ПАХТ ЭКЗАМЕН

Потери представляют собой сумму двух процессов: перехода тепла путем конвекции и путем теплового излучения. Уравнение теплоотдачи: , где

- коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху.

15. Водяной пар как теплоноситель. Назовите области его применения, преимущества и недостатки перед другими теплоносителями. Какой пар и почему чаще используется в качестве теплоносителя – насыщенный или перегретый? Как определяется расход пара при заданной тепловой нагрузке?

Водяной пар - самый распространенный теплоноситель для производственных целей. Его преимуществами являются высокая теплота парообразования, высокие значения коэффициента теплоотдачи при кипении воды и при конденсации пара, возможность

поддержания постоянного режима теплоиспользующего оборудования благодаря постоянству температуры при конденсации, нетоксичность, доступность. Водяной пар имеет сравнительно невысокую вязкость и приемлемую плотность. Основным его недостатком является ограниченный верхний предел температуры. Для повышения температуры насыщенного пара необходимо значительно повышать давление. Наиболее широко в химической технологии используют в качестве теплоносителя насыщенный водяной пар, при конденсации которого выделяется значительное количество теплоты. Использование перегретого пара как правило, экономически нецелесообразно вследствие

усложнения аппаратурного оформления процесса.

16. Каков общий вид критериального уравнения для расчета коэффициента теплоотдачи при принудительной конвекции без изменения агрегатного состояния. Приведите выражения соответствующих обобщенных переменных (критериев подобия).

17. Графически изобразите зависимости коэффициента теплоотдачи при кипении от разности температур между стенкой и кипящей жидкостью и от удельной тепловой нагрузки. Опишите основные режимы кипения.

Режимов кипения всего два: пузырьковое и пленочное. При пузырьковом кипении жидкость непосредственно омывает поверхность нагрева, причем ее пограничный слой интенсивно разрушается (турбулизуется) возникающими паровыми пузырями. Кроме того, всплывающие пузыри увлекают из пристенного слоя в ядро потока присоединенную массу перегретой

жидкости, что создает интенсивный перенос теплоты от поверхности нагрева к общей массе

кипящей жидкости. Следствием этого является высокая интенсивность теплоотдачи при

пузырьковом кипении, возрастающая с увеличением числа действующих центров парообразования и количества образующегося пара.

При пленочном кипении жидкость отделена от поверхности нагрева слоем пара, с внешней стороны которого время от времени отрываются и всплывают крупные пузыри. Вследствие относительно малой теплопроводности парового слоя интенсивность теплоотдачи при пленочном кипении существенно меньше, чем при пузырьковом.

18. Как осуществляется отвод конденсата при использовании водяного пара в качестве

теплоносителя? Каково назначение и принципы действия конденсатоотводчиков?

Схема конденсатоотводчика (его размещение):

Если пар не будет полностью конденсироваться на поверхности теплообмена, и часть его будет уходить с конденсатом, то это вызовет непроизводительныи расх од пара. Чтобы этого избежать и организовать беспрепятственное удаление из аппарата парового конденсата без выпуска пара применяют конденсатоотводчики. Обычно, его устанавливают ниже теплообменника и снабжают отводнои линие, наличие к оторои позволяет не прерывать работу аппарата при кратковременном отключении конденсатоотводчика для ремонта/замены. Греющипар обычно с одержит некоторое количество неконденсирующихся газов (азот, кислород,CO2). Эти примеси снижают коэффициент теплоотдачи от пара, и их нужно периодически удалять. Для этого в конденсатоотводчике есть продувочныи в ентиль.

19. Назовите и сопоставьте друг с другом основные теплоносители, используемые в химической промышленности для отвода теплоты.

Для охлаждения до обыкновенных температур наиболее широко используют воду и воздух.

Вода по сравнению с воздухом имеет большую теплоемкость, более высокие

коэффициенты теплоотдачи и позволяет проводить охлаждение до более низких температур. Иногда используют охлаждение оборотнои в одои. Обычно в ода используется

для охлаждения в поверхностных теплообменниках (холодильниках). Когда температура окружающеи сре ды выше температуры кипения воды при атмосферном давлении, охлаждение производят при частичном испарении воды.

Атмосферныи в оздух имеет низкие коэффициенты теплоотдачи, но его часто используют в смесительных теплообменниках — градирнях, в которых сверху разбрызгивается вода,

а снизу вверх движется нагнетательныи в оздух.

20. Назовите и сопоставьте друг с другом основные теплоносители, используемые в

химической промышленности для подвода теплоты.

Водянои пар — бо льшие количества тепла при небольшом расходе, но из-за повышения давления при повышении температуры нужна дорогая толстостенная аппаратура. Горячая вода — хуже насыщенного водяного пара, т. к. меньше коэффициент теплоотдачи и снижается температура вдоль поверхности теплообмена.

Топочные газы — позволяет нагревать до высоких температура, но низкие коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке, жесткие условия нагревания, возможность загрязнения нагревательных материалов.

Перегретая вода — нет возможности нагрева до высоких температур, нужны высокие

давления, это сложно и дорого.

Дифенильная смесь — возможность получения высоких температур без высоких давлени, но малая т еплота парообразования, хотя она сильно компенсируется плотностью паров.

21. Применение высокотемпературных промежуточных теплоносителей. Назовите области и способы их применения. Приведите примеры таких теплоносителей.

Высокотемпературные теплоносители обеспечивают равномерность обогрева и безопасные условия работы. Для нагрева перегретои в одои испо льзуют установки с естественнои и иск усственнои цирк уляцие.

