4.2. Энтальпия водяного пара и газов

Водяной пар применяют на гидрометаллургических переделах и в цехах электролитического рафинирования для подогрева или выпаривания растворов. Нагрев осуществляется вдуванием пара в нагреваемый раствор (нагрев острым паром) или через стенки труб теплообменных аппаратов (змеевики, паровые рубашки) - нагрев глухим паром. В последнем случае следует добиваться конденсации греющего пара. Иначе будут большие потери тепла.

На нагревание с применением теплообменников расходуют чаще всего влажный пар. Сухой перегретый пар расходуют значительно реже, поскольку при этом сильно ухудшается теплопередача. Для нагрева растворов в открытых сосудах (сообщающихся с атмосферой) применяют пар под давлением 1–4 ат. В автоклавы пар подают под давлением 25–45 ат, в теплообменники - под давлением 6–8 ат. Расход пара на нагревание определяют по уравнениям:

при нагреве острым паром:

Р= [P₁C₁(T₂–T₁)+П]/(ТСП–Т₂),

где Р – расход пара;

Р₁ – количество нагреваемой жидкости;

С₁ – теплоемкость жидкости;

Т₂ – конечная температура жидкости;

Т₁ – начальная температура жидкости;

П – потери тепла;

ТСП–теплосодержание греющего пара.

При нагреве глухим паром

Р=[Р₁С₁(Т₂–Т₁)+П]/(ТСП–T₃),

где Т₃ – температура греющего пара.

Величину потерь тепла (ккал/ч) можно найти из следующих выражений:

П = КПа(Та – Тв); К=8+0,05Та ккал/(м²-ч-⁰С),

где Па — наружная поверхность аппарата;

Та — температура этой поверхности;

Тв — температура воздуха в цехе.

Сведения о необходимой для расчетов энтальпии влажного пара приведены в таблице 18.

ТАБЛИЦА 18 Энтальпия влажного пара

Давление, ат	Температура, 0С	Энтальпия, ккал/кг			Давление, ат	Температура, 0С	Энтальпия, ккал/кг
		жидкости	испарения	пара			жидкости	испарения	пара
1,0	99,1	99,1	540,9	640,0	6,0	158,1	159,4	499,9	659,3
1,2	104,2	104,3	537,0	641,1	7,0	164,2	165,7	495,2	660,9
1,4	108,7	108,9	533,9	642,8	8,0	169,6	171,4	490,9	662,3
1,6	112,7	112,9	531,4	644,3	9,0	174,5	176,6	486,8	663,4
1,8	116,3	116,6	529,1	645,7	10,0	179,0	181,3	483,1	664,4
2,0	119,6	119,9	527,0	646,9	15,0	197,4	200,7	466,7	667,4
3,0	132,9	133,4	518,1	651,5	20,0	211,4	215,8	452,9	668,7
4,0	142,9	143,7	511,1	654,9	30,0	238,8	239,1	429,5	668,6
5,0	151,1	152,2	505,2	657,3	40,0	249,2	257,4	409,2	668,6

При проведении металлургических расчетов, особенно при составлении тепловых балансов, необходимо знать среднюю теплоемкость газов при постоянном давлении.

В таблице 19 приведены данные для наиболее часто встречающихся в металлургии газов.

Таблица 19. Средние теплоемкости различных газов, ккал/м³-⁰С)

