在很多制程工業(yè)中,液體在罐體或箱體內加熱,在整個工藝制程中是一個很重要的環(huán)節(jié),例如牛奶、金屬處理和紡織工業(yè)中都有大量的這種應用。水需要被加熱為熱水然后使用,或者,液體由于其自身工藝的要求被加熱到一定溫度而不論是否發(fā)生了化學反應。這些制程有:鍋爐給水箱、清洗水箱、蒸發(fā)器、沸騰鍋、蒸煮鍋、加熱器和再沸器等。
一、罐體被用在加熱制程中主要可以分為兩種:
全封閉罐體,如那些用來儲存燃料油的罐,熱負荷的計算非常簡單。
頂部開口罐體,這些罐體的熱負荷計算需要綜合考慮其內的物品和材料,并計算蒸發(fā)損失。
1、鍋爐給水箱:是一個儲存回收的冷凝水和經過處理的補給水的容器,把水加熱并除氧后,供給鍋爐。鍋爐給水箱的工作溫度一般在80℃到90℃之間。
2、熱水箱:水箱的工作溫度隨制程應用而不同,一般介于40℃到85℃之間。
3、儲油罐:用來儲存那些在常溫下無法被泵輸送的油,比如鍋爐用的重油、糧油行業(yè)的棕櫚油。在常溫下,重油很粘稠,必須加熱到30℃ - 40℃以降低它的粘度,從而可以用泵輸送。
常見加熱容器的加熱溫度
行業(yè) | 制程 | 典型溫度(℃) |
制糖 | 原汁加熱 | 80~85 |
乳制品 ,啤酒 | 產生熱水 | 80 |
電鍍 | 金屬沉淀 | 70~85 |
制藥 | 清洗水箱 | 70 |
橡膠 | 加熱腐蝕性油 | 140 |
二、計算蒸汽耗量
罐體類設備需要的總熱量包含:
1. 把制程流體加熱到工作溫度需要的熱量。
2. 把容器材料加熱到工作溫度需要的熱量。
3. 從容器表面散失到大氣環(huán)境的熱損失。
4. 從液體表面散失到大氣環(huán)境的熱損失。
5. 其它冷的物體浸入制程流體時吸收的熱量。
下面分別介紹:
1、針對完全密閉的大型儲油罐或密閉水箱,需要的總熱量主要是提高流體溫度所需要的熱量,即上述第1項,加熱罐體所需的熱量相對較小,一般可以忽略,因此按以下公式計算蒸汽耗量就可以:
Q=CpMΔT/rt
其中Cp---物料的比熱容,一般流體,如水的比熱容=1
M—儲存物料的質量(kg),ΔT--升溫溫差(℃ ),
r—工作壓力下蒸汽的熱焓值(kcal/kg)
t--加熱時間(小時)
2、針對敞開式的鋼制水箱,則主要需要考慮上面的第1、4項,加熱水需要的熱量和水散熱到大氣的熱量。
因為熱量僅在表面與環(huán)境之間存在溫差的時候才會發(fā)生熱傳遞,如果箱體或罐體的底部沒有暴露在空氣中,而是放置在地上,通常這部分的散熱損失可以被忽略。
例2:開放式水箱,無保溫,頂部開放,放置于車間地板上,長寬高=3m*3m*2m,水位:2/3高度,蒸汽壓力3barg,要求每天早上開機時30分鐘內從常溫16℃升溫到60℃,然后一直保持恒溫。
解:水箱側面積=24m2,水體積=2*3*3*2/3= 12m3
水箱與空氣的換熱系數U1 = 23 W/(m2·℃)
水箱由15mm厚的鋼板制成
(密度 = 7850 kg/m3, cp = 0.5 kJ/(kg·℃))
液體表面積A = 9m2
1.1 加熱液體的熱量QM(液體)= CpMΔT/rt=1*12000*(60-16)/(510*0.5)=2070kg/h
1.4 液體表面的熱損失Q(表面)= =UAΔT*3.6/hfg=23*9*(38-16)*3.6/2133=7.68kg/h
表面積 A = 9m2
初始溫度 T1 = 8℃
最終溫度 T2 = 60℃
平均溫度 Tm =(16+60)/2=38℃
相比于加熱液體需要的熱量,這個熱損失基本可以忽略,因此,正常在進行閥門和設備選型時,只要計算加熱液體所需的蒸汽量,然后適當放一點安全余量即可。