la carga térmica permanece constante, es decir, 1000 kW, calculemos por separado la carga térmica en cada una de las dos etapas: En la etapa de calor sensible: tomando los valores de capacidad calorífica específica a presión constante en 262 °C y 162 °C, Cp = (2,5129 + 2,1047) / 2 = 2,3088 kJ/kg·°C. La carga térmica Q1 = W·Cp·Δt = 1567 × 2,3088 × 100 = 361.842 kJ/h = 101 kW, lo cual representa aproximadamente el 10 % del total ； Etapa de calor latente: Es sencillo; 1000 - 101 = 899 kW. Basta restar este valor del total para obtener el calor sensible. Esta etapa representa el 90 % de la carga térmica total. Cálculo de verificación del área: De forma simplificada, la etapa de calor latente supone el 90 % del total. Dado que esta etapa es idéntica a las condiciones operativas originales, basta aplicar un descuento del 10 %. Por lo tanto, F = 40 × 90 % = 36 m². Es decir, de los 40 m² de área de intercambio térmico, 36 m² deben destinarse a la etapa de calor latente y los 4 m² restantes a la etapa de calor sensible. ¿Será suficiente esto para llevar a cabo el proceso de vapor a 262 °C → vapor a 162 °C? El cálculo de la fase de calor sensible tampoco es difícil. Para determinar el coeficiente total de transferencia de calor se necesita algo de experiencia. En general, el coeficiente de transferencia de calor en el lado de la fase gaseosa es muy bajo. La razón por la cual el E101 tiene un coeficiente total de transferencia de calor de hasta 500 es sencilla: por un lado hay condensación de vapor y, por otro lado, vaporización de una solución saturada. En ambos casos se trata de procesos de cambio de fase, por lo que los coeficientes de transferencia de calor son muy altos. Pero cuando se utiliza vapor sobrecalentado, el coeficiente de transferencia de calor en ese lado está en torno a unos pocos decenas; es difícil que supere los 100. El coeficiente total de transferencia de calor suele estar determinado por el valor más bajo. No sirve de nada que el coeficiente del lado donde ocurre la vaporización sea alto. Puede calcularse con K=100. De todos modos, se trata de una estimación preliminar; no importa si el resultado de la simulación no es perfecto, ya que existe un margen de error permitido. La carga térmica es conocida; se ha estimado un coeficiente de transferencia de calor total de 100. La diferencia de temperatura restante se puede calcular. Aquí se debe utilizar la diferencia de temperatura logarítmica media. Diferencia de temperatura en el extremo frío: 162 - 112 = 50 °C; diferencia de temperatura en el extremo caliente: 262 - 112 = 150 °C. La diferencia de temperatura logarítmica es T = (150 - 50) / ln(150/50) = 91 °C. Tenga en cuenta que esta diferencia de temperatura es crucial; se abordará más adelante. F = Q/(TxK) = 101×1000/(91×100) = 11 m². Es decir, se necesitan 11 m² de área de intercambio de calor para satisfacer los requisitos relacionados con el calor sensible. Por lo tanto, se requieren 11 + 36 = 47 m² de área de intercambio de calor para poder utilizar vapor sobrecalentado. Pero E101 solo cuenta con 40 m², lo cual representa un problema para el equipo encargado de las mejoras técnicas y para los líderes de la empresa. ¿Qué carga térmica puede soportar este E101 actual? Se utilizaron 11 m² de vapor sobrecalentado para reducir la temperatura; los 29 m² restantes pueden soportar una carga térmica de Q2 = FxKxT = 29 x 500 x 50 = 725,000 W = 725 kW. Es decir, después de utilizar el vapor sobrecalentado, el equipo E101 solo puede soportar una carga térmica máxima de Qmax = 101 + 725 = 826 kW (el valor de K de 100 representa el valor máximo). En comparación con los requisitos del proceso, que son de 1000 kW, la diferencia es del 17.4%. En otras palabras, la cantidad de vapor que puede ser utilizado es un 82% de lo necesario. Esto ocurre cuando K tiene un valor de 100; generalmente, este valor de K rara vez supera los 100. . El líder te pregunta inconscientemente: “¿Puedes subir la potencia del vapor?” ¿Quién dijo que solo se puede usar un caudal de 1567 kg/h? ¿Se puede usar 2000 kg/h? Podemos pagar por dos toneladas de vapor por hora en nuestra sucursal; el dinero no es un problema. . El líder es realmente un