É razoável usar vapor superaquecido para aquecer o reboiler?
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Como mencionado no título, no projeto de colunas de destilação, os usuários costumam utilizar vapor superaquecido a 0,55 MPa para aquecer o reboiler. Geralmente, é utilizado vapor saturado. Existe algum problema em usar vapor superaquecido? Por favor, que os professores possam me dar algumas dicas! Obrigado!
A grande diferença de temperatura e as altas temperaturas afetam o meio utilizado no processo?
O princípio do reator de ebulição é fornecer uma fonte de calor para a coluna de destilação, permitindo assim a evaporação adicional dos componentes leves presentes no material que se encontra na parte inferior da coluna. Quando a diferença de temperatura é grande, aumenta a evaporação dos componentes mais pesados, o que dificulta o controle da destilação. Além disso, se o material na parte inferior da coluna contiver componentes que tendem a formar carbonização, temperaturas muito altas podem causar essa carbonização
Alguns meios podem se degradar ou formar carbonização devido ao superaquecimento local; é nesses casos que é necessário reduzir a pressão e a temperatura para alcançar o estado de saturação. Caso contrário, não é preciso fazê-lo.
Acho que o aquecimento indireto é possível por esse motivo
Se o meio a ser aquecido não for sensível às altas temperaturas, provavelmente não haverá problemas (o vapor superaquecido a 0,55 MPa geralmente não ultrapassa 300 graus). Porém, na prática, os trocadores de calor tendem a vazar.
Verifique se o trocador de calor com vapor saturado é mais eficaz ou se o trocador de calor com vapor superaquecido é mais eficaz
Este tópico foi editado pela última vez por arpcd em 24/11/2016, às 06:10. Parece que o autor do tópico ainda é um iniciante (há motivos para isso no final do tópico). Os problemas dos iniciantes podem ser descritos da seguinte maneira: a fábrica filial XX, que faz parte da fábrica principal XX, possui um reator de ebulição E101, que utiliza vapor saturado para aquecer os materiais. Trata-se de um trocador de calor do tipo tubular vertical (o tipo mais simples de trocador de calor). O equipamento funciona normalmente e está em boas condições. Atualmente, há reformas na rede de tubulações de vapor da fábrica principal, com o objetivo de reduzir a formação de água condensada durante o transporte do vapor over longas distâncias, assim aumentando a eficiência do uso do vapor. Por isso, o departamento responsável pelas reformas exige que cada fábrica filial avalie seus próprios equipamentos que utilizam vapor. Para acompanhar a reforma de toda a fábrica, o departamento técnico da filial XX precisa realizar cálculos de verificação para o E101: ou seja, verificar se é viável substituir o vapor saturado utilizado anteriormente por vapor superaquecido, nas mesmas condições de pressão É feita uma avaliação do consumo de energia, dos indicadores de processo e da segurança dos equipamentos, a fim de que o departamento responsável pelas melhorias técnicas possa planejar as intervenções necessárias. Para obter a resposta, você pode criar um caso semelhante ao descrito acima e fazer os cálculos por conta própria, para chegar a uma conclusão: como é que os experientes adquirem sua experiência? Foi calculado. . . . Início da descrição do cenário: Os parâmetros do trocador de calor E101 e do vapor utilizado são os seguintes. Como se trata de um equipamento em operação, todos os parâmetros abaixo são valores reais (isso é muito importante): Área de troca térmica F = 40 m²; coeficiente total de transferência de calor Kmax = 500 W/m².°C; diferença média de temperatura na transferência de calor T = 50°C (a temperatura de ebulição do meio intermediário é de 112°C). A carga térmica máxima que pode ser alcançada durante a operação real é Qmax = 1000 kW ； O vapor utilizado é vapor saturado a 0,55 MPaG (pressão absoluta). O vapor se condensa à temperatura de saturação, com P = 0,55 MPaG e T = 162°C. A entalpia específica do vapor é de 2760 kJ/kg; o calor específico a pressão constante é de 2,5129 kJ/kg·°C. A entalpia específica da água saturada é de 685 kJ/kg. Assim, a energia latente de condensação do vapor é de r = 2760 – 685 = 2075 kJ/kg. Com uma carga térmica de 1000 kW, a quantidade de vapor necessária é de W = 1735 kg/h. E você, como protagonista da peça teatral – o técnico da fábrica XX –, sua tarefa é verificar se esse maldito E101 pode ser utilizado com vapor superaquecido. Além disso, você precisa avaliar o consumo de energia, os indicadores de processo e a segurança dos equipamentos. Tudo isso faz parte das suas responsabilidades. Se o trabalho não for concluído ou feito corretamente, o chefe ficará insatisfeito, e meu desempenho no final do ano certamente será ruim! ! Os parâmetros do vapor superaquecido fornecidos pelo departamento responsável pelas melhorias técnicas são os seguintes: P=0,55 MPaG, T=262°C; a temperatura de superaquecimento é de 100°C. A entalpia específica do vapor é de 2981 kJ/kg, enquanto o calor específico a pressão constante é de 2,1047 kJ/kg·°C. A entalpia específica da água saturada é de 685 kJ/kg. Assim, durante o processo de condensação do vapor superaquecido em água saturada, a energia total necessária é igual a r = 2981 – 685 = 2297 kJ/kg.
