- •Основы теплопередачи
- •Основные понятия и определения
- •Тепловые балансы
- •Теплопроводность
- •Уравнение Фурье. Коэффициент теплопроводности
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Теплопроводность плоской, цилиндрической и сферической стенок при стационарном режиме
- •Тепловое излучение
- •Основные законы излучения
- •Теплообмен между твердыми телами при излучении
- •Тепловое излучение газов и паров
- •Конвективный теплообмен
- •Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена
- •Тепловое подобие
- •Теплоотдача без изменения агрегатного состояния теплоносителя
- •Теплоотдача при изменении агрегатного состояния теплоносителя
- •Теплоотдача в дисперсных системах с твердой фазой
- •Сложная теплоотдача
- •Численные значения коэффициентов теплоотдачи
- •Гидродинамический и тепловой пограничные слои
- •Теплопередача
- •Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи
- •Теплопередача через плоские, цилиндрические и сферические стенки при установившемся процессе
- •Средняя движущая сила теплопередачи
- •Тепловая изоляция
- •Нестационарный теплообмен
- •Список литературы к главе 7
- •Нагревание, охлаждение, конденсация
- •Нагревание
- •Нагревание водяным паром и горячей водой
- •Нагревание топочными газами
- •Нагревание высокотемпературными теплоносителями
- •Нагревание электрическим током
- •Охлаждение
- •Конденсация
- •Конструкции и расчет теплообменных аппаратов
- •Поверхностные теплообменники
- •Смесительные теплообменные аппараты
- •Расчет теплообменных аппаратов
- •Проектный расчет рекуперативных теплообменников
- •Поверочный расчет рекуперативных теплообменников
- •Расчет регенеративных теплообменников
- •Расчет теплообменников смешения
- •Сравнительная оценка и выбор конструкций теплообменных аппаратов
- •Список литературы к главе 8
- •Основные принципы интеграции тепловых процессов
- •Состав, структура и иерархия химико-технологической системы
- •Химико-технологическая система как объект проектирования
- •Введение в пинч-анализ
- •Построение составных кривых технологических потоков и определение энергетических целей
- •Построение составных кривых потоков хтс
- •«Точка пинча» потоков хтс
- •Деление тепловых потоков хтс
- •Представление сети теплообменных аппаратов
- •Проектирование тепловой сети с максимальной рекуперацией энергии
- •Список литературы к главе 9
- •Выпаривание
- •Общие сведения
- •Некоторые основные свойства растворов
- •Принцип работы выпарного аппарата
- •Однокорпусные выпарные установки
- •Выпарные аппараты непрерывного действия
- •Материальный баланс
- •Тепловой баланс
- •Поверхность нагрева выпарного аппарата
- •Потери полезной разности температур
- •Выпарные аппараты периодического действия
- •Выпаривание при переменном уровне раствора в аппарате
- •Выпаривание при постоянном уровне раствора в аппарате
- •Выпаривание при постоянном весе раствора в аппарате
- •Многокорпусные выпарные установки
- •Типовые схемы многокорпусных выпарных установок
- •Материальный баланс многокорпусной выпарной установки
- •Общая полезная разность температур выпарной установки
- •Распределение полезной разности температур по корпусам выпарной установки
- •Полезная разность температур при равной поверхности нагрева корпусов
- •Полезная разность температур при минимальной суммарной поверхности нагрева корпусов
- •Полезная разность температур при равной поверхности нагрева корпусов при минимальной общей поверхности нагрева
- •Распределение общего перепада давления между корпусами по заданным давлениям вторичного пара
- •Число корпусов выпарной установки
- •Последовательность расчета многокорпусных выпарных установок
- •Основные направления повышения экономической эффективности выпарных установок
- •Интенсификация тепло- и массообмена
- •Утилизация вторичных энергоресурсов
- •Выпаривание с тепловым насосом
- •Улучшение эксплуатационных характеристик выпарных установок
- •Комбинирование выпаривания с другими технологическими процессами
- •Выпарные установки мгновенного испарения
- •Конструкции выпарных аппаратов
- •Выпарные аппараты с естественной циркуляцией
- •Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией
- •Пленочные выпарные аппараты
- •Основы теплового расчета выпарных аппаратов
- •Роторные тонкопленочные испарители
- •Выпарные аппараты погружного горения
- •Список литературы к главе 10
- •Содержание
- •Раздел I. Гидромеханические процессы
- •Глава 7 Основы теплопередачи 108
- •Глава 8 Нагревание, охлаждение, конденсация 217
- •Глава 9 основные принципы интеграции тепловых процессов 290
- •Глава 10 выпаривание 324
- •Раздел II. Тепловые процессы
- •Глава 7 Основы теплопередачи 108
- •Глава 8 Нагревание, охлаждение, конденсация 217
- •Глава 9 основные принципы интеграции тепловых процессов 290
- •Глава 10 выпаривание 324
- •Для заметок для заметок для заметок
- •Процеси та апарати хімічної технології
Поверочный расчет рекуперативных теплообменников
Целью поверочных расчетов является определение тепловой нагрузки аппарата и конечных температур теплоносителейипри заданных их расходахии начальных температурахи. В основе расчетов лежат те же уравнения тепловых балансов и теплопередачи, т.е.
,
.
Поверхность теплообмена при решении таких задач известна, коэффициент теплопередачи можно рассчитать, так как известны физические свойства теплоносителей.
