Kontinuální{0}}průtokový systém neutralizace odpadních kyselin musí před přidáním zásady zvýšit příchozí kyselinu (proměnná teplota, obvykle 20–80 stupňů) na nastavenou hodnotu (např. 60 stupňů pro optimální reakci). Požadovaný příkon ohřívače není založen na průměrné vstupní teplotě, ale na nejhorší-případě (nejchladnější) vstupní teplotě při maximálním průtoku. U systému se vstupní teplotou měnící se od 20 stupňů do 80 stupňů vyžaduje nejchladnější případ (20 stupňů) nejvíce energie. Vzorec: P=ṁ × c_p × (T_set – T_in_min) / η, kde ṁ je maximální hmotnostní průtok (kg/s), c_p je měrné teplo (J/kg·K), T_set je cílová teplota, T_in_min je minimální vstupní teplota a η je účinnost ohřívače (0,90–09). Pro průtok 10 l/min (0,167 kg/s), 15% HCl (c_p≈3 600 J/kg·K), cíl 60 stupňů, vstup min 20 stupňů, η=0.93: P=0.167 × 3 600 × 40 / {{48} /4},{0}, {{48} /4}},{0}=25.9 kW. Pokud by byl ohřívač dimenzován na průměrný přívod (50 stupňů), výkon by byl poloviční (12,5 kW) – nedostatečný pro studené starty. Vždy velikost pro nejchladnější vstup při maximálním průtoku.
Variabilní vstupní teplota: Strategie návrhu
Systémy neutralizace odpadních kyselin často přijímají kyselinu ze skladovacích nádrží nebo procesů s kolísající teplotou. V zimě může mít kyselina 20 stupňů; v létě 80 stupňů. Jediný ohřívač dimenzovaný na 20 stupňů přehřeje kyselinu, když je vstupní teplota 80 stupňů (výstupní teplota by překročila nastavenou hodnotu). Řešením je použití ohřívače s proměnným regulátorem výkonu (SCR) a následným teplotním čidlem. Regulátor upravuje výkon tak, aby udržoval výstupní teplotu. Ohřívač musí být dimenzován pro nejhorší případ (nejnižší vstup, maximální průtok), ale regulátor sníží výkon, když je vstup teplejší.
Alternativně použijte více ohřívačů stupňovaných podle teploty: např. 15 kW ohřívač, který běží vždy, plus 10 kW ohřívač, který se aktivuje pouze při vstupu<40°C, plus a 5 kW heater for inlet <25°C. This provides energy efficiency without overshoot.
Příklad dimenzování: Variabilní vstup 20–80 stupňů, průtok 15 l/min, cílový 60 stupňů
| Vstupní teplota ( stupně ) | Vyžaduje se ΔT ( stupeň ) | Požadovaný výkon (kW) | Potřebná velikost ohřívače | Akce ovladače |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 40 | 38.8 | 40 kW | Plný výkon |
| 30 | 30 | 29.1 | 40 kW | 73% výkonu |
| 40 | 20 | 19.4 | 40 kW | 48% výkonu |
| 50 | 10 | 9.7 | 40 kW | 24% výkonu |
| 60 | 0 | 0 | 40 kW | Vypnuto (bypass) |
| 70 | –10 | -9,7 (potřebné chlazení) | N/A | Přidejte chlazení |
Pokud vstup překročí nastavenou hodnotu (70 stupňů, cílových 60 stupňů), ohřívač se musí vypnout a musí být použito chladicí zařízení (výměník tepla). Neutralizační systémy pro takové případy obvykle obsahují chladicí smyčku.
Tabulka pro výběr ohřívače podle průtoku a vstupního rozsahu
| Maximální průtok (l/min) | Typ kyseliny | c_p (J/kg·K) | Vstup Min ( stupeň ) | Cíl ( stupeň ) | Požadovaný výkon (kW) | Doporučený ohřívač (kW) | Typ ovládání |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 10% HC1 | 3,800 | 15 | 55 | 13.4 | 15 | SCR |
| 10 | 15 % H2SO4 | 3,500 | 20 | 60 | 25.1 | 30 | SCR |
| 15 | 20 % HNO3 | 3,200 | 10 | 50 | 34.3 | 36 | Naplánováno (20+16) |
| 20 | Směsná kyselina | 3,400 | 20 | 65 | 55.4 | 60 | SCR |
| 30 | 10 % H3PO4 | 3,600 | 25 | 70 | 87.6 | 90 | Naplánováno (50+40) |
| 50 | Zředěná kyselina | 4,000 | 15 | 60 | 161 | 180 | Více ohřívačů + SCR |
Praktické úvahy
Blokování minimálního průtoku: Pokud se průtok zastaví, ohřívač se musí do 2 sekund vypnout, aby se zabránilo suchému-požáru.
Tepelná hmota: Ohřívač má tepelnou setrvačnost. Překmit je možný, pokud je regulátor příliš agresivní. Použijte PID s přívodem-vpřed od vstupní teploty.
Pokles tlaku: Ohřívač přidává odpor. Pro ohřívač 40 kW (2,5 m dlouhý, 32 mm vnější průměr) může být pokles tlaku 0,2–0,5 bar. Zohledněte to v dimenzování čerpadla.
Instalace: Namontujte ohřívač svisle do T-kusu (průtok zdola nahoru), abyste zajistili úplné smáčení a zabránili vzniku vzduchových kapes.
Příklad pole
Zařízení na zpracování odpadu mělo neutralizační systém zpracovávající 12 l/min 18% H2S04. Vstupní úhel se měnil od 18 stupňů do 65 stupňů. Cíl byl 55 stupňů. Původní ohřívač byl dimenzován na 25 kW (průměrný přívod 40 stupňů). V zimě byla výstupní teplota pouze 48 stupňů. Závod jej nahradil ohřívačem o výkonu 40 kW a regulátorem SCR. Systém nyní udržuje 55 stupňů ± 2 stupně po celý rok-. Větší ohřívač stál o 800 více, ale bylo odstraněno o 800 více, ale bylo odstraněno 5 000 vyřazení šarže z důvodu nedostatečné neutralizace.
Závěr: Velikost pro nejchladnější vstup × maximální průtok, použijte řízení SCR
U kontinuálního-systému pro neutralizaci odpadních kyselin s proměnlivou vstupní teplotou (20–80 stupňů ) vyberte výkon ohřívače na základě nejchladnější očekávané vstupní teploty při maximálním průtoku – nikoli průměru. Použijte ovladač SCR ke snížení výkonu, když je vstup teplejší. Vzorec P=ṁ × c_p × (T_set – T_in_min) / η poskytuje jmenovitou velikost. Přidejte 10–20% rezervu pro znečištění a kolísání napětí. Pro široký rozsah přívodu (např. 20–80 stupňů) zvažte z důvodu energetické účinnosti stupňovité ohřívače nebo více menších ohřívačů. Nejhorší-případ vyžaduje nejvíce energie. Ignorujte to a systém v zimě selže. Naplánujte si nejchladnější den a systém funguje každý den. Kyselina se může zahřát, ale ohřívač musí být připraven na chlad. Velikost pro nejhorší, kontrola pro zbytek. To je strojírenství.
