Лучистый теплообмен

• Процесс распространения тепла в виде электромагнитных волн.

• Все тела обладают способностью излучать энергию, поглощать энергию и превращать ее в тепловую.

• Тепловое излучение имеет одинаковую природу со световым.

Характеристики теплового излучения

Лучеиспускательная способность – количество энергии, излучаемой единицей поверхности тела в единицу времени во всем интервале длин волн:

E=Q_л /(F τ)

Лучеиспускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна абсолютной температуре его поверхности (закон Стефана Больцмана):

где K₀- константа лучеиспускания абсолютно черного тела, С₀- коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела

2. Тепловой баланс.

Тепловое воздействие на исходное сырьё является необходимым услови­ем технологических процессов большинства производств.

Задачи тепловой обработки химических продуктов разнообразны. В зави­симости от целей технологии происходят следующие тепловые процессы:

1. НАГРЕВАНИЕ – увеличение температуры вещества путем подвода тепловой энергии. Температура (t) увеличивается, t>t_нач.

2. ОХЛАЖДЕНИЕ – уменьшение температуры вещества путем отвода тепловой энергии

Температура (t) уменьшается, t<t_нач.

3. КОНДЕНСАЦИЯ – перевод пара в жидкое состояние путем отвода тепловой энергии.

t_конд.= const.

4. ИСПАРЕНИЕ – перевод жидкости в парообразное состояние путем подвода тепловой энергии.

t_исп. = const.

Частные случаи.

КИПЕНИЕ – испарение жидкости при t_кип. = const.

ВЫПАРИВАНИЕ – кипение растворов твердых нелетучих веществ при t_кип. = const.

ВОЗГОНКА – (сублимация) – перевод твердого вещества в парообразное состояние, минуя жидкую вазу (t_возг. = const).

В большинстве случаев непосредственный контакт продуктов с другими теплоносителями недопустим, поэтому теплопередачу осуществляют в различ­ных теплообменниках, где твердая стенка разделяет рабочие среды. Твердая стенка служит поверхностью нагрева и конструктивно выполняется в виде труб, рубашек и т.д.

Тепловой баланс

Тепло Q₁, отдаваемое более нагретым теплоносителем, затрачивается на нагрев более холодного Q₂ и на компенсацию потерь Q_n в окружающую среду.

Величина Q_n в тепловых аппаратах, покрытых тепловой изоляцией, при­нимается в диапазоне 3...5%. В первом приближении ею можно пренебречь.

То­гда тепловой баланс выразится равенством:

Q=Q₁=Q₂,

где Q - тепловая нагрузка аппарата.

Если теплообмен между жидкостями осуществляется без изменения агре­гатного состояния, то уравнение теплового баланса будет иметь следующий вид:

Q = G₁C₁ (t_1н — t_1k ) = G₂C₂ (t_2к— t_2н ) ,

где G₁ и G₂ - расходы горячего и холодного теплоносителей, кг/с; С₁ и С₂ - теплоёмкости горячего и холодного теплоносителей, Дж/(кг К);t_lн и t_lк - начальная и конечная температуры греющего агента, ⁰С; t_2H и t_2K - начальная и конечная температуры холодного агента, ⁰С.

При изменении агрегатного состояния теплоносителя (конденсация пара, испарение жидкости и т.д.) уравнение теплового баланса примет вид:

Q = D(i_n - С_кондt_конд ) = G₂C₂(t_2к - t_2н ),

где D - расход пара, кг/с;i_n - энтальпия пара, Дж/кг;с_конд - теплоёмкость конденсата Дж/(кг∙К);t_конд- температура конденсата, ⁰С.

3.ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННОЙ АППАРАТУРЫ.

Расчет теплообменной аппаратуры состоит из 2-х основных этапов:

1. Определение теплового потока (тепловой нагрузки аппарата), т.е. количества тепла Q, которое должно быть передано за определенное время τ от одного теп­лоносителя к другому. Тепловой поток вычисляется путем составления и реше­ния тепловых балансов.

2. Определение поверхности теплообмена F, обеспечивающей передачу тре­буемого количества тепла в заданное время τ. Поверхность теплообмена нахо­дят из основного уравнения теплопередачи, вычислив предварительно значение средней разности температур между теплоносителями ∆t_ср и коэффициент теп­лопередачи К.