controlador obsesivo: aunque grite, lo que se debe calcular, se tiene que calcular. En estas situaciones, se pueden establecer límites para el funcionamiento del equipo; por ejemplo, para E101, 262 vapor → 162 vapor → 162 agua es una condición normal. Pero otra condición anormal (y el líder no tiene problemas de dinero, así que lo que quiere saber son las condiciones anormales) es cuando el vapor sobrecalentado no se condensa en absoluto, y solo se utiliza el calor latente para calentar. ¿Cuánto vapor se necesita en ese caso? W=Q/(Cp.t); aquí, Q es 1000 kW, y el calor específico se toma como 2,3088 kJ/kg·℃. ¿Cuál es la diferencia de temperatura? No lo sé. Si no lo sabemos, podemos dar un valor aproximado. La sobrecalentación del vapor podría ser de 100°C; ese es el valor máximo de diferencia de temperatura. Dado que el vapor no se condensa, ¿cuánto vapor sobrecalentado se necesita? W=1000x3600/(2.3088x100)=15592 kg/h; este es el consumo de vapor, que equivale a 15,6 toneladas/h. . . ¿Este valor es correcto? ？ Q=WCpt es la fórmula para calcular las calorías necesarias, pero al mismo tiempo, Q=FKT; esto representa el límite que impone el intercambiador de calor sobre el valor de Q. Existe un valor máximo para Q, relacionado con la caloría sensible: el mayor diferencial de temperatura que puede alcanzar E101 es 262-112=150°C. Por lo tanto, Qmax=40x150x100=600kW. Eso representa solo el 60% de la carga térmica que podría manejar E101, que es de 1000kW. No está bien; eso significa que solo se puede utilizar el 60% de la capacidad del intercambiador de calor. Con una superficie de 40 m², es como una autopista: la capacidad máxima de tráfico se calcula según la parte más estrecha del camino. Más adelante hay cuatro carriles (la cantidad de vapor suministrada es suficiente), pero en la parte más estrecha solo hay dos carriles (40 m²). La velocidad máxima permitida es de 120 km/h; esa es la capacidad máxima de paso del vapor. Incluso si hubiera ocho carriles, seguiría siendo imposible superar ese límite. La cantidad de vapor que se puede utilizar sigue siendo del 60% de la capacidad total. . . En realidad, el cálculo correspondiente debería realizarse mediante el método de prueba y error después de establecer que WCpt = FKT; esto se debe a que aquí hay dos variables: el consumo de vapor W y la diferencia de temperatura t (t representa la caída de temperatura del vapor sobrecalentado; T es la diferencia de temperatura media logarítmica en el intercambiador de calor; una vez determinado t, también se determina T). Por lo tanto, es necesario realizar un cálculo por prueba y error. (¿Cómo se resuelve una ecuación con dos incógnitas?) ¿Cómo es tu conocimiento de matemáticas? Pero ya no es necesario utilizar el complicado método de prueba y error. Independientemente de las condiciones en las que funcione el vapor, ya sea que se condense o no, la unidad E101 no podrá cumplir con los requisitos de 1000 kW. La carga térmica que puede manejar es, como máximo, del 82% de los valores originales, cuando el vapor sobrecalentado se puede condensar; mientras que, cuando el vapor sobrecalentado no se condensa, la capacidad máxima es del 60%. Estos son los valores límite en los cálculos técnicos, y también son las respuestas que los líderes esperan obtener de usted. Necesitas decirle a tu jefe, que no le falta dinero, que incluso si se suministra vapor a una tasa de 100 toneladas/hora, no servirá de nada. El área destinada a E101 ya está allí, y nosotros solo hemos construido dos carriles en esta carretera; eso no es suficiente Aun cuando usted, como líder, conduzca un BMW X5, en una carretera comarcal donde hay cámaras por todas partes y el límite de velocidad es de 40 km/h con control de velocidad por tramos, ¿no podría ir más rápido que 40, verdad? (El jefe se puso nervioso: acababa de regalarle a su amante, que vive en una villa en las afueras, un X5. ¿Lo habrá visto ese tipo?) ¡Vuelve y ocúpate de él! ¡! ¡La trama se intensifica! ) Ahora entienden por qué entre los datos conocidos hay una carga térmica máxima de Qmax=1000 kW, ¿verdad? ？ Con frecuencia, los datos reales de los intercambiadores de calor en funcionamiento difícilmente alcanzan el Qmax, ya que existe un margen de diseño. En otras palabras, su tarea ahora es aprovechar ese margen, ¿entiende? Oh, Dios mío, lo que estamos calentando son materiales sensibles a la temperatura; son muy delicados con las variaciones de temperatura, no se puede permitir que haya grandes diferencias de temperatura. . . . . . Se pueden añadir elementos a la trama. . . . . . 3. Seguridad del equipo: La última cuestión es que la diferencia de temperatura real en el E101 es de solo 50 °C. En los intercambiadores de calor de tipo tubo-cáscara, cuando la diferencia entre las temperaturas en los extremos caliente y frío supera los 60 °C, es necesario utilizar juntas de expansión para resolver el problema de la expansión del equipo. Sin embargo, el E101 actual no cuenta con tales juntas de expansión. Incluso si el material del E101 puede soportar temperaturas de hasta 262 °C, al no tener juntas de expansión, no puede resistir una diferencia de temperatura de hasta 100 °C entre los extremos caliente y frío (150 °C en el extremo caliente y 50 °C en el extremo frío). La tensión generada por esta diferencia de temperatura es enorme ¡Los equipos conllevan un riesgo enorme! ¡! Si no está familiarizado con las tensiones causadas por las diferencias de temperatura, puede consultar a alguien que sea experto en equipos. Si se encuentra en la fábrica, debería preguntarle al técnico encargado de los equipos qué consecuencias graves podría tener una diferencia de temperatura de 100°C para el E101. . Oh, nuestro intercambiador de calor es un modelo avanzado y de alta calidad; no se necesitan cosas como juntas de expansión ni manguitos adicionales. . . . . . La seguridad del equipo no es un problema; se puede omitir el punto 3. También se pueden reducir los detalles de la trama. . . . . . Ya se ha calculado y escrito todo, se ha explicado el proceso en detalle; ¿no deberías dar también una conclusión y algunas recomendaciones? ？ El proceso de cálculo ya es suficiente para llegar a la conclusión de que el uso de vapor sobrecalentado no permite satisfacer la carga del proceso original. En otras palabras, se verá reducida la capacidad de funcionamiento del equipo, y existe un riesgo enorme para él, ya que las diferencias de temperatura excesivas con respecto al diseño original seguramente causarán daños en el E101. . . ¿El líder con el ceño fruncido? ？ ？ ？ Tranquilo, todavía hay que dar las recomendaciones. . . . . Si se pretende utilizar vapor sobrecalentado, el modelo E101 actual debe ser reemplazado, ya que su área de intercambio térmico es insuficiente. Sería necesario rediseñarlo y fabricarlo de nuevo, lo cual implicaría un costo enorme. Los directivos seguramente dirán que eso requeriría mucho tiempo y esfuerzo. ¿Existe alguna forma más sencilla de hacerlo? Sí, antes de entrar en el E101 se debe añadir un humidificador-refrigerador para saturar el vapor sobrecalentado. Existen numerosas empresas especializadas y experimentadas en la fabricación de este tipo de equipos; basta con comprar uno. En cuanto al agua necesaria para el refrigerador, se puede tomar una pequeña cantidad del agua de condensación del E101. . . . . Los ojos del líder comenzaron a brillar; este chico tenía razón. Se hará tal como él dijo: al final del año, la fábrica será calificada como avanzada y su desempeño se duplicará. En un par de años, lo ascenderán a director. Tiene buen nivel técnico; sus argumentos son lógicos y bien fundamentados. No es uno de esos jóvenes poco confiables que hablan sin pensar, que no tienen datos para ofrecer, ni sugerencias que dar, ni medidas concretas que proponer. Si en el futuro demuestra ser competente, podría ser mi asistente~~~~~~ Eso es todo en cuanto a la trama simulada. . . . . . Lo más importante en este tipo de escenarios es que, como protagonista, debes hacer los cálculos necesarios y proporcionar los datos correspondientes. Solo así podrás tener una idea básica de todas las posibilidades. Si no haces esos cálculos, ¿cómo sabrás que el área de intercambio térmico es insuficiente? ¿Cómo sabrás que la diferencia de temperatura puede llegar a ser de 91 °C? La experiencia que pueden darte los veteranos es la siguiente: el vapor sobrecalentado presenta una fase de calor sensible en E101, lo cual reduce el área correspondiente a la fase de calor latente. Esto puede hacer que el área de E101 sea insuficiente. Además, el vapor sobrecalentado aumenta la diferencia de temperatura, lo que representa un gran riesgo para el equipo. En cuanto a esos “tal vez”, “posiblemente”, los veteranos simplemente quieren indicarte que, sin realizar cálculos, ellos tampoco lo saben. Tú mismo debes hacer los cálculos; los veteranos no lo harán por ti. . ¿Por qué no es suficiente el área? ？ ¿En qué radica el gran riesgo? ？ Tú no cuentas; en tres días ya habrás olvidado lo que dijo ese viejo. Incluso si logras recordarlo durante tres días, seguramente lo olvidarás también después de trescientos días. Además, cuando los jefes o las personas del departamento de mejoras técnicas te pregunten algo, estarás confundido. (No pienses que esos jefes y empleados son tontos; si no sabes las respuestas, naturalmente te pondrás nervioso y terminarás revelando todo). Si no puedes darles las cifras, solo podrás decir: “Eso fue lo que dijo mi jefe. ¿Por qué no le preguntan a él?” ？ El líder seguramente te hará salir en tres segundos… En cuanto a por qué el autor es un principiante, la respuesta es muy sencilla: además de escribir la presión de vapor saturado, sin indicar si se trata de presión relativa o absoluta, ¿cuál es el grado de sobrecalentamiento? Olvídalo, ¿cuáles son los parámetros del intercambiador de calor? ¿Cuál es el área? ¿Cuál es la carga térmica de funcionamiento? No escribir. ¿Qué forma tiene el intercambiador de calor? Dios sabe, ¿los materiales permiten grandes diferencias de temperatura? No lo sé. . . . . Ya que se trata de una pregunta, primero debes aprender a describir el problema con claridad. Sé más cuidadoso: ¿cómo consideraría este problema un principiante? ¿Cuáles son los obstáculos que encuentras en ese proceso de reflexión? ¿Es que no han estudiado los principios de la ingeniería química, no saben hacer los cálculos o simplemente son perezosos para hacerlos? Enseguida piden consejos a los profesores. . . . . Si los problemas no se aclaran, si el razonamiento no se organiza, ¿cómo podrá quedar claro el trabajo? El plato, muy malo. . . . O mejor dicho, perezoso, muy perezoso. . . . No seas perezoso, haz los cálculos. Una vez que lo hagas, serás un experto. Nunca podrás olvidarlo en 300 días. El proceso de cálculo es difícil; entender los parámetros de los intercambiadores de calor puede resultar aún más complicado. . . . . . . Por supuesto, este tipo de cálculos requieren experiencia. El proceso de adquirir esa experiencia y el proceso de hacer los cálculos es precisamente el proceso mediante el cual pasas de ser un principiante a ser un experto; nadie nace siendo ya un experto. . Por casualidad, tengo aquí unas anotaciones de lectura que el profesor de literatura preparó hace unos años para una alumna de primer año de secundaria. Se las ofrezco al autor del post: Texto original en chino – “Kong Congzi • Ju Wei”: Dice así: “Yu, Tang, Wen, Wu y el Duque de Zhou se esforzaron mucho en su trabajo; algunos incluso perdieron brazos o tuvieron la espalda encorvada. Aun así, fueron considerados santos”. ” Los comentarios escritos por el maestro: “Es necesario pensar con diligencia”, y también es preciso trabajar duro. De lo contrario, ¿cómo se puede llegar a ser un “santo”?
Abordemos uno por uno los tres problemas principales: consumo energético, indicadores del proceso y seguridad de los equipos.
1. Consumo energético: Es fácil de calcular. Suponiendo que todo el vapor sobrecalentado utilizado se condensa íntegramente en el intercambiador de calor, cumpliendo así con la demanda térmica del proceso, la cantidad de vapor consumida será W=Q/r=1000*3600/2297=1567 kg/h. En comparación con el consumo anterior de 1735 kg/h, esta cifra representa una reducción de 1735-1567=168 kg/h, lo que equivale a un descenso del 9,7%, casi el 10%. Las tuberías y válvulas de vapor existentes pueden seguir utilizándose sin problemas. . El líder escuchó y dijo: “Vaya, la consumo disminuye, además las válvulas de los tuberías pueden reutilizarse. Eso es algo bueno”. (Disculpe, líder; normalmente se mencionan las cosas malas al final). . 