یک سیستم خنثی سازی اسید ضایعات جریان پیوسته باید اسید ورودی (دمای متغیر، معمولاً 20 تا 80 درجه) را قبل از افزودن پایه به یک نقطه تنظیم (مثلاً 60 درجه برای واکنش بهینه) برساند. وات بخاری مورد نیاز بر اساس دمای متوسط ورودی نیست، بلکه بر اساس بدترین-دمای ورودی (سردترین) در حداکثر سرعت جریان است. برای سیستمی با دمای ورودی از 20 درجه تا 80 درجه، سردترین حالت (20 درجه) به بیشترین توان نیاز دارد. فرمول: P=ṁ × c_p × (T_set – T_in_min) / η، که در آن ṁ حداکثر سرعت جریان جرمی (kg/s)، c_p گرمای ویژه (J/kg·K)، T_set دمای هدف، T_in_min حداقل دمای ورودی، و η راندمان بخاری 0-0.9 (0.9) است. برای جریان 10 لیتر در دقیقه (0.167 کیلوگرم در ثانیه)، 15% HCl (c_p≈3600 J/kg·K)، هدف 60 درجه، حداقل ورودی 20 درجه، η{33}}: P=0.167 × 3600 × 3600 × 40 /{4}، {4}،=25.9 کیلووات. اگر اندازه بخاری برای ورودی متوسط (50 درجه) باشد، قدرت نصف (12.5 کیلو وات) خواهد بود - برای شروع سرد کافی نیست. همیشه برای سردترین ورودی در حداکثر جریان اندازه بگیرید.
دمای ورودی متغیر: استراتژی طراحی
سیستم های خنثی سازی اسیدهای زائد اغلب اسید را از مخازن ذخیره سازی یا فرآیندهایی با دمای متغیر دریافت می کنند. در زمستان، اسید ممکن است 20 درجه باشد. در تابستان 80 درجه یک بخاری منفرد با اندازه 20 درجه، اسید را بیش از حد گرم می کند زمانی که ورودی 80 درجه باشد (دمای خروجی از نقطه تنظیم فراتر می رود). راه حل استفاده از بخاری با کنترل کننده توان متغیر (SCR) و سنسور دمای پایین دست است. کنترل کننده قدرت را برای حفظ دمای خروجی تنظیم می کند. بخاری باید برای بدترین حالت (کمترین ورودی، حداکثر دبی) اندازه باشد، اما وقتی ورودی گرمتر باشد، کنترلر قدرت را کاهش می دهد.
از طرف دیگر، از چندین بخاری با درجه حرارت استفاده کنید: به عنوان مثال، یک بخاری 15 کیلوواتی که همیشه کار می کند، به علاوه یک بخاری 10 کیلو واتی که فقط در هنگام ورودی فعال می شود.<40°C, plus a 5 kW heater for inlet <25°C. This provides energy efficiency without overshoot.
مثال اندازهگیری: ورودی متغیر 20-80 درجه، جریان 15 لیتر در دقیقه، هدف 60 درجه
| دمای ورودی (درجه) | ΔT مورد نیاز (درجه تحصیلی) | توان مورد نیاز (کیلو وات) | اندازه بخاری مورد نیاز است | اکشن کنترلر |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 40 | 38.8 | 40 کیلو وات | قدرت کامل |
| 30 | 30 | 29.1 | 40 کیلو وات | قدرت 73 درصد |
| 40 | 20 | 19.4 | 40 کیلو وات | قدرت 48 درصد |
| 50 | 10 | 9.7 | 40 کیلو وات | توان 24 درصد |
| 60 | 0 | 0 | 40 کیلو وات | خاموش (بای پس) |
| 70 | –10 | -9.7 (خنک کردن مورد نیاز) | N/A | خنک کننده را اضافه کنید |
اگر ورودی از نقطه تنظیم (70 درجه، هدف 60 درجه) بیشتر شود، بخاری باید خاموش شود و باید از یک دستگاه خنک کننده (مبدل حرارتی) استفاده شود. سیستم های خنثی سازی معمولاً شامل یک حلقه خنک کننده برای چنین مواردی هستند.