Связь между исивыражается соотношениями:
,
.
Связь сиопределяется характером относительного движения теплоносителей.
При противотоке
.
С учетом теплового баланса ,
.
В соответствии с уравнением теплопередачи
,
или
.
Используя приведенные уравнения, можно найти неизвестные величины и:
;
.
Аналогично для прямотока:
;
.
Определив и, рассчитывают по тепловому балансу тепловую нагрузку.
Если температуры теплоносителей изменяются незначительно вдоль поверхности теплообмена () и их распределение можно принять линейным, можно воспользоваться приближенным расчетом, приняв
.
Из уравнения теплового баланса
,
.
С учетом последних выражений
.
Тепловая нагрузка в соответствии с уравнением теплопередачи
.
Расчет регенеративных теплообменников
Рабочим органом регенеративных теплообменников является насадка, которая попеременно омывается горячим и холодным теплоносителями. Период нагрева насадки (продолжительностью ) сменяется периодом охлаждения (продолжительностью). Процесс нестационарен, так как температуры насадки и теплоносителей изменяются во времени.
Расчет регенеративных теплообменников производится по средним характеристикам за цикл, состоящий из периодов нагрева и охлаждения. Продолжительность цикла
.
Количество теплоты, переданной за цикл
,
где – средний за периоды нагревания и охлаждения коэффициент теплопередачи;–средняя температура горячего теплоносителя за период нагрева насадки;–средняя температура холодного теплоносителя за период нагрева насадки;– площадь поверхности насадки.
Количество теплоты, передаваемой насадке в период ее нагрева,
,
где и– средние за период нагрева насадки коэффициент теплоотдачи и температура стенки.
Количество тепла, отдаваемого насадкой за период ее охлаждения,
,
где и– средние за период охлаждения насадки коэффициент теплоотдачи и температура стенки.
При установившемся процессе
.
Следовательно,
.
Из этих равенств в результате несложных преобразований получим:
.
После расчета коэффициента теплопередачи определяют либо тепловую нагрузку теплообменника, либо площадь поверхности насадки.
Регенератор, для которого , называют идеальным. Для него
.
Если к тому же , то
.
В этом случае для расчетов пригодны уравнения, используемые для рекуперативных теплообменников.
Расчет теплообменников смешения
В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешении теплоносителей. Типичным примером такого теплообменника является барометрический конденсатор (см. раздел 8.3).
При расчете барометрического конденсатора определяют расход охлаждающей воды , размеры корпуса и число полок, размеры барометрической трубы и количество воздуха, подлежащего откачиванию вакуум-насосом.
Пренебрегая теплом с уходящим воздухом, расход водына полную конденсацию пара в количестве определяют из теплового баланса
,
откуда
,
где – энтальпия пара;и– начальная и конечная температуры воды.
Диаметр корпуса конденсатора определяют по известному объему пара при рабочем давлении в конденсаторе и скорости движения пара в свободном сечении корпуса, равной 18–22 м/с. Сечение патрубков на корпусе конденсатора рассчитывают в зависимости от следующих скоростей: для пара, входящего в конденсатор, – 40 ÷ 50 м/с; для воздуха – 12 ÷ 15 м/с; для охлаждающей воды – 1,0 ÷ 1,2 м/с; для барометрической воды – 0,3 ÷ 0,5 м/с. Конструктивно расстояние между полками принимают одинаковым:
,
где – диаметр корпуса конденсатора.
Конечную температуру барометрической воды, выходящей из конденсатора, принимают на 3–4 °С ниже температуры насыщения.
Необходимое число полок конденсатора можно рассчитать по формуле
,
где – температура насыщенного пара;– температура воды на выходе из первой полки.
Температуру можно рассчитать из соотношения
,
где – эквивалентный диаметр плоской струи;и– ширина и толщина струи;– скорость истечения струи,;– расход барометрической воды.
Высота барометрической трубы (от уровня воды в барометрическом сборнике до парового патрубка в корпусе):
.
Здесь – разрежение в конденсаторе, кПа; 102 – давление в кПа, соответствующее 760 мм рт. ст.;– скорость воды и конденсата в барометрической трубе (принимают 0,3 ÷ 0,5 м/с);– сумма коэффициентов сопротивления на входе воды в трубу и на выходе из нее (принимают);– коэффициент сопротивления трению ();– внутренний диаметр барометрической трубы.
В последнем уравнении первая составляющая – высота столба воды в трубе, необходимая для уравновешивания атмосферного давления, вторая составляющая – напор, необходимый для преодоления сопротивлений в барометрической трубе и сообщения воде скорости . Высота 0,5 м прибавляется для того, чтобы при увеличении вакуума вода не заливала паровой патрубок конденсатора и не попадала в примыкающий к нему аппарат.
Диаметр барометрической трубы находят из уравнения расхода смеси конденсата параи воды, движущейся по ней,
(– плотность воды в барометрической трубе).
Для определения количества воздуха , откачиваемого из конденсатора вакуум-насосом, пользуются эмпирической формулой
,
объем отсасываемого воздуха
,
где – газовая постоянная для воздуха,Дж/(кг·К);– температура воздуха,;– парциальное давление воздуха,(– общее давление в конденсаторе– парциальное давление пара, равное давлению насыщения при температуре).