ระบบการวางตัวเป็นกลางของกรดของเสียจากการไหลอย่างต่อเนื่องจะต้องเพิ่มกรดที่เข้ามา (อุณหภูมิที่แปรผัน โดยทั่วไปคือ 20–80 องศา ) ถึงค่าที่ตั้งไว้ (เช่น 60 องศาสำหรับปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุด) ก่อนที่จะเติมเบส กำลังไฟฟ้าของเครื่องทำความร้อนที่ต้องการไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิทางเข้าเฉลี่ย แต่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิทางเข้าที่แย่ที่สุด-กรณีที่ (เย็นที่สุด) ที่อัตราการไหลสูงสุด สำหรับระบบที่มีอุณหภูมิขาเข้าเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ 20 องศา ถึง 80 องศา กรณีที่เย็นที่สุด (20 องศา ) ต้องใช้กำลังมากที่สุด สูตร: P=ṁ × c_p × (T_set – T_in_min) / η โดยที่ ṁ คืออัตราการไหลของมวลสูงสุด (kg/s), c_p คือความร้อนจำเพาะ (J/kg·K), T_set คืออุณหภูมิเป้าหมาย, T_in_min คืออุณหภูมิขาเข้าต่ำสุด และ η คือประสิทธิภาพเครื่องทำความร้อน (0.90–0.95) สำหรับการไหล 10 ลิตร/นาที (0.167 กก./วินาที), 15% HCl (c_pγ3,600 J/kg·K) เป้าหมาย 60 องศา ทางเข้าขั้นต่ำ 20 องศา , η=0.93: P=0.167 × 3,600 × 40 / 0.93=24,048 / 0.93=25,860 W=25.9 กิโลวัตต์ หากเครื่องทำความร้อนมีขนาดสำหรับทางเข้าเฉลี่ย (50 องศา) กำลังไฟฟ้าจะเป็นครึ่งหนึ่ง (12.5 กิโลวัตต์) ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับการสตาร์ทขณะเครื่องเย็น กำหนดขนาดสำหรับทางเข้าที่เย็นที่สุดที่อัตราการไหลสูงสุดเสมอ
อุณหภูมิขาเข้าที่แปรผัน: กลยุทธ์การออกแบบ
ระบบการทำให้กรดของเสียเป็นกลางมักจะได้รับกรดจากถังเก็บหรือกระบวนการที่มีอุณหภูมิผันผวน ในฤดูหนาว กรดอาจมีอุณหภูมิ 20 องศา ; ในฤดูร้อน 80 องศา . เครื่องทำความร้อนเดี่ยวที่มีอุณหภูมิ 20 องศาจะทำให้กรดร้อนมากเกินไปเมื่อทางเข้าอยู่ที่ 80 องศา (อุณหภูมิทางออกจะเกินค่าที่ตั้งไว้) วิธีแก้ไขคือการใช้เครื่องทำความร้อนที่มีตัวควบคุมกำลังแบบแปรผัน (SCR) และเซ็นเซอร์อุณหภูมิปลายน้ำ ตัวควบคุมจะปรับกำลังเพื่อรักษาอุณหภูมิขาออก เครื่องทำความร้อนจะต้องมีขนาดสำหรับกรณีที่เลวร้ายที่สุด (ทางเข้าต่ำสุด อัตราการไหลสูงสุด) แต่ตัวควบคุมจะลดกำลังลงเมื่อทางเข้าอุ่นขึ้น
หรือใช้เครื่องทำความร้อนหลายเครื่องโดยแบ่งตามอุณหภูมิ เช่น เครื่องทำความร้อนขนาด 15 kW ที่ทำงานตลอดเวลา บวกกับเครื่องทำความร้อนขนาด 10 kW ที่จะเปิดใช้งานเมื่อทางเข้าเท่านั้น<40°C, plus a 5 kW heater for inlet <25°C. This provides energy efficiency without overshoot.
