- •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
Построение составных кривых потоков хтс
Рассмотрим упрощенную схему ХТС (рис. 9.14), имеющую четыре тепловых потока, данные о которых представлены в табл. 9.1.
Рисунок 9.14 – Упрощенная схема ХТС
Таблица 9.1 – Характеристика тепловых потоков:
№ |
Вид потока |
TН,C |
TК,C |
CP, кВт/C |
1 |
холодный |
20 |
135 |
4,0 |
2 |
горячий |
170 |
60 |
6,0 |
3 |
холодный |
80 |
140 |
8,0 |
4 |
горячий |
150 |
30 |
3,0 |
На рис. 9.15 представлена энтальпийная диаграмма потоков рассматриваемой ХТС.
Для построения составной кривой охлаждаемых потоков («горячей» составной кривой) выстроим начальные и конечные температуры охлаждаемых (горячих) потоков по возрастанию и разобьем на интервалы: (30, 60), (60, 150), (150, 170). Определим длины интервалов:и.
Рисунок 9.15 – Энтальпийная диаграмма потоков ХТС
Для каждого интервала просуммируем значения потоковых теплоемкостей потоков, температурные границы которых включают данный интервал:
Пользуясь соотношением (9.3), можно рассчитать величины
Повторим процедуру для нагреваемых (холодных) потоков. Для них также можно выделить три температурных интервала (20, 80), (80, 135), (135, 140).
Этим интервалам соответствуют:
;
,
а для
После выполненных вычислений можно изобразить «горячую» и «холодную» составные кривые в системе координат T=f(H) (рис. 9.16).
Рисунок 9.16 – Составные кривые
«Точка пинча» потоков хтс
При проектировании сети теплообменников можно задаться величинойTminтак, чтобы для каждого минимальная температурная разность каждого теплообменника сети не превышала Tmin.Например, для потоков, представленных в табл. 9.1, зададимсяTmin=10C. Расположим «горячую» и «холодную» составные кривые таким образом, чтобы расстояние между ними по осиТбыло не меньше 10C(рис. 9.17). При этом расстояния по осиНмежду составными кривыми на «горячем» и «холодном» концах равны минимальному количеству энергии, которое требуется для нагрева (= 40 кВт) и охлаждения (= 120 кВт) системы. Точка, в которой расстояние между составными кривыми равноTmin, называется «точкой пинча». Для «горячей» составной кривой температура в точке пинча равна 90C, а для холодной – 80C.
Рисунок
9.17 – Сдвиг составных кривых для
Tmin=10C
Рисунок
9.18 – Корректное значение Тminопределяется экономическим компромиссом
между конкурирующими зависимостями
от минимальных движущих сил теплопередачи
в ХТС, стоимости внешних энергоносителей
и капитальных вложений
При увеличении Тminувеличивается температурный напор между теплоносителями и уменьшается доступная для рекуперации энергия. Оба эти фактора ведут к уменьшению общей площади поверхности теплообмена рекуперативной системы и, следовательно, к снижению капитальных вложений. С другой стороны, увеличениеТminведет к увеличению целевых значений внешних энергоносителей, а значит, и к увеличению стоимости потребляемой энергии и хладагентов. Следовательно, общая стоимость проекта складывается из двух конкурирующих величин. Одна из них – капитальные вложения – уменьшается при увеличенииТmin, а другая – стоимость внешних энергоносителей – возрастает, что приводит к немонотонному характеру зависимости общей стоимости отТmin(рис. 9.18).
Наличие конкурирующих свойств дает возможность поставить и решить оптимизационную задачу, в которой критерием оптимизации являются материальные затраты на создание и эксплуатацию проектируемой или модернизируемой ХТС. Совершенно очевидно, что в процессе оптимизации должно быть определено такое Тmin, которое приводит к материальным затратам, близким к минимально возможным (см. рис. 9.18).
При определении величины Тminнеобходимо учитывать следующие основные ограничения.
Установление малых значений Тminтребует использование теплообменников, работающих в чисто противоточном режиме. Для кожухотрубчатых теплообменников не следует приниматьТminменьше чем 10 ºС, так как даже в одноходовых теплообменниках периодически возникают поперечные течения в межтрубном пространстве. При использовании пластинчатых теплообменниковТminможет достигать 5 ºС, а при установке пластинчато-ребристых аппаратовТminможет быть снижено до 1–2 ºС.
Следует отметить, что ограничения, связанные с обязательным достижениемТmin,относятся только к тем теплообменникам, которые работают на потоках, температуры которых близки к температурам пинча.