Подп. дата
Практична робота №3
Тема: Розрахунок теплообмінного апарату
Мета роботи: Закріплення знань, отриманих у процесі теоретичного навчання, придбання
навичок технологічних розрахунків теплообмінних апаратів.
1. Коротка теорія процесу теплообміну.
Загальні типи теплообмінників.
Теплообміном називається перенесення тепла, що відбувається між тілами з різною температурою. Рушійною силою цього процесу є різниця температур, при цьому тепло переходить самовільно від більш нагрітого до менш нагрітого тіла.
Тіла, які беруть участь в теплообміні називаються теплоносіями. Теплоносії з більш високою температурою, називаються гарячими, (вони віддають тепло). Теплоносії з більш низькою температурою, називаються холодними, (вони сприймають тепло).
Найбільш поширений спосіб проведення теплообмінних процесів - це передача тепла від одного теплоносія до іншого через стінку. Розрізняють три принципово різних види розповсюдження тепла: теплопровідність, конвекція і теплове випромінювання. Всі вони є частинами загального процесу теплопередачі.
Перенесення тепла теплопровідністю характерне для твердих тіл, коли здійснюється перенесення тепла від однієї більш нагрітої поверхні стінки до іншої менш нагрітої, через товщину тіла. Перенесення тепла теплопровідністю відбувається внаслідок теплового руху атомів і молекул усередині тіла.
Перенесення тепла конвекцією характерне для газів і рідин у зв'язку з рухливістю в них не тільки атомів і молекул, але й мікрооб'ємів речовини. Тому при конвекції перенесення тепла здійснюється переважно мікроскопічними обсягами газів і рідин. Розрізняють природну і вимушену конвекцію.
Перенесення тепла випромінюванням (теплове випромінювання) властиве всім тілам, при
цьому випромінювання енергії відбувається безперервно внаслідок складних внутрішньо атомних збурень, інтенсивність яких визначається температурою тіла. Променева енергія являє собою енергію електромагнітних коливань з різними довжинами хвиль. Тепловому випромінюванню відповідають довжини хвиль від 0,4 до 40 мкм. Такі промені поглинаються тілами, причому при поглинанні їх променева енергія знову переходить в теплову.
Теплопередачею через стінку називається передача тепла від теплоносія, що знаходиться по одну сторону стінки, до теплоносія, що знаходиться по інший бік стінки. Процес теплопередачі як би складається з трьох складових частин:
1) теплопередачі за рахунок конвекції (або випромінювання) від гарячого теплоносія до стінки;
2) передача тепла через стінку за рахунок теплопровідності;
3) теплопередача від стінки до холодного теплоносія за рахунок конвекції (або випромінювання).
Основне рівняння теплопередачі.
,
(1.1)
звідси можна знайти
,
(1.2)
де Q - кількість переданої теплоти, Вт; F - поверхність теплообміна, м2; k – коефіцієнт теплопередачі, що складається з тепловіддачі обох теплоносіїв і теплопровідності стінки, В/м2К;
Δtср - середній температурний напір (середня різниця температур між теплоносіями) або рушійна сила процесу. У техніці застосовуються такі способи нагрівання:
1) нагрівання водяною парою (застосовується для нагріву до 150 - 170 °С);
2) нагрівання парами висококиплячих рідин і ртуттю (застосовується для нагріву вище 170 °С);
3) нагрівання гарячими рідинами (наприклад, гарячою водою, перегрітої водою тощо);
4) нагрівання гарячими газами;
5) нагрівання електрострумом.
У техніці застосовуються такі способи охолодження:
1) охолодження повітрям;
2) охолодження водою;
3) охолодження низькотемпературними агентами.
У промисловості найбільш часто застосовуються такі типи теплообмінників:
1) трубчасті, в т. ч. кожухотрубчасті, зрошувальні, занурені і типу "труба в трубі";
2) пластинчасті;
3) спіральні;
4) апарати з охолоджуючої або нагріваючої сорочкою;
5) теплообмінники з оребренними поверхнями теплообміну.
Найбільш поширені в хім. промисловості кожухотрубчасті теплообмінники. Вони бувають з нерухомими і рухомими трубними решітками, лінзовими компенсаторами і без них, з U - образними трубами.