Материальный и тепловой балансы. Основой материального баланса является закон сохранения материи, согласно которому количество материала, поступающего в процесс приходные статьи материального баланса, равняется количеству продуктов, получаемых в результате процесса расходные статьи материального баланса. Материальный баланс должен составляться как для всего технологического процесса, так и для отдельных его элементов.
Материальный баланс составляют за единицу времени - час, сутки, год - или за цикл работы на единицу исходного сырья или готовой продукции, т. е. за тот отрезок времени, в течение которого перерабатывается определенное количество сырья или получается определенное количество продукта.
Материальный баланс обычно составляют в виде таблиц или схем с указанием соответствующих материальных потоков и представлен в таб. 10. Материальный баланс может быть рассчитан в весовых, мольных или объемных единицах.
При составлении материального баланса в объемных или мольных единицах необходимо учитывать, что в результате тех или иных химических превращений объем или число молей, поступающих в аппарат, может отличаться от объема или числа молей продуктов, получаемых в результате процесса.
Кроме того, такое несоответствие возможно при смешении компонентов, не подчиняющихся закону аддитивности.
Энергетический баланс основывается на законе сохранения энергии.
Технологические процессы часто сопровождаются изменением теплосодержания системы, а также затратой энергии электрической, механической и др Поэтому при расчетах аппаратов необходимо составлять энергетические балансы.
Материальный баланс.
Таблица 13 п п Статьи прихода, расхода Количество, т час 1. Приход нефть 68,60 943,1 вода 20,00 275,0 газ 11,40 156,9 деэмульгатор 0,002 0,0275 Итого прихода 100,00 375,0 2. Расход вода 19,50 268,2 газ 11,47 157,8 нефть с обводненностью 0,5 69,03 950,0 Итого расхода 100,00 1375,0 Энергетический баланс отражает основное содержание закона сохранения энергии, согласно которому количество энергии, введенной в процесс приходные статьи баланса, равно количеству энергии, получаемой в результате процесса расходные статьи баланса. Так же как и материальный баланс, энергетический баланс можно составлять для всего производственного процесса или для отдельных его стадий.
Энергетический баланс может быть составлен для единицы времени час, сутки, для цикла работы, а также на единицу исходного сырья или готовой продукции. При составлении теплового баланса количество тепла, содержащегося в тех или иных материальных потоках, отсчитывают от какого-либо температурного уровня, чаще всего от 0 . Тепловой баланс.
Таблица 14 п п Статьи прихода, расхода Количество, МДж ч 1. Приход теплосодержание нефти 33,3 62727,5 тепло которое передается в печи 66,7 125455,0 Итого прихода 100 188182,5 2. Расход теплосодержание нефти 18,0 33925,5 теплосодержание воды 11,6 21911,9 теплосодержание газа 9,1 17066,1 потери в окружающую среду и в аппаратах УПН 61,3 115279,0 Итого расхода 100 188182,5 При составлении энергетического и, в частности, теплового баланса особое внимание должно быть обращено на возможный переход одного вида энергии в другой на изменение агрегатного состояния тела, которое сопровождается выделением или поглощением тепла скрытая теплота испарения или конденсации, плавления, затвердевания, адсорбции и т. д. на тепловой эффект химической реакции эндотермической или экзотермической. Иногда необходимо учитывать потери тепла в окружающую среду.
Как тепловой, так и материальный баланс удобно представлять в виде таблиц или схем с указанием всех приходных и расходных статей.
Проведем расчет теплового баланса относительно 0. Рассчитаем теплосодержание нефти приходящей на установку подготовки нефти Gпечь - расход нефти через печь кг час Снефть - теплоемкость нефти кг ДжК tкон - tнач - разность между начальной и конечной температурами нефти.
Определение теплоемкости нефти в зависимости от температуры и давления можно определить по формуле 5, с. 517 Нефть приходит с температурой 293К, плотности при этой температуре составит 887,6 кг м3 6, с. 65 , Теплоемкость попутных газов рассчитаем по правилу смешения средних теплоемкостей компонентов, приведенных в таб. 15 7 Средние теплоемкости газов. Таблица 15 CO2 N2 CH4 C2H6 C3H8 н-C4H10 и-C4H10 Средняя теплоемкость, кДж кгК 0,843 1,036 2,226 1,751 1,667 1,682 1,666 Содержание, 0,2 1,2 92,0 1,5 2,0 1,0 1,5 Теплоемкость воды с содержанием различных солей, кислот и оснований рассчитываем аналогичным образом таб. 16 7 Средние теплоемкости солей.
Таблица 16 H2CO3 H2SO4 HCl Ca OH 2 Mg OH 2 Na OH K OH Средняя теплоемкость, кДж кгК 0,576 1,416 0,766 1,181 1,320 1,332 Содержание, 0,635 0,003 8,0 0,2 0,04 4,5 Так как нефть приходит с 20 -ой обводненостью и содержит 11,4 попутного газа, поэтому рассчитаем теплоемкость приходящей нефти по правилу смешения Тогда теплосодержание нефти приходящей на установку будет равно Рассчитаем тепло, которое передается в печи, если температура нефти на выходе 333К Рассчитаем теплосодержание нефти на выходе с установки Рассчитаем теплосодержание воды и газа, уходящих с установки с температурами соответственно 273К и 323К Расчет теплового баланса произвели полностью.
Теперь все результаты расчета сводим в таблицу см. таб. 14. Заключение В заключение курсового проекта можно сказать, что в процессе его создания были выполнены следующие цели изложены основные концепции появления и развития добычи подготовки нефти на Сургутском месторождении изложены основные принципы разделения эмульсии нефть-вода приведена и описана основная аппаратура, используемая для обезвоживания нефти приведена технологическая схема цеха первичной подготовки нефти на Быстринском НГДУ приведен регламент работы установки подготовки нефти и ее экологическая опасность изображен принцип расчета электродегидратора и приняты его основные размеры произведен расчет теплового и материального баланса.
Все эти цели достигнуты с положительным результатом.
Можно сделать вывод, что данная установка подготовки нефти работает удовлетворительно в условиях крайнего севера.
На этом объекте окружающей среде наносится минимальный ущерб.