ESERCITAZIONE 2. Esercitazioni del corso FONDAMENTI DI PROCESSI CHIMICI Prof. Gianpiero Groppi

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1 Dipartimeto di Eergia Politecico di Milao Piazza Leoardo da Vici MILA Esercitazioi del corso FDAMETI DI PRESSI HIMII Prof. Giapiero Groppi ESERITAZIE Aalisi di ua caldaia a polverio di carboe I ua cetrale termoelettrica, ua caldaia viee alimetata co polverio di carboe avete la seguete composizioe poderale su base secca e priva di ceeri: 85.5% H 5.5% % S % 7% Il carboe cotiee ua percetuale poderale di umidità e ceeri rispettivamete del 8% e del 6%. Il carboe etra i caldaia a 5 e bar e viee bruciato co a 50 i eccesso del 30%, a pressioe atmosferica, co u umidità relativa del 5%. Dalla caldaia i fumi escoo a 50 e viee prodotto vapore saturo a 8 bar e 38 a partire da acqua a 90 e 8 bar (trascurare l effetto della pressioe sul coteuto etalpico dell acqua). Si chiede di calcolare la quatità di vapore prodotto per di combustibile e il redimeto della caldaia assumedo che il calore disperso verso l estero sia pari al 3% del potere calorifico iferiore del combustibile.

2 DATI arboe: T I 5 Formula di Dulog per la stima del P del carboe PS H S 8 PI PS 5.0 ( U + 9 H) U frazioe di umidità Aria: T I 50 P atm, U.R. 5% a 50 P SAT H (50 ).349 kpa Acqua/Vapore: h I H (90 ) / H h UT H (38 ) 804 / H Fumi: T UT 50 P atm

3 Risoluzioe Si imposta la risoluzioe partedo da ua base di calcolo di 00 (dry & ash free). È così possibile calcolare la composizioe di alimetazioe riferita alla carica di carboe, prestado attezioe al calcolo del quatitativo di acqua e ceeri. Ifatti, metre l aalisi elemetare è riferita alla parte secca e priva di ceeri, la frazioe di umidità e quella di ceeri soo riferite alla base tal quale del carboe. La base tal quale del carboe comprede la frazioe di umidità, la frazioe di ceeri e la parte combustibile, che rappreseta l 86% del totale al etto del coteuto di acqua e ceeri. m tal quale tal quale 9.30 m Ash Ash tal quale tal quale Ash Da cui si ricava la seguete composizioe di igresso associata alla carica di carboe : Specie m i () H S ceeri 6.98 H (umidità) 9.30 Sulla base dei bilaci di materia è possibile calcolare la quatità di ecess per la combustioe del carboe alimetato: α st 8H S * / e% α α st /

4 Dal dato di umidità relativa della correte di i igresso si calcola la quatità di acqua itrodotta el sistema assieme all : x U. R. P 00 sat ( 50 ) P Umidità x x.67 Stabilita la base del carboe e calcolata la quatità di e vapore acqueo etrati, è possibile risolvere i bilaci di materia e determiare la portata e la composizioe dei fumi i uscita: S S Si ottegoo pertato le segueti composizioi per i flussi i igresso e i uscita dal combustore: Specie UT () x% H S

5 Si ota che il flusso i uscita di S è molto iferiore rispetto a quelli delle altre specie ed è perciò trascurabile il suo cotributo el bilacio etalpico. Per il calcolo del bilacio etalpico, si trascura ache il flusso dovuto alle ceeri. osiderato u volume di aalisi che comprede caldaia e il serpetio di scambio termico e produzioe di vapore, la scrittura del bilacio etalpico è quidi la seguete: Reageti I i i T I 98K P, i dt Prodotti UT i i T UT 98K P, i dt Q Dissipato + PI arboe out i ( hˆ hˆ ) ella scritture del bilacio etalpico è importate otare che il riferimeto della correte di acqua che viee vaporizzata al serpetio di scambio termico è diverso da quello assuto per la correte reagete. Ifatti: correte gas: pressioe, temperatura e composizioe a cui è oto il H del combustibile (T RIF 5 P RIF atm) correte acqua: puto triplo (T RIF 0.0 P RIF 6.73 Pa), liquido La scelta di due riferimeti differeti è possibile dal mometo i cui le due correti soo segregate dal puto di vista dello scambio di materia. Si ota ioltre che el caso dell acqua il sistema di riferimeto implicitamete fissa acora la composizioe (acqua pura) e lo stato (liquido). Il Potere alorifico Iferiore del carboe viee calcolato attraverso la formula di Dulog sulla base della composizioe otteuta per il carboe : PS H 8 PI PS 5.0 ( U + 9 H) S Il calore dissipato per uità di peso di carboe è riferito al PI del carboe: Q ˆ D el caso dei flussi etalpici delle sigole specie, cosiderato il riferimeto implicito ell utilizzo dei H 0 c (T RIF 5 ), si ottiee: 5

6 Specie i () P (50 ) H i () Aria H totale Per il calcolo dei quali si è utilizzato il valore di P (50 ) medio: i T I 5 i medio i medio ( + ) ( T 5) TI i P, dt + H P, dt P, P, H I 5 Allo stesso modo, el calcolo dei flussi etalpici usceti dalla caldaia associati ai fumi, si ottiee: Specie i () P (50 ) H i () H Totale Da cui, sostituedo el bilacio etalpico e risolvedo rispetto alla portata massiva di vapore prodotto, si ottiee: Il redimeto della caldaia è calcolabile come segue: η ( ˆ vap ˆliq h h ) PI