Додатки

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Я.М. Ханик, є.М. Семенишин, о.В. Станіславчук, д.П. Кіндзера

ПРОЦЕСИ ТА АПАРАТИ

ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Частина ІІІ

Теплові процеси, нагрівання, охолодження, конструкції теплообмінників, випарювання

За редакцією професора Ханика Я.М.

Рекомендовано Науково-методичною радою

Національного університету “Львівська політехніка”

як навчальний посібник для студентів, які навчаються за напрямами “Хімічна технологія та інженерія” та “Інженерна механіка”

Львів

Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”

2006

ББК 35.115+35

П 845

УДК 66.02

Рекомендовано Науково-методичною радою

Національного університету “Львівська політехніка” як навчальний посібник для студентів, які навчаються за напрямами “Хімічна технологія та інженерія” та “Інженерна механіка”

(протокол № 3/2006 від 31.03.2006 р.)

Рецензенти:

Білей П.В., доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри термообробки та захисту деревини Національного лісотехнічного університету України;

Гивлюд М.М., доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри хімічної технології силікатів Національного університету “Львівська політехніка”

 Ханик Я.М., Семенишин Є.М.,

Станіславчук О.В., Кіндзера Д.П., 2006

 Національний університет

“Львівська політехніка”, 2006

З МІСТ

Розділ І. Теплові процеси 7

1.1. Загальна характеристика 7

1.2. Теплові баланси 8

1.3. Основне рівняння теплопередачі 10

1.4. Передача тепла теплопровідністю 10

1.4.1.Температурне поле і температурний градієнт 10

1.4.2. Закон Фур’є 12

1.4.3. Диференційне рівняння теплопровідності 13

1.4.4. Рівняння теплопровідності плоскої стінки 16

1.4.5. Рівняння теплопровідності циліндричної стінки 20

1.5. Теплове випромінювання 22

1.5.1. Теоретичні основи теплового випромінювання 22

1.5.2. Закон Стефана – Больцмана 24

1.5.3. Закон Кірхгофа 27

1.5.4. Взаємне випромінювання двох тіл 29

1.5.5. Випромінювання і поглинання енергії газами 31

1.6. Передача тепла конвекцією 32

1.6.1. Закон Ньютона – Ріхмана 32

1.6.2. Диференціальне рівняння конвективного теплообміну 35

1.6.3. Теплова подібність 38

1.6.4. Дослідні дані з тепловіддачі 42

1.6.4.1. Тепловіддача без зміни агрегатного стану 42

1.6.4.2. Тепловіддача із зміною агрегатного стану 49

1.6.4.3. Кипіння рідин 55

1.6.4.4. Теплообмін під час безпосереднього контакту фаз 58

1.7. Складна тепловіддача 62

1.8. Теплопередача 63

1.8.1. Теплопередача за постійних температур 63

1.8.2. Теплопередача за змінних температур теплоносіїв 68

1.8.3. Рівняння теплопередачі для прямотечійного і протитечійного процесів теплообміну 69

1.8.4. Вибір взаємного напрямку теплоносіїв 73

Р озділ ІІ. Нагрівання, охолодження і конденсація 75

2.1. Загальна характеристика 75

2.2. Гріючі агенти і способи нагрівання 76

2.2.1. Нагрівання водяною парою 76

2.2.2. Нагрівання глухою парою 77

2.2.3. Нагрівання “гострою парою” 79

2.2.4. Нагрівання гарячою водою 81

2.2.5. Нагрівання димовими газами 81

2.2.6. Нагрівання високотемпературними теплоносіями 85

2.2.6.1. Нагрівання перегрітою водою 85

2.2.6.2. Нагрівання мінеральними мастилами 88

2.2.6.3. Нагрівання висококиплячими органічними рідинами і їхньою парою 89

2.2.6.4. Нагрівання розплавленими солями 92

2.2.6.5. Нагрівання ртуттю та рідкими металами 92

2.2.7. Нагрівання газоподібними високотемпературними теплоносіями з нерухомим і циркулюючим твердим зернистим матеріалом 93

2.2.8. Нагрівання електричним струмом 96

2.2.8.1. Нагрівання електричним опором 97

2.2.8.2. Електричні дугові печі 99

2.2.8.3. Високочастотне нагрівання 99

2.2.8.4. Дугові печі 100

2.3. Охолодження 100

2.3.1. Охолодження до звичайних температур 100

2.3.2. Охолодження льодом 102

2.3.3. Конденсація 103

Розділ ІІІ. Конструкції теплообмінних апаратів 110

3.1. Трубчасті теплообмінники 110

3.1.1. Кожухотрубні теплообмінники 110

3.1.2. Елементні теплообмінники 115

3.1.3. Двотрубчасті теплообмінники типу “труба в трубі” 116

3.2. Змійовикові теплообмінники 117

3.2.1. Занурені теплообмінники 117

3.2.2. Зрошувальні теплообмінники 118

3.2.3. Пластинчасті теплообмінники 119

3.2.4. Реберні теплообмінники 120

3 .2.5. Спіральні теплообмінники 122

3.2.6. Теплообмінні пристрої реакційних апаратів 123

3.2.7. Теплообмінники інших типів 124

3.2.8. Порівняльна характеристика теплообмінних апаратів 126

3.2.9. Розрахунок теплообмінних апаратів 127

Приклади до І–ІІІ розділів 131

Контрольні задачі до І–ІІІ розділів 173

Контрольні запитання до І–ІІІ розділів 184

Основні залежності та розрахункові формули до І–ІІІ розділів 185

Розділ ІV. Випарювання 218

4.1. Загальні відомості 218

4.2. Однокорпусні випарні установки 220

4.2.1. Схема однокорпусної випарної установки 220

4.2.2. Матеріальний баланс однокорпусної випарної установки 221

4.2.3. Тепловий баланс однокорпусної випарної установки 221

4.2.4. Температурні втрати та температура кипіння розчинів 224

4.3. Багатокорпусні випарні установки 227

4.3.1. Схеми багатокорпусних випарних установок 227

4.3.2. Матеріальний баланс 230

4.3.3. Тепловий баланс 231

4.3.4. Загальна корисна різниця температур та її розподіл по корпусах 234

4.3.5. Розподіл загальної корисної різниці температур 234

4.3.6. Вибір кількості корпусів 238

4.4. Конструкції випарних апаратів 241

4.4.1. Класифікація апаратів для випарювання 241

4.4.2. Апарати з вільною циркуляцією розчину 241

4.4.3. Вертикальні апарати з напрямленою природною циркуляцією 244

4.4.4. Апарати з внутрішньою нагрівальною камерою і центральною циркуляційною трубою 244

4.4.5. Апарати з підвісною нагрівальною камерою 246

4.4.6. Апарати з виносними циркуляційними трубами 247

4.4.7. Апарати з виносною нагрівальною камерою 248

4.4.8. Апарати з винесеною зоною кипіння 251

4.4.9. Прямотечійні (плівкові) апарати 252

4.4.10. Роторні прямотечійні апарати 255

4.4.11. Апарати з примусовою циркуляцією 256

К онтрольні запитання до ІV розділу 258

Основні залежності та розрахункові формули до ІV розділу 259

Приклади задач до ІV розділу 267

Контрольні задачі до ІV розділу 281

Приклад розрахунку трикорпусної випарної установки 288

Додатки 295

Література 337