- •3.1.2.1. Граничні умови першого роду 27
- •Частина 1
- •1. Основні поняття та визначення
- •2. Математична модель конвективного теплообміну
- •2.1. Рівняння енергії
- •2.2. Рівняння руху (Навьє - Стокса)
- •2.3. Рівняння нерозривності
- •2.4. Математична модель конвективного теплообміну. Умови однозначності
- •3. Окремі випадки розв’язання математичної
- •3.1. Стаціонарна теплопровідність
- •3.1.1. Теплопровідність плоскої необмеженої пластини
- •3.3.1.1. Граничні умови першого роду
- •3.1.1.2. Граничні умови третього роду. Теплопередача
- •3.1.2. Теплопровідність необмеженої циліндричної стінки
- •3.1.2.1. Граничні умови першого роду
- •3.1.2.2. Граничні умови третього роду (теплопередача)
- •3.2. Нестаціонарна теплопровідність
- •4. Конвективний теплообмін
- •4.1. Основи теорії подібності
- •4.2. Основні принципи методу аналізу розмірностей
- •4.3. Критерії гідродинамічної подібності
- •4.4. Критерії теплової подібності
- •4.5. Критеріальне рівняння конвективного теплообміну
- •4.6. Принципи отримання окремих критеріальних залежностей
- •4.7. Окремі випадки конвективного теплообміну
- •4.7.1. Теплообмін при течії у трубах
- •4.7.2. Теплообмін при поперечному обтіканні
- •4.7.3 Теплообмін при природній конвекції
- •5. Теплообмін при зміні агрегатного стану
- •5.1. Теплообмін при кипінні
- •5.2. Теплообмін при конденсації пари
- •6. Теплообмін при випромінюванні
- •7. Методика розрахунку теплообмінників
- •7.1. Класифікація теплообмінних апаратів
- •7.2. Основні положення і рівняння теплового розрахунку
- •7.3. Гідромеханічний розрахунок теплообмінних апаратів
- •Частина 2
- •1. Нагрівання, охолодження, конденсація
- •1.1. Загальні поняття та визначення
- •1.2. Гріючі агенти і способи нагрівання
- •1.2.1. Нагрівання водяною парою
- •1.2.2. Нагрівання гарячою водою
- •1.2.3. Нагрівання топковими газами
- •1.2.4. Нагрівання високотемпературними теплоносіями
- •1.2.5. Нагрівання електричним струмом
- •1.3. Охолоджуючі агенти, способи охолодження і конденсації
- •1.3.1. Охолодження до звичайних температур
- •1.3.2. Охолодження до низьких температур
- •1.3.3. Конденсація пари
- •2. Випарювання
- •2.1. Загальні поняття та визначення
- •2.2. Однокорпусні випарні установки
- •2.2.1. Матеріальний баланс
- •2.2.2. Тепловий баланс
- •2.2.3. Поверхня нагрівання
- •2.2.4. Температурні втрати і температура кипіння розчинів
- •2.3. Багатокорпусні випарні установки
- •2.3.1. Основні схеми багатокорпусних випарних установок (бву)
- •2.3.2. Матеріальний баланс
- •2.3.3. Тепловий баланс
- •2.3.4. Загальна корисна різниця температур і її розподіл по корпусах
- •2.3.5. Розподіл загальної корисної різниці температур за умови рівності поверхонь нагріву корпусів
- •2.3.6. Розподіл загальна корисна різниця температур за умови мінімальної сумарної поверхні нагрівання корпусів
- •2.3.7. Вибір числа корпусів
- •2.4. Будова випарних апаратів
- •2.5. Розрахунок багатокорпусних випарних установок
- •2.5.1. Наближений розрахунок
- •2.5.2. Схема розрахунку багатокорпусної випарної установки
- •2.5.3. Уточнений розрахунок
- •3.1. Загальні відомості
- •3.2. Основні параметри вологого повітря
- •3.4. Рівновага при сушінні
- •3.5. Вологість матеріалу і зміна його стану в процесі сушіння
- •3.6. Матеріальний і тепловий баланс сушіння
- •3.7. Графоаналітичний розрахунок процесу сушіння
- •3.8. Варіанти процесу сушіння
- •3.8.1 .Сушіння з частковим підігрівом повітря в сушильній камері
- •3.8.2. Сушіння з проміжним підігрівом повітря по зонах
- •3.8.3. Сушіння з частковою рециркуляцією відпрацьованого повітря
- •3.9. Швидкість і періоди сушіння
- •3.10. Зміна температури матеріалу в процесі сушіння
- •3.11. Інтенсивність випару вологи
- •3.11.1. Випар вологи з поверхні матеріалу
- •3.11.2. Переміщення вологи у середині матеріалу
- •3.12. Тривалість процесу сушіння
- •3.13. Конструкції сушарок
- •4. Холодильні процеси
- •4.1. Термодинамічні основи одержання холоду
- •4.2. Методи штучного охолодження
- •Основна
- •Додаткова
- •Теплові процеси та апарати
1.3.2. Охолодження до низьких температур
Для досягнення температур більш низьких, чим можна одержати за допомогою води чи повітря (наприклад 0С), за умови, що припустимо розведення середовища водою, охолодження проводять шляхом уведення льоду чи холодної води безпосередньо в охолоджувану рідину.
1.3.3. Конденсація пари
Конденсація пари (газу) може бути здійснена або шляхом охолодження пари (газу), або за допомогою охолодження і стиску одночасно.