2. Indicadores de proceso: Primero, debe verificar si el área de intercambio térmico del E101 es suficiente; es decir, si el área de intercambio térmico del E101 que utiliza vapor sobrecalentado cumple con los requisitos del proceso. De lo contrario, los datos de consumo calculados en el punto 1 serán completamente irreales. Debido al uso de vapor sobrecalentado, en el E101 necesariamente se distinguen una etapa de calor sensible y una etapa de calor latente; es decir, el vapor solo puede condensarse después de haber agotado su sobrecalentamiento de 100 °C. Este proceso se divide en dos fases: vapor a 262 °C → vapor a 162 °C → agua a 162 °C. La primera fase corresponde al calor sensible y la segunda al calor latente. Si la carga térmica permanece constante, es decir, 1000 kW, calculemos por separado la carga térmica en cada una de las dos etapas: En la etapa de calor sensible: tomando los valores de capacidad calorífica específica a presión constante en 262 °C y 162 °C, Cp = (2,5129 + 2,1047) / 2 = 2,3088 kJ/kg·°C. La carga térmica Q1 = W·Cp·Δt = 1567 × 2,3088 × 100 = 361.842 kJ/h = 101 kW, lo cual representa aproximadamente el 10 % del total ； Etapa de calor latente: Es sencillo; 1000 - 101 = 899 kW. Basta restar este valor del total para obtener el calor sensible. Esta etapa representa el 90 % de la carga térmica total. Cálculo de verificación del área: De forma simplificada, la etapa de calor latente supone el 90 % del total. Dado que esta etapa es idéntica a las condiciones operativas originales, basta aplicar un descuento del 10 %. Por lo tanto, F = 40 × 90 % = 36 m². Es decir, de los 40 m² de área de intercambio térmico, 36 m² deben destinarse a la etapa de calor latente y los 4 m² restantes a la etapa de calor sensible. ¿Será suficiente esto para llevar a cabo el proceso de vapor a 262 °C → vapor a 162 °C? El cálculo de la fase de calor sensible tampoco es difícil. Para determinar el coeficiente total de transferencia de calor se necesita algo de experiencia. En general, el coeficiente de transferencia de calor en el lado de la fase gaseosa es muy bajo. La razón por la cual el E101 tiene un coeficiente total de transferencia de calor de hasta 500 es sencilla: por un lado hay condensación de vapor y, por otro lado, vaporización de una solución saturada. En ambos casos se trata de procesos de cambio de fase, por lo que los coeficientes de transferencia de calor son muy altos. Pero cuando se utiliza vapor sobrecalentado, el coeficiente de transferencia de calor en ese lado está en torno a unos pocos decenas; es difícil que supere los 100. El coeficiente total de transferencia de calor suele estar determinado por el valor más bajo. No sirve de nada que el coeficiente del lado donde ocurre la vaporización sea alto. Puede calcularse con K=100. De todos modos, se trata de una estimación preliminar; no importa si el resultado de la simulación no es perfecto, ya que existe un margen de error permitido. La carga térmica es conocida; se ha estimado un coeficiente de transferencia de calor total de 100. La diferencia de temperatura restante se puede calcular. Aquí se debe utilizar la diferencia de temperatura logarítmica media. Diferencia de temperatura en el extremo frío: 162 - 112 = 50 °C; diferencia de temperatura en el extremo caliente: 262 - 112 = 150 °C. La diferencia de temperatura logarítmica es T = (150 - 50) / ln(150/50) = 91 °C. Tenga en cuenta que esta diferencia de temperatura es crucial; se abordará más adelante. F = Q/(TxK) = 101×1000/(91×100) = 11 m². Es decir, se necesitan 11 m² de área de intercambio de calor para satisfacer los requisitos relacionados con el calor sensible. Por lo tanto, se requieren 11 + 36 = 47 m² de área de intercambio de calor para poder utilizar vapor sobrecalentado. Pero E101 solo cuenta con 40 m², lo cual representa un problema para el equipo encargado de las mejoras técnicas y para los líderes de la empresa. ¿Qué carga térmica puede soportar este E101 actual? Se utilizaron 11 m² de vapor sobrecalentado para reducir la temperatura; los 29 m² restantes pueden soportar una carga térmica de Q2 = FxKxT = 29 x 500 x 50 = 725,000 W = 725 kW. Es decir, después de utilizar el vapor sobrecalentado, el equipo E101 solo puede soportar una carga térmica máxima de Qmax = 101 + 725 = 826 kW (el valor de K de 100 representa el valor máximo). En comparación con los requisitos del proceso, que son de 1000 kW, la diferencia es del 17.4%. En otras palabras, la cantidad de vapor que puede ser utilizado es un 82% de lo necesario. Esto ocurre cuando K tiene un valor de 100; generalmente, este valor de K rara vez supera los 100. . El líder te pregunta inconscientemente: “¿Puedes subir la potencia del vapor?” ¿Quién dijo que solo se puede usar un caudal de 1567 kg/h? ¿Se puede usar 2000 kg/h? Podemos pagar por dos toneladas de vapor por hora en nuestra sucursal; el dinero no es un problema. . El líder es realmente un controlador obsesivo: aunque grite, lo que se debe calcular, se tiene que calcular. En estas situaciones, se pueden establecer límites para el funcionamiento del equipo; por ejemplo, para E101, 262 vapor → 162 vapor → 162 agua es una condición normal. Pero otra condición anormal (y el líder no tiene problemas de dinero, así que lo que quiere saber son las condiciones anormales) es cuando el vapor sobrecalentado no se condensa en absoluto, y solo se utiliza el calor latente para calentar. ¿Cuánto vapor se necesita en ese caso? W=Q/(Cp.t); aquí, Q es 1000 kW, y el calor específico se toma como 2,3088 kJ/kg·℃. ¿Cuál es la diferencia de temperatura? No lo sé. Si no lo sabemos, podemos dar un valor aproximado. La sobrecalentación del vapor podría ser de 100°C; ese es el valor máximo de diferencia de temperatura. Dado que el vapor no se condensa, ¿cuánto vapor sobrecalentado se necesita? W=1000x3600/(2.3088x100)=15592 kg/h; este es el consumo de vapor, que equivale a 15,6 toneladas/h. . . ¿Este valor es correcto? ？ Q=WCpt es la fórmula para calcular las calorías necesarias, pero al mismo tiempo, Q=FKT; esto representa el límite que impone el intercambiador de calor sobre el valor de Q. Existe un valor máximo para Q, relacionado con la caloría sensible: el mayor diferencial de temperatura que puede alcanzar E101 es 262-112=150°C. Por lo tanto, Qmax=40x150x100=600kW. Eso representa solo el 60% de la carga térmica que podría manejar E101, que es de 1000kW. No está bien; eso significa que solo se puede utilizar el 60% de la capacidad del intercambiador de calor. Con una superficie de 40 m², es como una autopista: la capacidad máxima de tráfico se calcula según la parte más estrecha del camino. Más adelante hay cuatro carriles (la cantidad de vapor suministrada es suficiente), pero en la parte más estrecha solo hay dos carriles (40 m²). La velocidad máxima permitida es de 120 km/h; esa es la capacidad máxima de paso del vapor. Incluso si hubiera ocho carriles, seguiría siendo imposible superar ese límite. La cantidad de vapor que se puede utilizar sigue siendo del 60% de la capacidad total. . . En realidad, el cálculo correspondiente debería realizarse mediante el método de prueba y error después de establecer que WCpt = FKT; esto se debe a que aquí hay dos variables: el consumo de vapor W y la diferencia de temperatura t (t representa la caída de temperatura del vapor sobrecalentado; T es la diferencia de temperatura media logarítmica en el intercambiador de calor; una vez determinado t, también se determina T). Por lo tanto, es necesario realizar un cálculo por prueba y error. (¿Cómo se resuelve una ecuación con dos incógnitas?) ¿Cómo es tu conocimiento de matemáticas? Pero ya no es necesario utilizar el complicado método de prueba y error. Independientemente de las condiciones en las que funcione el vapor, ya sea que se condense o no, la unidad E101 no podrá cumplir con los requisitos de 1000 kW. La carga térmica que puede manejar es, como máximo, del 82% de los valores originales, cuando el vapor sobrecalentado se puede condensar; mientras que, cuando el vapor sobrecalentado no se condensa, la capacidad máxima es del 60%. Estos son los valores límite en los cálculos técnicos, y también son las respuestas que los líderes esperan obtener de usted. Necesitas decirle a tu jefe, que no le falta dinero, que incluso si se suministra vapor a una tasa