- •1 Фильтры для разделения суспензий
- •1.1 Классификация
- •1.2 Типовые конструкции
- •1.3 Методика расчета
- •2 Центрифуги
- •2.1 Классификация центрифуг
- •2.2 Способы выгрузки осадка из роторов центрифуг
- •3 Теплообменная аппаратура.
- •3.1 Классификация и основные требования к теплообменным аппаратам.
- •3.2 Типовые конструкции
- •3.2.1 Элементные (секционные) теплообменники
- •3.2.2 Двухтрубные теплообменники типа "Труба в трубе"
- •3.2.3 Витые теплообменники
- •3 .2.4 Погружные теплообменники
- •3.2.5 Теплообменные устройства реакционных аппаратов
- •3.2.6 Теплообменники воздушного охлаждения
- •3.2.7 Теплообменники смешения
- •3.3 Методика расчета теплообменных аппаратов
- •3.3.1 Физические параметры и скорости движения теплоносителей
- •3.3.2 Тепловые балансы теплообменных аппаратов
- •3.3.3 Движущая сила теплообмена
- •3.3.4 Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи
- •3.3.5 Поверхность теплопередачи
- •3.3.6 Конструктивные размеры аппарата
- •3.3.7 Гидравлический расчет теплообменного аппарата
- •4 Колонные аппараты
- •4.1 Классификация колонных аппаратов
- •4.2 Тарельчатые колонны
- •4.3 Тарелки провального типа
- •4.4 Каскадные промывные тарелки
- •4.5 Насадочные колонны
- •4.6 Отбойные устройства
- •4.7 Методика тепло – и массообменного расчета колонных аппаратов
- •4.7.1 Общая схема расчета колонных аппаратов
- •4.7.2 Определение основных конструктивных размеров ректификационной колонны
- •4.7.3 Методика гидромеханического расчета колонных аппаратов
- •4.7.4 Механический расчет колонных аппаратов
- •5 Сушильные установки
- •5.1 Назначение, методы и физические основы сушки
- •5.2 Типовые конструкции сушилок
- •5.3 Последовательность расчета сушилки
- •6 Трубопроводные системы
- •6.1 Классификация технологических трубопроводных систем
- •6.2 Выбор условного диаметра трубопроводов по скорости потока
3.3.2 Тепловые балансы теплообменных аппаратов
Тепловой расчет начинается с определения тепловой нагрузки аппарата и расхода греющего или охлаждающего теплоносителя. Тепловой нагрузкой называется количество тепла, переданного от горячего теплоносителя к холодному. Очевидно, что
, (3.3)
В зависимости от заданного процесса тепловые балансы имеют различный вид.
Уравнение теплового баланса в общем виде можно записать в виде равенства
, (3.4)
Для холодильников
Согласно уравнениям (3.3) и (3.4) . Тогда
, (3.5)
, (3.6)
где –расход горячего теплоносителя, кг/с; c– средняя удельная теплоемкость горячего теплоносителя, Дж/(кг град); (для газа c = cр ); t1 и t2 – начальная и конечная температуры горячего теплоносителя, град; –расход охлаждающей воды, кг/с; cв –средняя удельная теплоемкость охлаждающей воды, Дж/(кг град); –температура охлаждающей воды на выходе из аппарата и на входе в аппарат, град.
Из уравнения теплового баланса
, (3.7)
определяется расход охлаждающей воды (кг/с):
, (3.8)
Для подогревателей
Нагрев одного из теплоносителей происходит за счет конденсации греющего водяного насыщенного пара:
, (3.9)
где Д– расход греющего пара, кг/с; i1 – теплосодержание (или энтальпия) греющего пара (находится из таблиц насыщенного водяного пара), Дж/кг; теплосодержание конденсата, Дж/кг; – расход нагреваемого вещества, кг/с; c– удельная теплоемкость нагреваемого вещества, Дж/(кг град); – начальная и конечная температуры вещества, град.
Уравнение теплового баланса
, (3.10)
где – потери тепла от стенок аппаратов в окружающую среду, Вт.
Из практики известно, что потери тепла составляют 2 3 % от подведенного тепла и учитываются коэффициентом = 0,97 0,98:
, (3.11)
Тогда расход греющего пара (кг/с)
, (3.12)
Для испарителей
Нагрев холодного теплоносителя производится с изменением его агрегатного состояния, т.е. жидкость переходит в пар, в то же время горячий теплоноситель (например, насыщенный пар), отдавая тепло также изменяет агрегатное состояние – конденсируется:
, (3.13)
где Q1 – тепло, израсходованное для нагрева холодного тепло– носителя до температуры кипения, Вт; Q2 – тепло, затраченное для испарения кипящей жидкости, Вт.
, (3.14)
где G – расход холодного теплоносителя, кг/с; с– удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг град), – температура кипения холодного теплоносителя, град; t1 – начальная температура холодного теплоносителя, град; r – скрытая теплота парообразования теплоносителя, Дж/кг.
Уравнение теплового баланса
, (3.15)
Расход греющего пара (кг/с)
, (3.16)
Для конденсаторов
В этих аппаратах происходит процесс охлаждения горячего теплоносителя с изменением агрегатного состояния. Например, технологическое вещество (пары этилового спирта), охлаждаясь конденсируются и жидкий этиловый спирт выходит с заданной температурой t2 . Тепло от горячего теплоносителя чаще всего отводится холодной водой:
, (3.17)
где Q1 – тепло, выделяющееся при охлаждении перегретых паров от до насыщенного состояния , Вт; Q2 – тепло, выделяющееся при конденсации насыщенного пара, Вт; Q3 – тепло, выделяющееся при охлаждении горячей жидкости от до заданной температуры t2 , Вт; W– расход охлаждающей воды, кг/с; – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг град).
, (3.18)
где G– расход горячего теплоносителя, кг/с; – удельная теплоемкость при постоянном давлении для перегретого пара, Дж/(кг град); r– скрытая теплота конденсации горячего теплоносителя, Дж/кг; c– удельная теплоемкость горячего теплоносителя Дж/(кг град). Уравнение теплового баланса:
, (3.19)
Если охлаждающая вода попадает в межтрубное пространство и внешние стенки аппарата имеют температуру, мало отличающуюся от температуры окружающей среды, Из уравнения (9.19) определяем расход охлаждающей воды (кг/с):
, (3.20)
Если в процессе теплообмена есть дополнительные условия, осложняющие процесс, например, дополнительный приход или расход тепла за счет химической реакции или превращения вещества, то их нужно учесть в тепловом балансе.
то тепловые потери ничтожно малы и их не учитывают.