Пару, що підлягає конденсації, звичайно відводять з апарата, де вона утворяться, в окремий закритий апарат, що служить для конденсації пари - конденсатор, охолоджуваний водою чи повітрям.
Обсяг одержуваного конденсату в тисячу і більше раз менше обсягу пари, з якої він утворюється. В результаті у конденсаторі створюється розріджений простір, причому розрідження збільшується зі зменшенням температури конденсації. Остання, у свою чергу, тим нижче, чим більше витрата охолоджуючого агента і нижче його кінцева температура.
По способу охолодження розрізняють конденсатори змішення і поверхневі.
У конденсаторах змішування пара безпосередньо стикається з охолоджуючою водою, і одержуваний конденсат змішується з останньою.
У поверхневих конденсаторах тепло віднімається від пари, що конденсується, через стінку. Найбільш часто пара конденсується на зовнішніх чи внутрішніх поверхнях труб, омиваних з іншої сторони водою чи повітрям.
2. Випарювання
2.1. Загальні поняття та визначення
Випарюванням називається концентрування розчинів практично нелетючих чи малолетючих речовин у рідких летючих розчинниках.
Випарюванню піддають розчини твердих речовин (водяні розчини лугів, солей і ін.), а також висококиплячі рідини що володіють при температурі випарювання дуже малим тиском пари, - деякі мінеральні й органічні кислоти, багатоатомні спирти й ін. Випарювання застосовується також іноді для виділення розчинника в чистому виді: при опрісненні морської води випарюванням утворену водяну пару конденсують і воду використовують для питних чи технічних цілей.
Одержання висококонцентрованих розчинів, практично сухих і кристалічних продуктів полегшує й зменшує вартість їх перевезення і збереження.
Тепло при випарюванні розчину можна підводити будь-якими теплоносіями, застосовуваними при нагріванні. Найчастіше використовують водяну пару, яку називають гріючою чи первинною.
Первинною може бути або пара, одержувана з парогенераторів, або відпрацьована пара проміжного добору парових турбін.
Пара, що утворюється при випарюванні киплячого розчину, називається вторинною.
Процеси випарювання проводять під вакуумом, при підвищеному й атмосферному тисках.
Вибір тиску пов'язаний із властивостями розчину, що випарюється, і можливістю використання тепла вторинної пари.
Випарювання під вакуумом має деякі переваги перед випарюванням при
атмосферному тиску, незважаючи на те що теплота випару розчину трохи зростає зі зниженням тиску і відповідно збільшується витрата пари при випарюванні 1 кг розчинника.
При випарюванні під вакуумом стає можливим проводити процес при більш низьких температурах, що важливо у випадку концентрування розчинів речовин, схильних до розкладання при підвищених температурах. Крім того, при розрідженні збільшується корисна різниця температур між гріючим агентом і розчином, що дозволяє зменшити поверхню нагрівання апарата. У випадку однакової корисної різниці температур при випарюванні під вакуумом можна використовувати гріючий агент більш низьких робочих параметрів (температура, тиск).
Тому випарювання під вакуумом широко застосовується для концентрування висококиплячих розчинів, а також для концентрування розчинів з використанням теплоносія (пари) невисоких параметрів.
Застосування вакууму дає можливість використовувати як гріючий агент, крім первинної пари, вторинну пару самої випарної установки, що знижує витрату гріючої пари.
Однак застосування вакууму підвищує як вартість самої установки так і збільшує експлуатаційні витрати.
При випарюванні під тиском вище атмосферного можна використовувати вторинну пару як для випарювання, так і для інших потреб виробництва, не зв'язаних з випарюванням.
Вторинна пара, що відбирається на сторону, називається екстрапарою. Добір екстрапари при випарюванні під надлишковим тиском дозволяє краще використовувати тепло, чим при випарюванні під вакуумом. Однак випарювання під надлишковим тиском пов'язано з підвищенням температури кипіння розчину. Тому даний спосіб застосовується лише при випарюванні термічно стійких речовин.
При випарюванні під атмосферним тиском вторинна пара не використовується і звичайно видаляється в атмосферу. Такий спосіб випарювання найбільш простий, але і найменш ефективний.
Випарювання під атмосферним тиском, а іноді і випарювання під вакуумом проводять в однакових апаратах (однокорпусних випарних установках).
Однак найбільш поширені багатокорпусні випарні установки, що складаються з декількох випарних апаратів, чи корпусів, у яких вторинна пара кожного попереднього корпуса направляється як гріюча в наступний корпус. При цьому тиск у послідовно з'єднаних (по ходу розчину, що випарюється,) корпусах знижується таким чином, щоб забезпечити різницю між вторинною парою з попереднього корпуса і розчином, що кипить у даному корпусі, тобто створити необхідну рушійну силу процесу випарювання. У цих установках первинною парою обігрівається тільки перший корпус. Тому в багатокорпусних випарних установках досягається значна економія первинної пари в порівнянні з однокорпусними установками тієї ж продуктивності.
Економія первинної пари (і відповідно палива) може бути досягнута так само і однокорпусних випарних установках з тепловим насосом. У них вторинна пара на виході з апарата стискається за допомогою теплового насоса (наприклад термокомпресора) до тиску, що відповідає температурі первинної пари, після чого він знову повертається в апарат для випарювання розчину.
У хімічній промисловості застосовуються в основному беззупинно діючі випарні установки. Лише у виробництві малого масштабу і при випарюванні розчинів до високих кінцевих концентрацій іноді використовують випарні апарати періодичної дії.