Практическое занятие .

Наименование работы: «Определение тепловой нагрузки теплообменника при постоянных агрегатных состояниях теплоносителей и при изменении агрегатного состояния теплоносителей»

Цель работы: получить практические навыки определения тепловой нагрузок теплообменника при постоянных агрегатных состояниях и изменении агрегатного состояния. Приобретение практических навыков при использовании справочной и технической литературы. Закрепить теоретические знания о составлении тепловых балансов теплообменника.

Оборудование и литература:

1. Инженерный калькулятор,

2. линейка, карандаш, стирательная резинка,

3. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии,1976;

4. Варгафтик Справочник физико-химических свойств веществ.

5. Краткий справочник тепловых свойств веществ;

Пояснения к работе.

В промышленности широко используют тепловые процессы для нагрева, охлаждения, конденсации, испарения и т.д.

В тепловых процессах взаимодействуют не менее чем две среды с различными температурами. При этом тепло передаётся самопроизвольно (без затрат энергии) только от среды с более высокой температурой, называемой теплоносителем, к среде с более низкой температурой, называемой хладоагентом.

При протекании процесса теплообмена возможны 4 варианта движения жидкости: прямоток, противоток, перекрёстный ток и смешанный ток [1].

Тепло отдаваемое более нагретым теплоносителем, затрачивается на нагрев более холодного теплоносителя, и некоторое количество тепла расходуется на компенсацию потерь тепла в окружающую среду. Величина потерь в теплообменных аппаратах, покрытых изоляцией, не превышает 3-5% полезно используемого тепла. Поэтому ей часто пренебрегают.

Тепловой баланс любого теплообменного аппарата определяется из соотношения:

(1) [1]

где Q —тепловая нагрузка аппарата, Вт;

Q₁ – теплота, отдаваемая более нагретым теплоносителем, Вт;

Q₂ – теплота, затрачиваемая на нагрев более холодного теплоносителя, Вт;

Q_пот – потери тепла в окружающую среду, Вт.

Тепловая нагрузка теплообменного аппарата определяется в зависимости от условий протекания процесса:

при постоянном агрегатном состоянии теплоносителей:

(2) [2]

или (3) [2]

где Q —тепловая нагрузка аппарата, Вт;

расход первого теплоносителя, кг/с;

теплоёмкость первого теплоносителя при средней температуре потока, Дж/кг*К;

расход второго теплоносителя, кг/с;

теплоёмкость второго теплоносителя при средней температуре потока, Дж/кг*К;

начальная температура первого теплоносителя, °С;

конечная температура первого теплоносителя, °С;

начальная температура второго теплоносителя, °С;

конечная температура второго теплоносителя, °С;

I_1Н – энтальпия начальная первого теплоносителя, Дж/кг;

I_1К – энтальпия конечная первого теплоносителя, Дж/кг;

I_2Н – энтальпия начальная второго теплоносителя, Дж/кг;

I_2К – энтальпия конечная второго теплоносителя, Дж/кг.

Если теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителей, то энтальпии их равны произведению удельной теплоемкости с на температуру t.

(4) [3]

_{где I – энтальпия потока, Дж/кг;}

удельная теплоемкость, Дж/кг*К;

t – температура теплоносителя, °С.

Удельная теплоемкость — это количество теплоты, сообщаемое единице вещества для изменения его температуры на 1 К; измеряется в Дж/кг*К; Значения теплоёмкости приводятся в справочниках.

Из уравнения теплового баланса можно выразить расход второго теплоносителя или неизвестную температуру теплоносителя. Неизвестный расход определяем по формуле:

(2-а) [3]

где Q —тепловая нагрузка аппарата, Вт;

расход второго теплоносителя, кг/с;

теплоёмкость второго теплоносителя при средней температуре потока, Дж/кг*К;

начальная температура второго теплоносителя, °С;

конечная температура второго теплоносителя, °С;

Если теплообмен осуществляется при изменении агрегатного состояния теплоносителя (конденсация пара, испарение жидкости и др.), то в тепловом балансе должны быть учтены тепловые эффекты, сопровождающие процесс.

При изменении агрегатного состояния одного из теплоносителей.

при изменении агрегатного состояния одного из теплоносителей:

(5) [2]

где расход теплоносителя, изменяющего агрегатное состояние, кг/с;

энтальпия пара, Дж/кг;

Энтельпия конденсата,Дж/кг;

коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду;

расход второго теплоносителя, кг/с;

теплоёмкость второго теплоносителя, ;

начальная температура холодного теплоносителя, °С;

конечная температура холодного теплоносителя,°С.

при изменении агрегатного состояния обоих теплоносителей:

(5) [2]

где расход первого теплоносителя, изменяющего агрегатное состояние, кг/с;

энтальпия пара, Дж/кг;

энтальпия конденсата, Дж/кг;

коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду;

расход второго теплоносителя, изменяющего агрегатное состояние, кг/с;

энтальпия пара, Дж/кг;

энтальпия конденсата, Дж/кг;

В случае использования в качестве теплоносителя перегретого водяного пара:

(6) [3]

где расход первого теплоносителя, кг/с;

теплоемкость первого теплоносителя, ;

конечная температура нагрева, °С;

начальная температура, °С;

коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду;

тепло, отдаваемое при охлаждении перегретого пара, Вт;

где (7)[3]

расход второго теплоносителя, кг/с;

удельная теплоёмкость пара, Дж/кг;

температура пара, °С;

температура насыщенного пара, °С.

теплота, отдаваемое при конденсации пара равна теплу, расходуемому на испарение жидкости, Вт;

(8)[4]

– теплота парообразования,

теплота, отдаваемая при охлаждении конденсата, Вт

(9)[5]

(6-а)[6]

где:

удельная теплоёмкость конденсата, Дж/кг.

При конденсации насыщенного пара без охлаждения конденсата.

[2.65]