Анализ энергозатрат при существующей технологии обработки битума

При обезвоживании битума с целью предотвращения выброса пены, котел заполнялся только на треть, и масса обводненного битума в котле составляла примерно 10-11 тонн. Нагреватели в котле обезвоживания работали в непрерывном режиме. При этом, как показали измерения температурных полей, активный выход паровых пузырьков из объема битума и их разрушение с выбросом пара в атмосферу начинались только при достижении битумом (БНД 60/90) температуры 110—115°С. При дальнейшем нагреве выпаривание влаги из битума интенсифицировалось и продолжалось до достижения битумом температуры 135-145°С! Большая длительность и высокая температура процесса обезвоживания обуславливают значительные энергозатраты. При этом энергия расходуется на:

1. Затраты тепла на нагрев битума

Qб = mб·сб·(tк - tн), Дж,

где mб, кг- масса битума без влаги;
сб = 1884 Дж/кг-°С - удельная теплоемкость битума;
tK = 140°С - конечная температура битума в котле обезвоживания;
tH = 95°С - начальная температура битума в котле обезвоживания.

2. Затраты тепла на нагрев воды

где mв, кг - масса воды варьируется в пределах от 3% до 5%;
св= 4186 Дж/кг-°С - удельная теплоемкость воды;
(tK — tн)/2 = 27,5°С - средняя температура на которую догревается вода.

3. Затраты тепла на парообразование

Qпар = mв·r, Дж,

где r = 2256254 Дж/кг - усредненная удельная теплота парообразования.

4. Затраты тепла на компенсацию потерь в окружающую среду

Qп = Sn·an·(tn - tc)·tay, Дж,

гдеSn =54,3 м2 - площадь поверхности котла обезвоживания;
an= 27 Вт/м2·0С - коэффициент теплоотдачи от поверхности котла в атмосферу;
tnK = 80°С - средняя температура наружной поверхности котла обезвоживания;
tcp = 20°С - средняя температура внешней среды;
tay, с — время обезвоживания битума в котле.

Таким образом, суммарные расчетные энергозатраты на обезвоживание битума определяются

Qсумм =Qб +Qв +Qпар + Qп, Дж,

а реальные энергозатраты определяются

Qреал =PТЭН ·tay, Дж,

где РТЭН = 1890000 Вт - мощность ТЭНов установленных в котле обезвоживания.

Расчетные Qсумм и реальные Qреал  энергозатраты на обезвоживание битума с обводненностью 3-5 % приведены в таблице 1.

Как следует из таблицы 1, с увеличением обводненности битума потребление энергии на обезвоживание существенно увеличивается, при этом реальные энергозатраты'превышают расчетные на 30-35%, что связанно с неучтенной в существующей методике расчета энергозатрат сложностью механизма процесса вскипания водных включений и физической взаимосвязи влаги и пара с вязкой жидкостью.

Таблица 1. Расчетные и реальные энергозатраты при обезвоживании битума с обводненностью 3-5 % в котле

Обводненность битума, %3,12,74,6
Мощность нагревателей РТЭН, Вт 18900001890000 1890000 
mб, кг10368,310304,110207,8
Qб, Дж879024474,0873581598,0865417284,0
mв, кг331,7395,9492,2
Qв, Дж

38183645,5

45574028,5

56659603

Qпар, Дж 748399451,8 893250958,6 1110528218,8
tay, с 396000,0 43200,0 50400,0
Qn, Дж 3483453600,0 4116808800,0 4433486400,0
Qсумм, Дж 5149061171,3 5929215385,1 6466091505,8
Qсумм, кВт·час 1430,3 1647,0 1796,1
Qреал, Дж 7484400000,0 8845200000,0 9525600000,0
Qреал, кВт·час 2079,0 2457,0 2646,0