Vamos analisar os três principais problemas relacionados ao consumo de energia, aos indicadores do processo e à segurança dos equipamentos:
1. Consumo de energia: É fácil calcular. Supondo que todo o vapor superaquecido possa ser condensado no trocador de calor, isso permitirá que a carga térmica do processo permaneça constante. A quantidade de vapor necessária será W = Q/r = 1000 * 3600 / 2297 = 1567 kg/h. Isso representa uma redução em relação aos 1735 kg/h anteriormente utilizados, ou seja, uma redução de 1735 – 1567 = 168 kg/h. A porcentagem de redução é de 9,7%, o que está próximo de 10%. Os tubos e válvulas existentes podem ser reutilizados. . O líder ouviu e disse: “Uau, o consumo diminuiu, e as válvulas dos tubos ainda podem ser reutilizadas. Que bom!” (Desculpe, líder, mas as coisas ruins geralmente são mencionadas por último.) . 2. Indicadores de processo: Primeiro, você deve verificar se a área de troca térmica do E101 é suficiente, ou seja, se a área de troca térmica do E101 com vapor superaquecido atende aos requisitos do processo; caso contrário, os dados de consumo calculados no item 1 serão meros números teóricos. Devido ao uso de vapor superaquecido, é inevitável que no E101 haja uma fase de calor sensível e uma fase de calor latente. Ou seja, o vapor só pode se condensar após a perda da energia de superaquecimento de 100°C. Isso resulta em dois processos: 262°C → 162°C → 162°C de água. O primeiro processo corresponde ao calor sensível, enquanto o segundo corresponde ao calor latente. Se a carga térmica permanecer a mesma, ou seja, 1000 kW, podemos calcular a carga térmica em cada fase: Para a fase de calor sensível, utilizamos a média das capacidades térmicas a pressão constante entre 262°C e 162°C: Cp = (2,5129 + 2,1047) / 2 = 2,3088 kJ/kg·°C. A carga térmica Q1 será igual a WCpΔT = 1567 x 2,3088 x 100 = 361.842 kJ/h, o que corresponde a aproximadamente 10% da carga total ； Etapa de calor latente: É simples. 1000 – 101 = 899 kW. Basta subtrair essa valor da carga térmica total; isso representa 90% da carga térmica total. Para o cálculo da área necessária: é simples – a etapa de calor latente corresponde a 90% da área total. Como as condições operacionais são as mesmas, basta aplicar um desconto de 10%. Portanto, F = 40 x 90% = 36 m². Ou seja, dos 40 m² de área total destinada à troca de calor, 36 m² devem ser utilizados para a etapa de calor latente, e os 4 m² restantes para a etapa de calor sensível. Será que isso é suficiente para realizar o processo de conversão de 262 vapor em 162 vapor? O cálculo da região de calor sensível também não é difícil. A escolha do coeficiente total de transferência de calor requer alguma experiência. Em geral, o coeficiente de transferência de calor no lado gasoso é muito baixo. O motivo pelo qual o E101 possui um coeficiente total de transferência de calor tão alto, de 500, é simples: de um lado ocorre a condensação do vapor, e do outro lado, a vaporização da solução saturada. Em ambos os casos, há processo de transformação de fase, o que faz com que os coeficientes de transferência de calor sejam altos. No entanto, quando se utiliza vapor superaquecido, o coeficiente de transferência de calor no lado do vapor superaquecido fica na casa das dezenas; dificilmente ultrapassa 100. O coeficiente total de transferência de calor é determinado pelo valor mais baixo entre os dois lados. Não adianta ter um coeficiente alto no lado de vaporização, pois isso não influencia o valor final. Você pode usar K=100 como valor estimado. Afinal, é apenas uma estimativa para verificação. Se a simulação der errado, não há problema; erros são permitidos. A carga térmica é conhecida; você estimou que o coeficiente total de transferência de calor seja 100. A diferença de temperatura restante pode ser calculada. Aqui, deve-se usar a diferença de temperatura logarítmica média. A diferença de temperatura no lado frio é: 162 – 112 = 50°C. A diferença de temperatura no lado quente é: 262 – 112 = 150°C. A diferença de temperatura logarítmica T é igual a (150 – 50) / ln(150/50) = 91°C. Note que a diferença de temperatura é muito importante; isso será abordado mais adiante. F = Q/(TxK) = 101×1000/(91×100) = 11 m². Ou seja, são necessários 11 m² de área de troca de calor para atender às exigências do estágio de troca de calor convencional. Portanto, são necessários 11 + 36 = 47 m² de área de troca de calor para atender às necessidades relacionadas ao uso de vapor superaquecido. No entanto, o E101 possui apenas 40 m² de área de troca de calor, o que representa um problema para os responsáveis pela reforma técnica e para a direção da empresa. Qual é a capacidade de carga térmica do E101 atualmente? Os 11 m² são utilizados para resfriar o vapor superaquecido; os 29 m² restantes são suficientes para suportar a carga térmica Q2 = F x K x T = 29 x 500 x 50 = 725.000 W = 725 kW. Ou seja, após o uso do vapor superaquecido, o E101 existente só