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

Q_б = m_б·с_б·(t_к - t_н), Дж,

где m_б, кг- масса битума без влаги;
с_б = 1884 Дж/кг-°С - удельная теплоемкость битума;
t_K = 140°С - конечная температура битума в котле обезвоживания;
t_H = 95°С - начальная температура битума в котле обезвоживания.

2. Затраты тепла на нагрев воды

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

3. Затраты тепла на парообразование

Q_пар = m_в·r, Дж,

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

4. Затраты тепла на компенсацию потерь в окружающую среду

Q_п = S_n·a_n·(t_n - t_c)·tay, Дж,

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

Таким образом, суммарные расчетные энергозатраты на обезвоживание битума определяются

Q_сумм =Q_б +Q_в +Q_пар + Q_п, Дж,

а реальные энергозатраты определяются

Q_реал =P_ТЭН ·tay, Дж,

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

Расчетные Q_сумм и реальные Q_реал  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