Методические указания

Прежде чем приступить к изучению тепловых процессов, нужно повторить основные понятия: теплоемкость, энтальпия жидкости, энтальпия паров, теплота парообразования, теплота конденсации.

Тепловые расчеты аппаратов основаны на законах теплопередачи теплопроводностью, конвекцией и радиацией. Поэтому необходимо усвоить уравнения, по которым определяются: количество тепла, передаваемого теплопроводностью (Закон Фурье), конвекцией и радиацией (Закон Стефана-Больцмана). Надо уяснить физический смысл коэффициент теплопроводности, который определяется по эмпирическим формулам в зависимости от плотности и температуры.

При изучении теплопередачи конвекцией особое внимание надо обратить на теорию подобия. Разберитесь, как зависит коэффициент теплоотдачи L от критериев подобия: Nu, Re, Pr, Gr. Коэффициент L для каждого случая определяется по эмпирической формуле, куда входят вышеуказанные критерии подобия. Вначале определяют режим движения жидкости, т.е. определяют критерий Рейнольдса, а затем в зависимости от режима движения и условий теплопередачи подбирают соответствующее уравнение для определения L.

Особое внимание обратите на коэффициент теплопередачи k. Он зависит от частных коэффициентов теплоотдачи и резко снижается от загрязнения поверхности теплопередачи. Повышение коэффициента теплопередачи k приводит к уменьшению поверхности теплопередачи.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие виды передачи тепла Вы знаете? Дайте их определение.

2. Что называется коэффициентом теплопередачи? Какова его размерность?

3. Что называется коэффициентом теплопроводности? Какова его размерность?

4. От чего зависит коэффициент теплопроводности?

5. Напишите уравнение передачи тепла конвекцией. Проанализируйте его.

6. Какие факторы влияют на величину коэффициента теплоотдачи?

7. Какие виды движения теплоносителей вы знаете?

8. Как определяется средний температурный напор?

9. Сформулируйте законы Стефана-Больцмана и Кирхгофа. Напишите их математическое выражение.

10. Как рассчитывают потери тепла в окружающую среду?

11. Какими материалами изолируют аппараты и трубопроводы?

Литература :[1], с. 116-143; [3], с. 363-410

Тема 2.2 Теплообменные аппараты

Студент должен:

знать:

• виды нагревающих и охлаждающих агентов;

• устройство теплообменных аппаратов: кожухотрубчатых, «труба в трубе », погружного типа, с паровым пространством, воздушного охлаждения, оросительных, пластинчатых, с рубашкой;

• последовательность расчета теплообменного аппарата;

• сущность процесса кристаллизации, устройство кристаллизаторов;

уметь:

• выбирать тип аппарата по ГОСТу и др. нормативным документам;

• выбирать теплоносители для движения по трубному пространству или межтрубному пространству теплообменников;

• производить сравнительную оценку различных теплообменных аппаратов;

• рассчитывать теплообменные аппараты;

• составлять материальный и тепловой балансы кристаллизации;

• выбирать кристаллизатор по результатам расчета.

Нагревание и охлаждение. Виды нагревающих и охлаждающих агентов. Регенерация тепла отходящих материальных потоков. Использование тепла низкопотенциальных потоков. Сравнительная оценка различных теплоносителей.

Классификация теплообменных аппаратов. Устройство теплообменных аппаратов: «труба в трубе», кожухотрубчатых, погружных, с паровым пространством, оросительных, пластинчатых, с рубашкой, воздушного охлаждения, их сравнительная характеристика. Роль аппаратов воздушного охлаждения и доохладителей в современных схемах конденсации и охлаждения нефтепродуктов.

Сущность и проведение процесса кристаллизации. Материальный и тепловой балансы кристаллизации. Определение основных размеров кристаллизаторов. Устройство кристаллизаторов, применяемых в процессах нефтегазопереработки.

Технологический расчет теплообменного аппарата.

Охрана окружающей среды.

Практические занятия № 4.

Лабораторная работа № 4.

Методические указания

Вначале надо изучить, какие продукты используются в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах, какой процесс является регенерацией тепла.

Внимательно изучите конструкцию различных типов теплообменных аппаратов, разберитесь в достоинствах и недостатках каждой конструкции. Обратите внимание на конденсаторы и холодильники воздушного охлаждения. Надо уметь рисовать эскизы теплообменных аппаратов по памяти. В этой теме следует усвоить расчет теплообменных аппаратов. Для кожухотрубчатых теплообменников расчет осуществляется в следующей последовательности:

1.Определить тепловую нагрузку теплоносителя;

2. Найти неизвестную температуру теплоносителя;

3. Определить средний температурный напор;

4. Выбрать по справочнику (или рассчитать) коэффициент теплопередачи К;

5. Найти необходимую поверхность теплообмена.

6. Выбрать тип теплообменника по ГОСТу и определить число теплообменников.

При расчете конденсаторов-холодильников обратите особое внимание, что при конденсации нефтяных фракций (а не индивидуальных веществ) температуры начала конденсации и конца конденсации не равны.