ตัวอย่างขนาด: ทางเข้าแปรผัน 20–80 องศา อัตราการไหล 15 ลิตร/นาที เป้าหมาย 60 องศา
| อุณหภูมิขาเข้า (องศา) | ΔT จำเป็น ( องศา ) | กำลังไฟฟ้าที่ต้องการ (กิโลวัตต์) | ต้องการขนาดเครื่องทำความร้อน | การกระทำของคอนโทรลเลอร์ |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 40 | 38.8 | 40 กิโลวัตต์ | พลังเต็มเปี่ยม |
| 30 | 30 | 29.1 | 40 กิโลวัตต์ | กำลัง 73% |
| 40 | 20 | 19.4 | 40 กิโลวัตต์ | กำลัง 48% |
| 50 | 10 | 9.7 | 40 กิโลวัตต์ | พลังงาน 24% |
| 60 | 0 | 0 | 40 กิโลวัตต์ | ปิด (บายพาส) |
| 70 | –10 | –9.7 (จำเป็นต้องระบายความร้อน) | N/A | เพิ่มความเย็น |
หากทางเข้าเกินค่าที่ตั้งไว้ (70 องศา เป้าหมาย 60 องศา) เครื่องทำความร้อนจะต้องปิดและต้องใช้อุปกรณ์ทำความเย็น (ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน) โดยทั่วไประบบการวางตัวเป็นกลางจะมีวงจรการทำความเย็นสำหรับกรณีดังกล่าว
ตารางการเลือกเครื่องทำความร้อนตามอัตราการไหลและช่วงทางเข้า
| การไหลสูงสุด (ลิตร/นาที) | ประเภทกรด | c_p (เจ/กก.·K) | ทางเข้าขั้นต่ำ (องศา) | เป้าหมาย ( องศา ) | กำลังไฟฟ้าที่ต้องการ (กิโลวัตต์) | เครื่องทำความร้อนที่แนะนำ (kW) | ประเภทการควบคุม |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 | ไฮโดรคลอไรด์ 10% | 3,800 | 15 | 55 | 13.4 | 15 | เอสซีอาร์ |
| 10 | 15% H₂SO₄ | 3,500 | 20 | 60 | 25.1 | 30 | เอสซีอาร์ |
| 15 | 20% HNO₃ | 3,200 | 10 | 50 | 34.3 | 36 | เป็นระยะ (20+16) |
| 20 | กรดผสม | 3,400 | 20 | 65 | 55.4 | 60 | เอสซีอาร์ |
| 30 | 10% H₃PO₄ | 3,600 | 25 | 70 | 87.6 | 90 | เป็นระยะ (50+40) |
| 50 | กรดเจือจาง | 4,000 | 15 | 60 | 161 | 180 | เครื่องทำความร้อนหลายตัว + SCR |
ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติ
การเชื่อมต่อการไหลขั้นต่ำ: หากการไหลหยุดลง เครื่องทำความร้อนจะต้องปิดภายใน 2 วินาทีเพื่อป้องกันไฟแห้ง-
มวลความร้อน: เครื่องทำความร้อนมีความเฉื่อยทางความร้อน โอเวอร์ชู้ตอาจเกิดขึ้นได้หากคอนโทรลเลอร์ก้าวร้าวเกินไป ใช้ PID ที่มีอัตราป้อน-ไปข้างหน้าจากอุณหภูมิขาเข้า
ความดันตก: ฮีตเตอร์เพิ่มความต้านทาน สำหรับเครื่องทำความร้อนขนาด 40 kW (ยาว 2.5 ม. คอยล์ OD 32 มม.) แรงดันตกคร่อมอาจอยู่ที่ 0.2–0.5 บาร์ คำนึงถึงขนาดปั๊ม
การติดตั้ง: ติดตั้งเครื่องทำความร้อนในแนวตั้งในท่อที (ไหลจากล่างขึ้นบน) เพื่อให้แน่ใจว่าเปียกเต็มที่และป้องกันช่องอากาศ
ตัวอย่างภาคสนาม
โรงงานบำบัดของเสียมีระบบการทำให้เป็นกลางซึ่งบำบัด 18% H₂SO₄ 12 ลิตร/นาที ทางเข้าแตกต่างกันไปตั้งแต่ 18 องศาถึง 65 องศา เป้าหมายคือ 55 องศา เครื่องทำความร้อนเดิมมีขนาด 25 กิโลวัตต์ (ทางเข้าเฉลี่ย 40 องศา) ในฤดูหนาวอุณหภูมิทางออกอยู่ที่เพียง 48 องศา โรงงานได้แทนที่ด้วยเครื่องทำความร้อนขนาด 40 กิโลวัตต์และตัวควบคุม SCR ขณะนี้ระบบจะรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 55 องศา ± 2 องศาตลอดทั้งปี- เครื่องทำความร้อนขนาดใหญ่มีราคา 800 ขึ้นไป, butiteliminateda 800 กว่า, butiteliminateda 5,000 การปฏิเสธแบทช์จากการวางตัวเป็นกลางที่ไม่เพียงพอ
สรุป: ขนาดของทางเข้าที่เย็นที่สุด × อัตราการไหลสูงสุด ใช้การควบคุม SCR
สำหรับระบบการทำให้กรดของเสียไหลอย่างต่อเนื่อง-ซึ่งมีอุณหภูมิทางเข้าแปรผัน (20–80 องศา ) ให้เลือกกำลังไฟของเครื่องทำความร้อนโดยพิจารณาจากอุณหภูมิทางเข้าที่เย็นที่สุดที่คาดไว้ที่อัตราการไหลสูงสุด ไม่ใช่ค่าเฉลี่ย ใช้ตัวควบคุม SCR เพื่อลดกำลังเมื่อช่องทางเข้าอุ่นขึ้น สูตร P=ṁ × c_p × (T_set – T_in_min) / η ให้ขนาดที่ระบุ เพิ่มระยะขอบ 10–20% สำหรับการเปรอะเปื้อนและการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า สำหรับช่วงทางเข้าที่กว้าง (เช่น 20–80 องศา) ให้พิจารณาใช้เครื่องทำความร้อนแบบตั้งฉากหรือเครื่องทำความร้อนขนาดเล็กหลายเครื่องเพื่อประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน ช่องทางเข้าเคสที่แย่ที่สุด-ต้องใช้กำลังมากที่สุด เพิกเฉยและระบบจะล้มเหลวในฤดูหนาว วางแผนสำหรับวันที่หนาวที่สุดและระบบทำงานทุกวัน กรดอาจอุ่นขึ้น แต่เครื่องทำความร้อนต้องพร้อมสำหรับความเย็น ขนาดที่แย่ที่สุด ควบคุมส่วนที่เหลือ นั่นคือวิศวกรรมศาสตร์