consegue suportar uma carga térmica máxima de Qmax = 101 + 725 = 826 kW (considerando que 100 é o valor máximo para K). Em comparação com a exigência do processo, que é de 1000 kW, há um déficit de 1 – 826/1000 = 17,4%. Em outras palavras, a quantidade de vapor gerado pelo sistema é apenas 82% do valor esperado. E isso considerando que K tenha atingido o valor máximo de 100; na prática, esse valor dificilmente será ultrapassado. . O líder pergunta, de forma instintiva, se você pode aumentar a intensidade do vapor. É possível? Quem disse que você só pode usar um fluxo de 1567 kg/h? Você pode usar 2000 kg/h, não é? Duas toneladas de vapor por hora – nossa filial consegue arcar com o custo. Dinheiro não é problema. . O líder é realmente uma pessoa que se preocupa demais com detalhes. Mesmo que ele xingue, o que precisa ser contabilizado ainda assim deve ser contabilizado. Nesse caso, é possível estabelecer limites para o funcionamento do equipamento. Para o E101, 262 de vapor → 162 de vapor → 162 de água é uma condição normal. Já outra condição anormal (e o líder não tem problemas financeiros, então ele está se referindo justamente a essa condição anormal) é quando o vapor superaquecido não se condensa, e apenas o calor latente é utilizado para aquecimento. Quanto vapor será necessário nesse caso? W = Q/(Cp·t). Aqui, Q é igual a 1000 kW. O calor específico pode ser considerado como 2,3088 kJ/kg·°C. Qual é a diferença de temperatura? Não sei. Se não soubermos, podemos determinar ou estimar. A superaquecimento do vapor pode ser de 100°C; esse é o valor máximo de diferença de temperatura. Como o vapor não se condensa, precisamos calcular quanto vapor superaquecido é necessário W = 1000 × 3600 / (2,3088 × 100) = 15592 kg/h. Ou seja, há um consumo de vapor de 15,6 toneladas/hora. . . Esse valor está correto? ？ A equação Q=WCpt é a sua equação de balanço térmico; porém, ao mesmo tempo, Q=FKT, que representa o limite máximo do trocador de calor para Q. Para o calor sensível, existe um valor máximo para Q (a maior diferença de temperatura que o E101 consegue alcançar é 262–112 = 150 °C). Assim, Qmax = 40 × 150 × 100 = 600 kW, o que corresponde a apenas 60% da carga térmica original do E101, que chegava a 1000 kW. Isso não é bom; já estamos falando de uma redução de 40%. É evidente que a quantidade de vapor de 15,6 toneladas/hora mencionada anteriormente não poderá ser totalmente utilizada, pois o trocador de calor não consegue absorver essa quantidade. A área disponível é de 40 m²; isso é semelhante a uma autoestrada, na qual a capacidade máxima de tráfego é determinada pelo trecho mais estreito da via. Mais à frente, há quatro faixas de rodagem (ou seja, a quantidade de vapor fornecida é suficiente), mas logo adiante o trecho se estreita para apenas duas faixas (área de 40 m²). O limite máximo de velocidade é fixado em 120 km/h; portanto, a capacidade de transporte também tem esse limite (a vazão máxima de vapor é limitada). Mesmo que houvesse oito faixas de rodagem, não seria possível passar (por maior que seja a quantidade de vapor, ela só pode atender a 60% da carga...). . . Na verdade, o cálculo preciso deve ser feito por meio do método de tentativa e erro, após se determinar o valor de WCpt = FKT. Isso porque existem duas variáveis aqui: o consumo de vapor W e a diferença de temperatura t (onde t representa a queda de temperatura do vapor superaquecido, e T representa a diferença de temperatura média logarítmica no trocador de calor). Uma vez que t é conhecido, T também fica definido. Como resolver uma equação com duas incógnitas? Qual é o seu nível em matemática? ), mas não há necessidade de usar o método de tentativa e erro, por mais complexo que seja. Independentemente das condições em que o vapor funciona, se ele se condensa ou não, o seu equipamento E101 não consegue atingir a capacidade de 1000 kW exigida nas condições normais de operação. A carga térmica que pode ser suportada é de no máximo 82% da capacidade original, quando o vapor superaquecido se condensa; quando o vapor superaquecido não se condensa, a capacidade máxima é de 60%. Esses são os valores limites nos cálculos técnicos, e são essas as respostas que os gestores esperam que você forneça. Você precisa dizer ao seu chefe, que não liga para dinheiro, que mesmo fornecendo 100 toneladas/hora de vapor, isso não adianta nada. A área destinada a E101 já está lá, e nós construímos apenas duas faixas de rodagem nessa via rápida – o que é insuficiente! Mesmo que seu chefe lhe dê um BMW X5, em estradas rurais cheias de câmeras e com limite de velocidade de 40 km/h, você não terá escolha a não ser dirigir a 40 km/h, certo? (O líder ficou preocupado: eu acabei de comprar um X5 para a amante que mora em uma casa de campo. Será que esse cara viu?) Vou cuidar dele mais tarde! ! A trama fica mais intensa! Agora entende por que, entre as condições conhecidas, existe uma carga térmica máxima de Qmax=1000kW, não é? ？ Geralmente, os dados dos trocadores de calor em operação real dificilmente atingem o Qmax, pois existe uma margem de projeto. Em outras palavras, sua tarefa agora é explorar essa margem, entendeu? Oh, meu Deus! O que estamos aquecendo aqui são materiais sensíveis à temperatura; eles são muito delicados em relação ao calor, então não se pode permitir grandes diferenças de temperatura. . . . . . A trama pode ter mais detalhes. . . . . . 3. Segurança do equipamento: A última questão é que a diferença de temperatura real no E101 é de apenas 50°C. Nos trocadores de calor do tipo tubo-cápsula, quando a diferença entre as extremidades quente e fria ultrapassa 60°C, é necessário usar juntas de expansão para resolver o problema da expansão do equipamento. No entanto, o E101 não possui juntas de expansão. Mesmo que o material do E101 seja capaz de suportar temperaturas de até 262°C, a falta de juntas de expansão faz com que o equipamento não consiga resistir a uma diferença de temperatura tão grande quanto 100°C entre as extremidades quente e fria (150°C na extremidade quente e 50°C na extremidade fria). A tensão causada por essa diferença de temperatura é enorme! Os equipamentos apresentam um risco enorme! ! Se você não está familiarizado com as tensões causadas pelas diferenças de temperatura, pode consultar alguém que seja especialista em equipamentos. Se estiver na fábrica, deve perguntar aos técnicos responsáveis pelos equipamentos quais seriam as consequências graves que uma diferença de temperatura de 100°C poderia causar ao E101. . Oh, o nosso trocador de calor é um modelo moderno e sofisticado; não são necessários coifas de expansão ou outros componentes semelhantes. . . . . . A segurança do equipamento não é um problema; o ponto 3 pode ser removido. Também é possível reduzir a quantidade de detalhes na trama. . . . . . Já se calculou, já se escreveu, falou-se muito sobre o processo – agora você precisa dar uma conclusão e algumas sugestões, não é? ？ O processo de cálculo já é suficiente para que se chegue à conclusão de que o uso de vapor superaquecido não é capaz de atender à carga do processo original. Em outras palavras, isso levará a uma operação com carga reduzida, e há um risco enorme para o próprio equipamento, pois as tensões causadas pelas grandes diferenças de temperatura em relação ao projeto original certamente causarão danos ao E101. . . O líder com uma expressão séria? ？ ？ ？ Não se apresse, ainda é preciso dar uma sugestão. . . . . Caso se pretenda utilizar vapor superaquecido, o atual E101 terá de ser substituído, pois a sua área de troca térmica é insuficiente. Isso exigiria um novo projeto e fabricação, o que acarretaria custos elevados. Os gestores certamente dirão que isso é um processo demorado e trabalhoso. Existe alguma maneira mais simples? Sim, basta adicionar um umidificador e resfriador antes de entrar em E101, para saturar o vapor superaquecido. Existem muitas empresas especializadas na produção desses dispositivos; basta comprar um deles. Quanto à água necessária para o resfriador, pode-se utilizar um pouco da água de condensação proveniente de E101. . . . . Os olhos do líder começaram a brilhar. Esse garoto falou bem, vamos seguir as suas sugestões. No final do ano, a fábrica será considerada uma das melhores, e seu desempenho será duplicado. Daqui a dois anos, ele poderá ser promovido a gerente. Seu nível técnico é bom; ele tem argumentos sólidos para sustentar suas ideias. Não é daqueles jovens que falam sem pensar, sem dados ou sugestões concretas. Se ele continuar assim, no futuro pode se tornar meu assistente. Essa é a trama simulada. . . . . . O mais importante nos espetáculos de situação é que, como protagonista, você precisa calcular os valores necessários para ter uma ideia básica de todas as possibilidades. Sem esses cálculos, como você saberá que a área de troca de calor é insuficiente? Como saberá que a diferença de temperatura chega a 91°C? A experiência que os experientes podem lhe passar é a seguinte: o vapor superaquecido possui uma fase de calor sensível em E101, o que reduz a área da fase de calor latente. Isso pode fazer com que a área de E101 não seja suficiente. Além disso, o vapor superaquecido aumenta a diferença de temperatura, o que pode representar um grande risco para o equipamento. Quanto a esses “talvez”, “possivelmente”, são as maneiras como os experientes indicam, de forma discreta, que eles mesmos não sabem sem realizar cálculos. Você precisa fazer esses cálculos por conta própria; os experientes não vão fazê-los por você. . Por que a área não é suficiente? ？ Onde está o grande risco? ？ Você não conta. As palavras de um velho experiente serão esquecidas em três dias. Mesmo que você se lembre delas por três dias, certamente as esquecerá após 300 dias. Além disso, quando os líderes ou as pessoas do departamento responsável pelas melhorias técnicas fizerem perguntas, você ficará confuso. (Não pense que os líderes e as pessoas desse departamento são idiotas; se você não souber as respostas, ficará nervoso e certamente será pego em flagrante!) Sem conseguir fornecer dados, você só poderá dizer: “Foi o meu mestre quem disse. Por que não perguntam a ele?” ？ O líder certamente vai mandar você sair daí em três segundos… Quanto ao motivo pelo qual o autor é um iniciante, é bem simples: além de escrever a pressão do vapor saturado sem indicar se se trata de pressão relativa ou absoluta, ele também não mencionou qual é o grau de superaquecimento Sem falar, quais são os parâmetros do trocador de calor? Qual é a área? Qual é a carga térmica de operação? Não escrever. Qual é a forma do trocador de calor? Só Deus sabe se o material suporta grandes diferenças de temperatura Não sei. . . . . Já que é uma pergunta, você primeiro precisa aprender a descrevê-la claramente. Seja mais cuidadoso: como um iniciante aborda esse problema? Quais são os obstáculos que você encontra no processo de reflexão? Ele não estudou os princípios da engenharia química, não sabe fazer os cálculos ou é preguiçoso demais para isso; assim, só abre a boca pedindo sugestões aos professores. . . . . Se os problemas não são claros e o raciocínio não é organizado, como o trabalho pode ser eficiente? Comida ruim, muito ruim. . . . Ou seja, preguiçoso, muito preguiçoso. . . . Não seja preguiçoso, faça os cálculos. Assim, você se tornará um especialista. Você nunca esquecerá esses cálculos por 300 dias. O processo de cálculo é difícil; entender os parâmetros dos trocadores de calor pode ser ainda mais complicado. . . . . . . Claro, esse tipo de cálculo requer experiência. O processo de adquirir essa experiência, o processo de fazer os cálculos, é o mesmo processo pelo qual você passa de iniciante a especialista. Ninguém nasce já sendo um especialista. . Por acaso, tenho aqui um conjunto de anotações de leitura que um professor de língua chinesa fez há alguns anos para uma aluna do primeiro ano do ensino médio. As envio ao autor do post: O texto original em chinês – “Kong Congzi • Ju Wei”: diz-se que Yu, Tang, Wen, Wu e o Duque de Zhou eram pessoas que se esforçavam muito no trabalho; algumas delas até perdem os braços ou ficam com as costas curvadas. Mesmo assim, eles eram considerados santos. ” Os comentários escritos pelo professor – “É preciso pensar com diligência”, e também se esforçar fisicamente. É um trabalho árduo; caso contrário, como se pode tornar um “sábio”?
Vamos analisar os três principais problemas relacionados ao consumo de energia, aos indicadores do processo e à segurança dos equipamentos:
1. Consumo de energia: É fácil calcular. Supondo que todo o vapor superaquecido possa ser condensado no trocador de calor, isso permitirá que a carga térmica do processo permaneça constante. A quantidade de vapor necessária será W = Q/r = 1000 * 3600 / 2297 = 1567 kg/h. Isso representa uma redução em relação aos 1735 kg/h anteriormente utilizados, ou seja, uma redução de 1735 – 1567 = 168 kg/h. A porcentagem de redução é de 9,7%, o que está próximo de 10%. Os tubos e válvulas existentes podem ser reutilizados. . O líder ouviu e disse: “Uau, o consumo diminuiu, e as válvulas dos tubos ainda podem ser reutilizadas. Que bom!” (Desculpe, líder, mas as coisas ruins geralmente são mencionadas por último.) . 2. Indicadores de processo: Primeiro, você deve verificar se a área de troca térmica do E101 é suficiente, ou seja, se a área de troca térmica do E101 com vapor superaquecido atende aos requisitos do processo; caso contrário, os dados de consumo calculados no item 1 serão meros números teóricos. Devido ao uso de vapor superaquecido, é inevitável que no E101 haja uma fase de calor sensível e uma fase de calor latente. Ou seja, o vapor só pode se condensar após a perda da energia de superaquecimento de 100°C. Isso resulta em dois processos: 262°C → 162°C → 162°C de água. O primeiro processo corresponde ao calor sensível, enquanto o segundo corresponde ao calor latente. Se a carga térmica permanecer a mesma, ou seja, 1000 kW, podemos calcular a carga térmica em cada fase: Para a fase de calor sensível, utilizamos a média das capacidades térmicas a pressão constante entre 262°C e 162°C: Cp = (2,5129 + 2,1047) / 2 = 2,3088 kJ/kg·°C. A carga térmica Q1 será igual a WCpΔT = 1567 x 2,3088 x 100 = 361.842 kJ/h, o que corresponde a aproximadamente 10% da carga total ； Etapa de calor latente: É simples. 