Обладнання для проведення теплових процесів

1 Основи теорії теплопередачі

Теплопередача являє собою складний процес, який включає три елементарних способи перенесення теплоти: теплопровідність, конвекцію та теплове випромінювання.

Теплопровідністю називається перенесення теплоти (або внутрішньої енергії) при безпосередньому контакту тіл (або частин одного тіла) з різною температурою.

Конвекція спостерігається в рухомих рідинах та газах. Перенесення теплоти при цьому здійснюється за рахунок переміщення речовини в просторі.

Теплове випромінювання - це явище перенесення теплоти в вигляді електромагнітних хвиль з подвійним взаємним перетворенням - теплової енергії в променеву та навпаки.

В природі елементарні різновидності теплообміну в чистому вигляді зустрічаються досить рідш.

В більшості випадків одна різновидність теплообміну супроводжується іншою. Наприклад, обмін теплотою між твердим тілом та рідиною, або газом, відбувається за рахунок теплопровідності та конвекції одночасно і має назву конвективного теплообміну або тепловіддачі. Інший приклад: в парових котлах в процесі переносу теплоти від пічних газів до зовнішньої поверхні кип'ятильних труб одночасно відбуваються всі три різновидності теплообміну - теплопровідність, конвекція та теплове випромінювання. На практиці, при розрахунках, такі складні процеси інколи доцільно розглядати як одне ціле.Так,наприклад, передачу теплоти від гарячої рідини до холодної через розділяючу їх стінку називають теплопередачею.

Самочинний процес переносу теплоти від ділянок тіла з більшою температурою до ділянок з меншою температурою називається теплопровідністю.

Теплопровідність пов'язана із розподілом температури в середині тіла, що свідчить про наявність температурного поля та градієнту температури.

Сукупність значень температури для всіх точок простору в даний момент часу називається температурним полем. Якщо температура змінюється протягам часу, поле називається нестаціонарним, або неусталеним, якщо ж не змінюється - стаціонарним, або усталеним.

Геометричне місце точок з однаковою температурою при будь-якому температурному полі тіла створює ізотермічну поверхню. Лінії перетину ізотермічних поверхонь з якоюсь площиною будуть ізотермами довкола цієї площини.

2 Класифікація обладнання для проведення теплових процесів

У харчовій промисловості обладнання для проведення теплових процесів можна класифікувати за такими основними групами: підігрівачі, випарні апарати, апарати для охолодження, конденсатори, печі, холодильні установки тощо.

Пристрої, призначені для передачі теплоти від одного носія до іншого, називають теплообмінними апаратами. За принципом дії теплообмінні апарати можуть бути розділені на рекуперативні, регенеративні та змішувальні.

Рекуперативними називаються такі апарати, в яких теплота від гарячого теплоносія до холодного передається крізь розділяючу їх стінку (парогенератори, підігрівачі, конденсатори).

Регенеративними називаються апарати, в яких одна і та ж поверхня нагрівання омивається то гарячим, то холодним теплоносієм.

За способом передачі теплоти теплообмінні апарати діляться на дві групи: поверхневі та змішувальні.

Поверхневі теплообмінні апарати класифікують за такими ознаками:

• за призначенням: підігрівані, холодильники;

• за направленням потоку робочих середовищ: прямотечійні, протитечійні, перехресного току, змішаного току;

• за родом робочих середовищ: паро-рідинні, рідинно-рідинні, газо­рідинні, газо-газові;

• за числом ходів: одноходові, багатоходові;

• за компоновкою: однокорпусні, багатокорпусні;

-за конструктивними ознаками: кожухотрубні, рубашкові, зрошувальні, занурені;

• за конструкцією поверхні теплообміну: трубчасті горизонтальні, трубчасті вертикальні, змійовикові, комбіновані, голчасті, спіральні, сотові, плавникові, ребристі, пластинчасті;

• за жорсткістю конструкції: жорсткі, нежорсткі, напівжорсткі. Нежорсткі: з подвійними трубками, з плаваючою головкою, з сальником біля трубної решітки, з ІЛ-подібними трубками.

• за характеристикою температурного режиму: зі сталим режимом і з несталим режимом.

Групу випарних апаратів можна класифікувати за такими ознаками:

• за принципом дії: періодичної та безперервної дії;

• за природою теплоносія або методом нагрівання: з газовим нагріванням, з нагріванням рідкими теплоносіями, з паровим нагріванням, з електронагріванням, з нагріванням за методом барботажу;

• за розташуванням поверхні нагрівання: вертикальні, горизонтальні, похилі, з виносною та внутрішньою нагрівними камерами;

• за конструкцією поверхні нагрівання: з трубним нагріванням, зі змійовиковим, у вигляді парової рубашки, кільцевою паровою камерою;

• за розташуванням робочих середовищ: апарати з подачею нагрівної пари в трубки, подачею нагрівної пари в міжтрубний простір;

• за режимом руху киплячої рідини: з вільною, природною, примусовою циркуляцією, однократною та багатократною циркуляцією, прямоточні та плівкові.

З великої кількості конструкцій розглянемо основні типи теплообмінних апаратів харчових виробництв і принципи їх розрахунку.