71. Как осуществляется отвод конденсата при использовании водяного пара в качестве теплоносителя? Каково назначение и принципы действия конденсатоотводчиков?

Принцип работы основан на использовании разницы в плотностях пара и конденсата. При поступлении конденсата в корпус поплавок всплывает, поднимая клапан для отвода конденсата. После удаления поплавок опускается и клапан закрывает входное отверстие.

Рисунок 16.1 – Схема устройства конденсатоотводчика со сферическим закрытыми поплавком

1 – корпус, 2 – поплавок, 3 – клапан.

72. 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 оборотной водой. Обычно вода используется для охлаждения в поверхностных теплообменниках (холодильниках). Когда температура окружающей среды выше температуры кипения воды при атмосферном давлении, охлаждение производят при частичном испарении воды.

Атмосферный воздух имеет низкие коэффициенты теплоотдачи, но его часто используют в смесительных теплообменниках – градирнях, в которых сверху разбрызгивается вода, а снизу вверх движется нагнетательный воздух.

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

Водяной пар – большие 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, нудны высокие давления, это сложно и дорого.

Дифенильная смесь – возможность получения высоких температур без высоких давлений, но малая теплота парообразования, хотя она сильно компенсируется плотностью паров.

74. 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 перегретой водой используют установки с естественной и искусственной циркуляцией.

Нагрев с помощью минеральных масел производят либо помещая теплоизолирующий аппарат с рубашкой, заполненной маслом, в печь, в которой тепло передается между топочными газами, либо устанавливая электронагреватели внутри масляной рубашки. Иногда нагрев масла осуществляют вне аппарата в установках с естественной и принудительной циркуляцией.

Для получения высоких температур без применения высоких давлений используют 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 натрий и калий. Эти теплоносители отличаются большой плотностью, термической стойкостью, хорошей теплопроводностью и высокими коэффициентами теплоотдачи, но пары ртути токсичны, а натрий и калий химически очень активны.

75. Взаимное излучение тел. Как определяется коэффициент взаимного излучения?

Количество тепла , передаваемого посредством излучения от более нагретого твердого тела с температурой к менее нагретому с температурой , определяется по уравнению:

где – поверхность излечения; – время; – коэффициент взаимного излучения; – средний угловой коэффициент.

Коэффициент взаимного излучения где – приведенная степень черноты, равная произведению степеней черноты ; – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

76. Каков общий вид критериального уравнения для расчета коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции? Опишите, как получено выражение для критерия Грасгофа (с необходимыми пояснениями и обозначениями входящих в него величин).

Критерий Нуссельта характеризует соотношение между количеством теплоты, переносимой совместно конвекцией и теплопроводностью, к количеству теплоты передаваемой только теплопроводностью, и характеризует подобие процесса переноса тепла вблизи границы раздела фаз или у стенки.

Необходимым условием подобия процессов теплопереноса являются соблюдения гидродинамического, геометрического и теплового подобия.

Поэтому критериальное уравнение конвективного теплообмена будет представлено функцией вида:

С учетом того, что определяемым критерием здесь является критерий Нуссельта , т.к. в него входит искомая величина – коэффициент теплоотдачи , уравнение следует записать так:

Вместо критерия Пекле в ряде уравнение используется критерий Прандтля:

Критерий Грасгофа равен отношению подъемной силы, определяемой разностью плотностей в разных точках потока и , к силе внутреннего трения в неизотермической движущейся среде.

В большинстве случаев в критерии Грасгофа определяют как положительную разницу температур между ядром потока и стенкой. Поэтому, в условиях свободной конвекции стационарного процесса переноса теплоты, критериальное уравнение может быть записано так:

Коэффициенты: получают, проводя экспериментальные исследования в определенных границах изменения параметров для определенной группы подобных явлений. Полученная зависимость применяется в инженерных расчетах для получения коэффициентов теплоотдачи α в указанном диапазоне величин.

77. Как и почему влияет гидродинамический режим течения жидкости в трубе на коэффициент теплоотдачи? Изобразите и поясните примерные профили изменения скорости и температуры в поперечном сечении трубы при ламинарном и при турбулентном режимах.

Гидродинамический режим течения жидкости в трубе влияет на коэффициент теплоотдачи в зависимости от скорости теплоносителя и, соответственно, толщины пограничного слоя. Так, при турбулентном режиме с высокими скоростями толщина ПС мала, а КО велик. При ламинарном движении, равномерном распределении скорости и температуры н начальном участке трубы у поверхности стенки образуется ПС толщиной , (гидродинамический) и , (температурный).

Толщина их по мере удаления от входа увеличивается и на некотором расстоянии, называемом длиной участка гидродинамической и тепловой стабилизации, 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 условий входа 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.