جدول انتخاب بخاری بر اساس نرخ جریان و محدوده ورودی
| حداکثر جریان (L/min) | نوع اسید | c_p (J/kg·K) | حداقل ورودی (درجه) | هدف (درجه تحصیلی) | توان مورد نیاز (کیلو وات) | بخاری توصیه شده (کیلووات) | نوع کنترل |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 10% HCl | 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 | مرحلهبندی شده (20+16) |
| 20 | اسید مخلوط | 3,400 | 20 | 65 | 55.4 | 60 | SCR |
| 30 | 10% H3PO4 | 3,600 | 25 | 70 | 87.6 | 90 | مرحلهبندی شده (50+40) |
| 50 | اسید رقیق | 4,000 | 15 | 60 | 161 | 180 | بخاری های متعدد + SCR |
ملاحظات عملی
اینترلاک جریان حداقل: اگر جریان متوقف شود، بخاری باید در عرض 2 ثانیه خاموش شود تا از آتش سوزی خشک- جلوگیری شود.
جرم حرارتی: بخاری دارای اینرسی حرارتی است. در صورتی که کنترل کننده بیش از حد تهاجمی باشد، امکان Overshoot وجود دارد. از یک PID با فید{2}}به جلو از دمای ورودی استفاده کنید.
افت فشار: بخاری مقاومت می افزاید. برای یک بخاری 40 کیلوواتی (طول 2.5 متر، سیم پیچ OD 32 میلی متر)، افت فشار ممکن است 0.2-0.5 بار باشد. آن را در اندازه گیری پمپ در نظر بگیرید.
نصب و راه اندازی: بخاری را به صورت عمودی در یک سه راهی لوله (جریان از پایین به بالا) نصب کنید تا از خیس شدن کامل اطمینان حاصل کنید و از حفره های هوا جلوگیری کنید.
مثال میدانی
یک کارخانه تصفیه زباله دارای یک سیستم خنثی سازی بود که 12 لیتر در دقیقه 18% H2SO4 را تصفیه می کرد. ورودی از 18 درجه تا 65 درجه متغیر بود. هدف 55 درجه بود. بخاری اصلی 25 کیلو وات (متوسط ورودی 40 درجه) اندازه داشت. در زمستان دمای خروجی تنها 48 درجه بود. کارخانه آن را با یک بخاری 40 کیلوواتی و یک کنترلر SCR جایگزین کرد. این سیستم اکنون 55 درجه ± 2 درجه در طول سال- حفظ میکند. هزینه بخاری بزرگتر 800 بیشتر، butiteliminateda800 more، butiteliminateda 5000 رد دسته ای ناشی از خنثی سازی ناکافی است.
نتیجه گیری: اندازه برای سردترین ورودی × حداکثر جریان، از کنترل SCR استفاده کنید
برای یک سیستم خنثی سازی اسید ضایعات جریان مداوم با دمای ورودی متغیر (20 تا 80 درجه)، وات بخاری را بر اساس سردترین دمای ورودی مورد انتظار در حداکثر سرعت جریان - نه متوسط، انتخاب کنید. هنگامی که ورودی گرمتر است از یک کنترلر SCR برای کاهش توان استفاده کنید. فرمول P=ṁ × c_p × (T_set – T_in_min) / η اندازه اسمی را ارائه می دهد. 10 تا 20 درصد حاشیه برای رسوب و تغییرات ولتاژ اضافه کنید. برای دامنه های ورودی وسیع (مثلاً 20 تا 80 درجه)، بخاری های مرحله ای یا چندین بخاری کوچکتر را برای بهره وری انرژی در نظر بگیرید. بدترین{19}}ورودی کیس بیشترین نیرو را می طلبد. آن را نادیده بگیرید، و سیستم در زمستان از کار می افتد. برای سردترین روز برنامه ریزی کنید و سیستم هر روز کار می کند. اسید ممکن است گرم شود، اما بخاری باید برای سرما آماده باشد. اندازه برای بدترین، کنترل برای بقیه. این مهندسی است.