Нагрев с помощью минеральных масел производят либо помещая теплоизолирующи аппарат с рубашкои, запо лненнои масл ом, в печь, в которои т епло передается между

дифенильную смесь. Для ее нагрева до высоких температур можно использовать не змеевик, а рубашку.

Для нагрева до 400-800 градусов и выше можно использовать ртуть, а также натри и

кали. Эти т еплоносители отличаются большои пл отностью, термическои ст оик остью, хорошеи т еплопроводностью и высокими коэффициентами теплоотдачи, но пары ртути

токсичны, а натри и к али химически о чень активны.

22. Взаимное излучение тел. Как определяется коэффициент взаимного излучения? Формулы расчета коэффициента взаимного излучения C1-2 справочниках, например: приводятся в две плоскости, параллельные одна другои φ =1:

излучающее тело (с большеи т емпературои) зак лючено внутри другого тела (например,

нагретыи к отел в цехе) φ>1:

пограничного слоя. Так, при турбулентном режиме с высокими скоростями толщина ПС мала, а КО велик. При ламинарном движении, равномерном распределении скорости и температуры на начальном участке трубы у поверхности стенки образуется ПС толщино δг (гидродинамически) δт (температурныи). Т олщина их по мере удаления от входа увеличивается и на некотором расстоянии, называемом длиноучастк а гидродинамическои и т епловои ст абилизации, они смыкаются. При этом коэффициент теплоотдачи изменяется от исходного значения на входе до практически неизменяемого после смыкания пограничных слоев. Явление резкого возрастания скорости переноса теплоты при входе потока в аппарат называется входным эффектом. При турбулентном режиме влияние входного участка существенно зависит от услови вх ода в трубу теплоносителя, и участок стабилизации заметно короче, чем при ламинарном режиме, т.к. при турбулентном ПС деформируется быстрее. При турбулентном режиме влияние входного эффекта особенно существенно для коротких труб.

25.Влияние взаимного направления движения теплоносителей на среднюю движущую силу процесса. В каких случаях средняя движущая сила не зависит от взаимного направления потоков?

смотри вопрос 7. Если температура хотя бы одного из теплоносителеи не меняе тся в процессе

теплообмена, то движущая сила процесса и расход теплоносителеи не зависят о т схемы движения.

26.Определение температуры стенок теплообменных аппаратов. Для каких целей требуется знать температуры стенок в ходе расчета теплообменных аппаратов?

Количество тепла, отдаваемое горячим теплоносителем:

Количество тепла, получаемое холодным теплоносителем:

Тогда:

В ряде случаев определение коэффициента теплоотдачи невозможно без знани температуры более нагретои пов ерхности. Температуру стенки находят методом последовательного приближения.

27. Теплоотдача при конденсации (описание процесса). Что такое пленочная и капельная конденсация? От каких параметров зависит коэффициент теплоотдачи при конденсации.

Теплоотдача при конденсации насыщенных паров — это сложное явление одновременного

переноса теплоты и массы. При конденсации насыщенного пара на охлаждаемои пов ерхности

молекулы пара не только переносятся к охлаждаемои ст енке вихрями турбулентного потока, но и создают еще собственное поступательное движение к стенке. Образовавшися к онденсат

стекает по стенке, а к стенке подходит свежии пар. Чем х олоднее стенка, тем интенсивнее конденсация. На хорошо смачиваемых поверхностях капли конденсата, сливаясь друг с другом, образуют жидкую пленку, которая под деиствием сил тяжести ст екает вниз. Такую конденсацию пара называют пленочнои. На пл охо смачиваемои пов ерхности капли конденсата быстро стекают по поверхности стенки, не образую пленки. Это капельная конденсация.

Обобщенное уравнение для определения коэффициента теплоотдачи от конденсирующихся паров:

на мельчаиших неровностях ст енки образуются пузырьки пара. Достигнув определенного размера, они поднимаются к поверхности кипящеи жидк ости, во время подъема их объем увеличивается. Процесс переноса тепла при кипении складывается из отдачи тепла жидкости стенкои и пере дачи тепла внутреннеи пов ерхности пузырька в виде теплоты испарения. При этом необходимо иметь температуру выше температуры пузырька, чтобы преодолеть термическое сопротивление пограничного слоя, из-за чего жидкость слегка перегревается

относительно температуры насыщения пара над поверхностью кипящеи жидк ости. Очаги образования мелких пузырьков называются центрами парообразования.

Режим пузырчатого (ядерного) кипения характеризуется относительно высокои инт енсивностью теплоотдачи. При высокои ра зности температур пузырьки пара сливаются и поверхность

нагрева покрывается плохо проводящеи т епло пленкои перегре того пара. Ее образование приводит к значительному уменьшению коэффициента теплоотдачи, это режим пленочного

кипения.

A – сложныи к омплекс многих величин, влияющих на интенсивность переноса теплоты при кипении.

Вопрос по теплообмену по аппаратам

1. Приведите схемы обогрева аппаратов «острым» и «глухим» паром.

2. Объясните принцип действия конденсатоотводчика. Приведите схему устройства. Принцип работы основан на использовании разницы в плотностях пара и конденсата. При

поступлении конденсата в корпус конденсатоотводчика, поплавок всплывает,поднимая клапан

для отвода конденсата. После удаления конденсата поплавок опускается, и клапан опускает входное отверстие.

3. Изобразите схему устройства кожухотрубного теплообменника.