de 100 toneladas/hora, no servirá de nada. El área destinada a E101 ya está allí, y nosotros solo hemos construido dos carriles en esta carretera; eso no es suficiente Aun cuando usted, como líder, conduzca un BMW X5, en una carretera comarcal donde hay cámaras por todas partes y el límite de velocidad es de 40 km/h con control de velocidad por tramos, ¿no podría ir más rápido que 40, verdad? (El jefe se puso nervioso: acababa de regalarle a su amante, que vive en una villa en las afueras, un X5. ¿Lo habrá visto ese tipo?) ¡Vuelve y ocúpate de él! ¡! ¡La trama se intensifica! ) Ahora entienden por qué entre los datos conocidos hay una carga térmica máxima de Qmax=1000 kW, ¿verdad? ？ Con frecuencia, los datos reales de los intercambiadores de calor en funcionamiento difícilmente alcanzan el Qmax, ya que existe un margen de diseño. En otras palabras, su tarea ahora es aprovechar ese margen, ¿entiende? Oh, Dios mío, lo que estamos calentando son materiales sensibles a la temperatura; son muy delicados con las variaciones de temperatura, no se puede permitir que haya grandes diferencias de temperatura. . . . . . Se pueden añadir elementos a la trama. . . . . . 3. Seguridad del equipo: La última cuestión es que la diferencia de temperatura real en el E101 es de solo 50 °C. En los intercambiadores de calor de tipo tubo-cáscara, cuando la diferencia entre las temperaturas en los extremos caliente y frío supera los 60 °C, es necesario utilizar juntas de expansión para resolver el problema de la expansión del equipo. Sin embargo, el E101 actual no cuenta con tales juntas de expansión. Incluso si el material del E101 puede soportar temperaturas de hasta 262 °C, al no tener juntas de expansión, no puede resistir una diferencia de temperatura de hasta 100 °C entre los extremos caliente y frío (150 °C en el extremo caliente y 50 °C en el extremo frío). La tensión generada por esta diferencia de temperatura es enorme ¡Los equipos conllevan un riesgo enorme! ¡! Si no está familiarizado con las tensiones causadas por las diferencias de temperatura, puede consultar a alguien que sea experto en equipos. Si se encuentra en la fábrica, debería preguntarle al técnico encargado de los equipos qué consecuencias graves podría tener una diferencia de temperatura de 100°C para el E101. . Oh, nuestro intercambiador de calor es un modelo avanzado y de alta calidad; no se necesitan cosas como juntas de expansión ni manguitos adicionales. . . . . . La seguridad del equipo no es un problema; se puede omitir el punto 3. También se pueden reducir los detalles de la trama. . . . . . Ya se ha calculado y escrito todo, se ha explicado el proceso en detalle; ¿no deberías dar también una conclusión y algunas recomendaciones? ？ El proceso de cálculo ya es suficiente para llegar a la conclusión de que el uso de vapor sobrecalentado no permite satisfacer la carga del proceso original. En otras palabras, se verá reducida la capacidad de funcionamiento del equipo, y existe un riesgo enorme para él, ya que las diferencias de temperatura excesivas con respecto al diseño original seguramente causarán daños en el E101. . . ¿El líder con el ceño fruncido? ？ ？ ？ Tranquilo, todavía hay que dar las recomendaciones. . . . . Si se pretende utilizar vapor sobrecalentado, el modelo E101 actual debe ser reemplazado, ya que su área de intercambio térmico es insuficiente. Sería necesario rediseñarlo y fabricarlo de nuevo, lo cual implicaría un costo enorme. Los directivos seguramente dirán que eso requeriría mucho tiempo y esfuerzo. ¿Existe alguna forma más sencilla de hacerlo? Sí, antes de entrar en el E101 se debe añadir un humidificador-refrigerador para saturar el vapor sobrecalentado. Existen numerosas empresas especializadas y experimentadas en la fabricación de este tipo de equipos; basta con comprar uno. En cuanto al agua necesaria para el refrigerador, se puede tomar una pequeña cantidad del agua de condensación del E101. . . . . Los ojos del líder comenzaron a brillar; este chico tenía razón. Se hará tal como él dijo: al final del año, la fábrica será calificada como avanzada y su desempeño se duplicará. En un par de años, lo ascenderán a director. Tiene buen