19 Вопрос

Нагревание топочными газами

Дымовые или топочные газы относятся к числу наиболее давно применяемых нагревательных агентов. Топочные газы позволяют осуществлять нагревание до высоких температур (1000 - 1100˚С) при незначительных избыточных давлениях. Наиболее часто топочные газы используются для нагревания других газов через стенку других нагревательных агентов. При нагревании до 420˚С для изготовления т/о аппаратуры применяются обычные углеродистые стали. При нагревании от 420-520⁰С применяют легированные стали. При нагревании от 520-1100⁰С применяют специальные жаропрочные стали. Расход топлива при нагреве топочными газами определяется из уравнения теплового баланса:

В = G*c(t₂ – t₁) + Q_п / (I₁ - I₂), где

В – расход газообразного топлива,

I₁ – энтальпия топочных газов на входе в т/о,

I₂ - энтальпия топочных газов на выходе из т/о.

20 Вопрос

Конденсация

- может быть осуществлена путем охлаждения пара, либо посредством охлаждения и сжатия одновременно. Конденсацию пара в основном используют в ХТП, например, при выпаривании, в вакуум - сушке, и в других процессах для создания разряжения. Пары, подлежащие конденсации, обычно отводятся из аппарата, где они образуются, отдельный закрытый аппарат, служащий для конденсации паров, называемых конденсаторами. Объем получаемого конденсата в 1000 и 100 раз меньше объема пара, из которого он образуется. В результате в конденсаторе создается разряженное пространство, причем пространство уменьшается с уменьшением объема конденсатора. Температура конденсации тем ниже, чем больше расход охлаждающего агента и ниже. По способу охлаждения различают конденсаторы смешения и поверхностные.

Конденсаторы смешения – пар соприкасается с охлажденной водой, и полученный конденсат смешивается с последней. Конденсация в таких аппаратах обычно проводят в тех случаях, когда неконденсированные пары не представляют ценности, при этом для улучшения теплообмена между водой и паром поверхность между ними увеличивают путем распределения воды в паровом пространстве в виде капель, струек и т.д. В зависимости от вида отвода воды, конденсата, конденсаторы смешения делятся на мокрые и сухие. В мокрых конденсаторах вода, конденсат и газы откачиваются одним и тем же вакуум – насосом. В сухих и барометрических – вода и конденсат удаляются совместно самотеком, а газы откачиваются отдельно посредством сухого вакуум – насоса. Поверхности конденсатора отделяются от конденсирующего пара через стенку. Наиболее часто пар конденсируется на внешней или внутренней поверхности труб, омываемых с одной стороны водой или воздухом. Т.о. получаемый конденсат и охлажденный агент выводят отдельно. И конденсат, если он представляет ценность, может быть использован. Так, поверхностные конденсаторы применяют в тех случаях, когда сжижение и охлаждение конечного продукта, получаемого, например, в виде перегретого пара, является завершающей стадией производственного процесса.

21 Вопрос

Основы теплопередачи в химической промышленности

Перенос энергии в форме тепла, происходящий между телами, имеющими разную температуру, называется теплообменом.

Движущей силой любого процесса теплообмена является разность температур более и менее нагретого тел, при наличии которой тепло самопроизвольно со II н. т/д переходит от более к менее нагретому телу.

Теплообмен между телами представляет собой обмен энергией между молекулами, атомами и свободными электронами. В результате теплообмена интенсивность движения частиц у более нагретого тела снижается, а у менее нагретого – возрастает.

Тела, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями.

Теплопередача – это наука о процессах распространения тепла. Законы теплопередачи лежат в основе тепловых процессов (нагревание, кристаллизация и т.д.) и имеют большое значение для проведения массообменных процессов, протекающих с отводом или под отводом тепла.

Различают три принципиально различных способа подвода тепла:

1. теплопроводность – перенос тепла вследствие беспорядочного движения микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом. Это движение может быть либо движение самих молекул, либо колебания атомов, либо диффузия свободных электронов. В твердых телах теплопроводность является основным видом распространения тепла.

2. конвекция – перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газов и жидкостей. Перенос тепла возможен в условиях естественной или свободной конвекции, обусловленной разницей плотностей в различных т – ах жидкости или газа, которая возникает вследствие разности температур в этих точках или в условиях вынужденной конвекции при принудительном движении всего объема жидкости.

3. тепловое излучение – это процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длиной волн, обусловленных тепловым движением атомов или молекул излучающего тела.

Все тела способны излучать энергию, которая поглощается другими телами и снова превращается в тепло. Таким образом, осуществляется лучистый теплообмен. Он складывается путем лучеиспускания и лучепоглощения. В реальных условиях тепло передается комбинированным путем, например, при теплообмене между газовой средой и твердой стеной тепло передается всеми тремя способами. Перенос тепла от твердой стенки к газовой среде или наоборот называется теплоотдачей. Более сложный процесс – от более к менее нагретой среде газов через разделяющую их твердую поверхность – называется теплопередачей.

В непрерывно действующих аппаратах температура в различных точках не изменяется во времени, и протекающие процессы теплообмена являются установившимися. В периодически действующих аппаратах, где температура изменяется во времени, процесс теплопередачи определяется как неустановившийся.

Температурное поле. Температурный градиент.

К числу основных задач теории теплообмена относится установление зависимостей между тепловым потоком и распространением температур в средах. Совокупность мгновенных значений любой величины во всех точках среды (тела) называется полем этой величины. Соответственно, совокупность значений температур в данный момент времени для всех точек рассматриваемой среды – температурным полем. В наиболее общем случае температура в данной точке t зависит от координат точки (x,y,z) и изменяется во времени τ, т.е. температурное поле выражается функцией вида t = ƒ(x,y,z,τ).

В отличие от температуры, которая является скаляром, тепловой поток связан с направлением переноса тепла и представляет собой векторную величину.

Пусть разность температур между двумя изотермическими поверхностями составляет ∆t, кратчайшим расстоянием между этими поверхностями является ∆n, при сближении указанных поверхностей отношение ∆t /∆n стремится к пределу, т.е.

Производная температуры по нормали к изометрической поверхности называется температурным градиентом. Этот градиент является вектором, направление которого совпадает с направлением увеличения температуры. Величина – наибольшая скорость изменения температуры. Это направление называется градиентом температурным. Его значение определяет наибольшую скорость изменения температуры в данной точке температурного поля.