Температура, 0С	O2	N2	CO	H2	CO2	H2O	SO2	CH4	Воздух	SO3
0	0,312	0,309	0,310	0,305	0,382	0,357	0,414	0,370	0,310	0,51
100	0,315	0,310	0,311	0,308	0,406	0,360	0,433	0,392	0,311	–
200	0,319	0,310	0,312	0,310	0,427	0,364	0,451	0,420	0,312	–
300	0,324	0,312	0,314	0,310	0,446	0,368	0,467	0,451	0,314	–
400	0,329	0,314	0,317	0,311	0,461	0,374	0,482	0,481	0,317	–
500	0,334	0,317	0,321	0,312	0,475	0,380	0,494	0,511	0,321	–
600	0,338	0,320	0,324	0,313	0,488	0,386	0,505	0,540	0,324	–
700	0,343	0,323	0,328	0,314	0,499	0,392	0,514	0,568	0,327	0,7
800	0,346	0,326	0,331	0,315	0,509	0,398	0,521	0,596	0,330	–
900	0,350	0,329	0,334	0,316	0,518	0,405	0,529	0,621	0,334	–
1000	0,353	0,332	0,337	0,318	0,526	0,412	0,534	0,645	0,337	–
1100	0,356	0,335	0,340	0,319	0,534	0,418	0,540	0,666	0,340	0,73
1200	0,359	0,338	0,343	0,321	0,541	0,424	0,544	0,684	0,342	–
13001	0,361	0,340	0,346	0,323	0,547	0,431	0,549	0,690	0,345	–
1400	0,363	0,343	0,348	0,325	0,553	0,437	0,554	0,707	0,347	–
1500	0,365	0,345	0,350	0,327	0,558	0,443	0,559	0,724	0,351	–
1600	0,367	0,347	0,352	0,328	0,567	0,448	0,564	–	0,353	–
1700	0,369	0,349	0,354	0,330	0,571	0,454	0,569	–	0,355	–
2000	0,375	0,354	0,359	0,336	0,579	0,469	–	–	0,360	–

Горячие газы металлургических печей охлаждаются в газоходах и пылеулавливающей аппаратуре. При этом имеющийся в них водяной пар может стать насыщенным, и тогда в аппаратуре, газоходах и дымососах (воздуходувках) образуется вода (конденсат), она смачивает пыль, и вместо сухой сыпучей пыли можно получить липкую массу (даже грязь), которая забивает газоходы, течки, опасно перегружает лопасти дымососов. Чтобы избежать этих крайне нежелательных явлений, следует проверять насыщение полученных в расчетах газов водяным паром по мере их охлаждения. Особенно нужна такая проверка при расчете процессов сушки и агломерации. Необходимые данные приведены в таблице 20.

Таблица 20 Некоторые данные о насыщенном водяном паре

Температура, 0С	Насыщающее давление		Содержание воды, г/м3	Температура, 0С	Насыщающее давление		Содержание воды, г/м3
	мм рт.ст.	кгс/см2			мм рт. ст.	кгс/см2
24	22,4	0,030	23,0	76	301,4	0,410	252,0
30	31,8	0,043	30,0	80	355,1	0,483	293,0
36	44,6	0,061	41,3	84	416,8	0,567	340,0
40	55,3	0,075	51,1	88	487,1	0,662	-
46	75,7	0,102	69,0	90	525,8	0,715	423,0
50	92,5	0,126	83,0	94	610,9	0,831	-
56	123,8	0,168	109,0	96	657,6	0,894	524,0
60	149,4	0,203	130,0	98	707,3	0,962	-
66	194,1	0,267	168,0	100	760,0	1,033	597,0
70	233,7	0,318	198,0

Данные, необходимые для расчета потерь тепла через стены (кладку) печей и через отверстия в них приведены на рис. 1-3.

3,6 2,8 2,0 1,2 0,4 200 600 1000 1400 1800

Поток тепла через стену, ккал/(м²*С) Температура внутренней поверхности, ⁰С

Рис.1 График для определения потерь тепла через кладку стен и свода печей

Номограммой рис. 1 пользуются следующим образом. Исходя из конструкции стенки, находят ее суммарную теплопроводность. Затем по температуре внутренней поверхности стенки и линии теплопроводности находят точку их пересечения на правой части рис. 1. Отсюда горизонтальной линией переходят на левую часть рис.1 до пересечения с кривой. От точки пересечения опускают перпендикуляр на абсциссу и находят потери тепла в ккал с 1 м² поверхности в 1 с. Примеры использования рис. 1 даны в § 9 и п. 33.4.

5,0 а/б

Рис 2 График для определения коэффициента диафрагмирования отверстий (б толщина кладки)

1. прямоугольное вытянутое отверстие;

2. прямоугольное отверстие при отношении высоты, а к основанию б, равном 0,5;

3. квадратное отверстие

Рис 3 График для определения потерь теплоизлучением через открытые отверстия. Цифры у кривых - температура, ⁰С