nivel técnico; sus argumentos son lógicos y bien fundamentados. No es uno de esos jóvenes poco confiables que hablan sin pensar, que no tienen datos para ofrecer, ni sugerencias que dar, ni medidas concretas que proponer. Si en el futuro demuestra ser competente, podría ser mi asistente~~~~~~ Eso es todo en cuanto a la trama simulada. . . . . . Lo más importante en este tipo de escenarios es que, como protagonista, debes hacer los cálculos necesarios y proporcionar los datos correspondientes. Solo así podrás tener una idea básica de todas las posibilidades. Si no haces esos cálculos, ¿cómo sabrás que el área de intercambio térmico es insuficiente? ¿Cómo sabrás que la diferencia de temperatura puede llegar a ser de 91 °C? La experiencia que pueden darte los veteranos es la siguiente: el vapor sobrecalentado presenta una fase de calor sensible en E101, lo cual reduce el área correspondiente a la fase de calor latente. Esto puede hacer que el área de E101 sea insuficiente. Además, el vapor sobrecalentado aumenta la diferencia de temperatura, lo que representa un gran riesgo para el equipo. En cuanto a esos “tal vez”, “posiblemente”, los veteranos simplemente quieren indicarte que, sin realizar cálculos, ellos tampoco lo saben. Tú mismo debes hacer los cálculos; los veteranos no lo harán por ti. . ¿Por qué no es suficiente el área? ？ ¿En qué radica el gran riesgo? ？ Tú no cuentas; en tres días ya habrás olvidado lo que dijo ese viejo. Incluso si logras recordarlo durante tres días, seguramente lo olvidarás también después de trescientos días. Además, cuando los jefes o las personas del departamento de mejoras técnicas te pregunten algo, estarás confundido. (No pienses que esos jefes y empleados son tontos; si no sabes las respuestas, naturalmente te pondrás nervioso y terminarás revelando todo). Si no puedes darles las cifras, solo podrás decir: “Eso fue lo que dijo mi jefe. ¿Por qué no le preguntan a él?” ？ El líder seguramente te hará salir en tres segundos… En cuanto a por qué el autor es un principiante, la respuesta es muy sencilla: además de escribir la presión de vapor saturado, sin indicar si se trata de presión relativa o absoluta, ¿cuál es el grado de sobrecalentamiento? Olvídalo, ¿cuáles son los parámetros del intercambiador de calor? ¿Cuál es el área? ¿Cuál es la carga térmica de funcionamiento? No escribir. ¿Qué forma tiene el intercambiador de calor? Dios sabe, ¿los materiales permiten grandes diferencias de temperatura? No lo sé. . . . . Ya que se trata de una pregunta, primero debes aprender a describir el problema con claridad. Sé más cuidadoso: ¿cómo consideraría este problema un principiante? ¿Cuáles son los obstáculos que encuentras en ese proceso de reflexión? ¿Es que no han estudiado los principios de la ingeniería química, no saben hacer los cálculos o simplemente son perezosos para hacerlos? Enseguida piden consejos a los profesores. . . . . Si los problemas no se aclaran, si el razonamiento no se organiza, ¿cómo podrá quedar claro el trabajo? El plato, muy malo. . . . O mejor dicho, perezoso, muy perezoso. . . . No seas perezoso, haz los cálculos. Una vez que lo hagas, serás un experto. Nunca podrás olvidarlo en 300 días. El proceso de cálculo es difícil; entender los parámetros de los intercambiadores de calor puede resultar aún más complicado. . . . . . . Por supuesto, este tipo de cálculos requieren experiencia. El proceso de adquirir esa experiencia y el proceso de hacer los cálculos es precisamente el proceso mediante el cual pasas de ser un principiante a ser un experto; nadie nace siendo ya un experto. . Por casualidad, tengo aquí unas anotaciones de lectura que el profesor de literatura preparó hace unos años para una alumna de primer año de secundaria. Se las ofrezco al autor del post: Texto original en chino – “Kong Congzi • Ju Wei”: Dice así: “Yu, Tang, Wen, Wu y el Duque de Zhou se esforzaron mucho en su trabajo; algunos incluso perdieron brazos o tuvieron la espalda encorvada. Aun así, fueron considerados santos”. ” Los comentarios escritos por el maestro: “Es necesario pensar con diligencia”, y también es preciso trabajar duro. De lo contrario, ¿cómo se puede llegar a ser un “santo”?