1000 – 101 = 899 kW. Basta subtrair essa valor da carga térmica total; isso representa 90% da carga térmica total. Para o cálculo da área necessária: é simples – a etapa de calor latente corresponde a 90% da área total. Como as condições operacionais são as mesmas, basta aplicar um desconto de 10%. Portanto, F = 40 x 90% = 36 m². Ou seja, dos 40 m² de área total destinada à troca de calor, 36 m² devem ser utilizados para a etapa de calor latente, e os 4 m² restantes para a etapa de calor sensível. Será que isso é suficiente para realizar o processo de conversão de 262 vapor em 162 vapor? O cálculo da região de calor sensível também não é difícil. A escolha do coeficiente total de transferência de calor requer alguma experiência. Em geral, o coeficiente de transferência de calor no lado gasoso é muito baixo. O motivo pelo qual o E101 possui um coeficiente total de transferência de calor tão alto, de 500, é simples: de um lado ocorre a condensação do vapor, e do outro lado, a vaporização da solução saturada. Em ambos os casos, há processo de transformação de fase, o que faz com que os coeficientes de transferência de calor sejam altos. No entanto, quando se utiliza vapor superaquecido, o coeficiente de transferência de calor no lado do vapor superaquecido fica na casa das dezenas; dificilmente ultrapassa 100. O coeficiente total de transferência de calor é determinado pelo valor mais baixo entre os dois lados. Não adianta ter um coeficiente alto no lado de vaporização, pois isso não influencia o valor final. Você pode usar K=100 como valor estimado. Afinal, é apenas uma estimativa para verificação. Se a simulação der errado, não há problema; erros são permitidos. A carga térmica é conhecida; você estimou que o coeficiente total de transferência de calor seja 100. A diferença de temperatura restante pode ser calculada. Aqui, deve-se usar a diferença de temperatura logarítmica média. A diferença de temperatura no lado frio é: 162 – 112 = 50°C. A diferença de temperatura no lado quente é: 262 – 112 = 150°C. A diferença de temperatura logarítmica T é igual a (150 – 50) / ln(150/50) = 91°C. Note que a diferença de temperatura é muito importante; isso será abordado mais adiante. F = Q/(TxK) = 101×1000/(91×100) = 11 m². Ou seja, são necessários 11 m² de área de troca de calor para atender às exigências do estágio de troca de calor convencional. Portanto, são necessários 11 + 36 = 47 m² de área de troca de calor para atender às necessidades relacionadas ao uso de vapor superaquecido. No entanto, o E101 possui apenas 40 m² de área de troca de calor, o que representa um problema para os responsáveis pela reforma técnica e para a direção da empresa. Qual é a capacidade de carga térmica do E101 atualmente? Os 11 m² são utilizados para resfriar o vapor superaquecido; os 29 m² restantes são suficientes para suportar a carga térmica Q2 = F x K x T = 29 x 500 x 50 = 725.000 W = 725 kW. Ou seja, após o uso do vapor superaquecido, o E101 existente só consegue suportar uma carga térmica máxima de Qmax = 101 + 725 = 826 kW (considerando que 100 é o valor máximo para K). Em comparação com a exigência do processo, que é de 1000 kW, há um déficit de 1 – 826/1000 = 17,4%. Em outras palavras, a quantidade de vapor gerado pelo sistema é apenas 82% do valor esperado. E isso considerando que K tenha atingido o valor máximo de 100; na prática, esse valor dificilmente será ultrapassado. . O líder pergunta, de forma instintiva, se você pode aumentar a intensidade do vapor. É possível? Quem disse que você só pode usar um fluxo de 1567 kg/h? Você pode usar 2000 kg/h, não é? Duas toneladas de vapor por hora – nossa filial consegue arcar com o custo. Dinheiro não é problema. . O líder é realmente uma pessoa que se preocupa demais com detalhes. Mesmo que ele xingue, o que precisa ser contabilizado ainda assim deve ser contabilizado. Nesse caso, é possível estabelecer limites para o funcionamento do equipamento. Para o E101, 262 de vapor → 162 de vapor → 162 de água é uma condição normal. Já outra condição anormal (e o líder não tem problemas financeiros, então ele está se referindo justamente a essa condição anormal) é quando o vapor superaquecido não se condensa, e apenas o calor latente é utilizado para aquecimento. Quanto vapor será necessário nesse caso? W = Q/(Cp·t). Aqui, Q é igual a 1000 kW. O calor específico pode ser considerado como 2,3088 kJ/kg·°C. Qual é a diferença de temperatura? Não sei. Se não soubermos, podemos determinar ou estimar. A superaquecimento do vapor pode ser de 100°C; esse é o valor máximo de diferença de temperatura. Como o vapor não se condensa, precisamos calcular quanto vapor superaquecido é necessário W = 1000 × 3600 / (2,3088 × 100) = 15592 kg/h. Ou seja, há um consumo de vapor de 15,6 toneladas/hora. . . Esse valor está correto? ？ A equação Q=WCpt é a sua equação de balanço térmico; porém, ao mesmo tempo, Q=FKT, que representa o limite máximo do trocador de calor para Q. Para o calor sensível, existe um valor máximo para Q (a maior diferença de temperatura que o E101 consegue alcançar é 262–112 = 150 °C). Assim, Qmax = 40 × 150 × 100 = 600 kW, o que corresponde a apenas 60% da carga térmica original do E101, que chegava a 1000 kW. Isso não é bom; já estamos falando de uma redução de 40%. É evidente que a quantidade de vapor de 15,6 toneladas/hora mencionada anteriormente não poderá ser totalmente utilizada, pois o trocador de calor não consegue absorver essa quantidade. A área disponível é de 40 m²; isso é semelhante a uma autoestrada, na qual a capacidade máxima de tráfego é determinada pelo trecho mais estreito da via. Mais à frente, há quatro faixas de rodagem (ou seja, a quantidade de vapor fornecida é suficiente), mas logo adiante o trecho se estreita para apenas duas faixas (área de 40 m²). O limite máximo de velocidade é fixado em 120 km/h; portanto, a capacidade de transporte também tem esse limite (a vazão máxima de vapor é limitada). Mesmo que houvesse oito faixas de rodagem, não seria possível passar (por maior que seja a quantidade de vapor, ela só pode atender a 60% da carga...). . . Na verdade, o cálculo preciso deve ser feito por meio do método de tentativa e erro, após se determinar o valor de WCpt = FKT. Isso porque existem duas variáveis aqui: o consumo de vapor W e a diferença de temperatura t (onde t representa a queda de temperatura do vapor superaquecido, e T representa a diferença de temperatura média logarítmica no trocador de calor). Uma vez que t é conhecido, T também fica definido. Como resolver uma equação com duas incógnitas? Qual é o seu nível em matemática? ), mas não há necessidade de usar o método de tentativa e erro, por mais complexo que seja. Independentemente das condições em que o vapor funciona, se ele se condensa ou não, o seu equipamento E101 não consegue atingir a capacidade de 1000 kW exigida nas condições normais de operação. A carga térmica que pode ser suportada é de no máximo 82% da capacidade original, quando o vapor superaquecido se condensa; quando o vapor superaquecido não se condensa, a capacidade máxima é de 60%. Esses são os valores limites nos cálculos técnicos, e são essas as respostas que os gestores esperam que você forneça. Você precisa dizer ao seu chefe, que não liga para dinheiro, que mesmo fornecendo 100 toneladas/hora de vapor, isso não adianta nada. A área destinada a E101 já está lá, e nós construímos apenas duas faixas de rodagem nessa via rápida – o que é insuficiente! Mesmo que seu chefe lhe dê um BMW X5, em estradas rurais cheias de câmeras e com limite de velocidade de 40 km/h, você não terá escolha a não ser dirigir a 40 km/h, certo? (O líder ficou preocupado: eu acabei de comprar um X5 para a amante que mora em uma casa de campo. Será que esse cara viu?) Vou cuidar dele mais tarde! ! A trama fica mais intensa! Agora entende por que, entre as condições conhecidas, existe uma carga térmica máxima de Qmax=1000kW, não é? ？ Geralmente, os dados dos trocadores de calor em operação real dificilmente atingem o Qmax, pois existe uma margem de projeto. Em outras palavras, sua tarefa agora é explorar essa margem, entendeu? Oh, meu Deus! O que estamos aquecendo aqui são materiais sensíveis à temperatura; eles são muito delicados em relação ao calor, então não se pode permitir grandes diferenças de temperatura. . . . . . A trama pode ter mais detalhes. . . . . . 3. Segurança do equipamento: A última questão é que a diferença de temperatura real no E101 é de apenas 50°C. Nos trocadores de calor do tipo tubo-cápsula, quando a diferença entre as extremidades quente e fria ultrapassa 60°C, é necessário usar juntas de expansão para resolver o problema da expansão do equipamento. No entanto, o E101 não possui juntas de expansão. Mesmo que o material do E101 seja capaz de suportar temperaturas de até 262°C, a falta de juntas de expansão faz com que o equipamento não consiga resistir a uma diferença de temperatura tão grande quanto 100°C entre as extremidades quente e fria (150°C na extremidade quente e 50°C na extremidade fria). A tensão causada por essa diferença de temperatura é enorme! Os equipamentos apresentam um risco enorme! ! Se você não está familiarizado com as tensões causadas pelas diferenças de temperatura, pode consultar alguém que seja especialista em equipamentos. Se estiver na fábrica, deve perguntar aos técnicos responsáveis pelos equipamentos quais seriam as consequências graves que uma diferença de temperatura de 100°C poderia causar ao E101. . Oh, o nosso trocador de calor é um modelo moderno e sofisticado; não são necessários coifas de expansão ou outros componentes semelhantes. . . . . . A segurança do equipamento não é um problema; o ponto 3 pode ser removido. Também é possível reduzir a quantidade de detalhes na trama. . . . . . Já se calculou, já se escreveu, falou-se muito sobre o processo – agora você precisa dar uma conclusão e algumas sugestões, não é? ？ O processo de cálculo já é suficiente para que se chegue à conclusão de que o uso de vapor superaquecido não é capaz de atender à carga do processo original. Em outras palavras, isso levará a uma operação com carga reduzida, e há um risco enorme para o próprio equipamento, pois as tensões causadas pelas grandes diferenças de temperatura em relação ao projeto original certamente causarão danos ao E101. . . O líder com uma expressão séria? ？ ？ ？ Não se apresse, ainda é preciso dar uma sugestão. . . . . Caso se pretenda utilizar vapor superaquecido, o atual E101 terá de ser substituído, pois a sua área de troca térmica é insuficiente. Isso exigiria um novo projeto e fabricação, o que acarretaria custos elevados. Os gestores certamente dirão que isso é um processo demorado e trabalhoso. Existe alguma maneira mais simples? Sim, basta adicionar um umidificador e resfriador antes de entrar em E101, para saturar o vapor superaquecido. Existem muitas empresas especializadas na produção desses dispositivos; basta comprar um deles. Quanto à água necessária para o resfriador, pode-se utilizar um pouco da água de condensação proveniente de E101. . . . . Os olhos do líder começaram a brilhar. Esse garoto falou bem, vamos seguir as suas sugestões. No final do ano, a fábrica será considerada uma das melhores, e seu desempenho será duplicado. Daqui a dois anos, ele poderá ser promovido a gerente. Seu nível técnico é bom; ele tem argumentos sólidos para sustentar suas ideias. Não é daqueles jovens que falam sem pensar, sem dados ou sugestões concretas. Se ele continuar assim, no futuro pode se tornar meu assistente. Essa é a trama simulada. . . . . . O mais importante nos espetáculos de situação é que, como protagonista, você precisa calcular os valores necessários para ter uma ideia básica de todas as possibilidades. Sem esses cálculos, como você saberá que a área de troca de calor é insuficiente? Como saberá que a diferença de temperatura chega a 91°C? A experiência que os experientes podem lhe passar é a seguinte: o vapor superaquecido possui uma fase de calor sensível em E101, o que reduz a área da fase de calor latente. Isso pode fazer com que a área de E101 não seja suficiente. Além disso, o vapor superaquecido aumenta a diferença de temperatura, o que pode representar um grande risco para o equipamento. Quanto a esses “talvez”, “possivelmente”, são as maneiras como os experientes indicam, de forma discreta, que eles mesmos não sabem sem realizar cálculos. Você precisa fazer esses cálculos por conta própria; os experientes não vão fazê-los por você. . Por que a área não é suficiente? ？ Onde está o grande risco? ？ Você não conta. As palavras de um velho experiente serão esquecidas em três dias. Mesmo que você se lembre delas por três dias, certamente as esquecerá após 300 dias. Além disso, quando os líderes ou as pessoas do departamento responsável pelas melhorias técnicas fizerem perguntas, você ficará confuso. (Não pense que os líderes e as pessoas desse departamento são idiotas; se você não souber as respostas, ficará nervoso e certamente será pego em flagrante!) Sem conseguir fornecer dados, você só poderá dizer: “Foi o meu mestre quem disse. Por que não perguntam a ele?” ？ O líder certamente vai mandar você sair daí em três segundos… Quanto ao motivo pelo qual o autor é um iniciante, é bem simples: além de escrever a pressão do vapor saturado sem indicar se se trata de pressão relativa ou absoluta, ele também não mencionou qual é o grau de superaquecimento Sem falar, quais são os parâmetros do trocador de calor? Qual é a área? Qual é a carga térmica de operação? Não escrever. Qual é a forma do trocador de calor? Só Deus sabe se o material suporta grandes diferenças de temperatura Não sei. . . . . Já que é uma pergunta, você primeiro precisa aprender a descrevê-la claramente. Seja mais cuidadoso: como um iniciante aborda esse problema? Quais são os obstáculos que você encontra no processo de reflexão? Ele não estudou os princípios da engenharia química, não sabe fazer os cálculos ou é preguiçoso demais para isso; assim, só abre a boca pedindo sugestões aos professores. . . . . Se os problemas não são claros e o raciocínio não é organizado, como o trabalho pode ser eficiente? Comida ruim, muito ruim. . . . Ou seja, preguiçoso, muito preguiçoso. . . . Não seja preguiçoso, faça os cálculos. Assim, você se tornará um especialista. Você nunca esquecerá esses cálculos por 300 dias. O processo de cálculo é difícil; entender os parâmetros dos trocadores de calor pode ser ainda mais complicado. . . . . . . Claro, esse tipo de cálculo requer experiência. O processo de adquirir essa experiência, o processo de fazer os cálculos, é o mesmo processo pelo qual você passa de iniciante a especialista. Ninguém nasce já sendo um especialista. . Por acaso, tenho aqui um conjunto de anotações de leitura que um professor de língua chinesa fez há alguns anos para uma aluna do primeiro ano do ensino médio. As envio ao autor do post: O texto original em chinês – “Kong Congzi • Ju Wei”: diz-se que Yu, Tang, Wen, Wu e o Duque de Zhou eram pessoas que se esforçavam muito no trabalho; algumas delas até perdem os braços ou ficam com as costas curvadas. Mesmo assim, eles eram considerados santos. ” Os comentários escritos pelo professor – “É preciso pensar com diligência”, e também se esforçar fisicamente. É um trabalho árduo; caso contrário, como se pode tornar um “sábio”?