- •Минобрнауки рф
- •1.1. Классификация основных процессов и аппаратов
- •1.2. Кинетические закономерности основных процессов
- •1.3. Общие принципы расчёта химических машин и аппаратов
- •1.4. Применение метода моделирования для исследования и расчета процессов и аппаратов
- •2. Тепловые процессы и аппараты
- •2.1. Способы передачи теплоты
- •2.2. Тепловые балансы
- •2.3. Температурное поле и температурный градиент
- •2.4. Передача тепла теплопроводностью
- •2.5. Тепловое излучение
- •2.6. Конвективный теплообмен
- •2.6.1. Теплоотдача
- •2.6.2. Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена
- •2.6.3. Подобие процессов теплообмена
- •2.6.4. Теплоотдача при свободном и вынужденном движении жидкости
- •2.6.5. Теплоотдача при изменении агрегатного состояния
- •2.7. Сложный теплообмен
- •2.8. Процессы нагревания, охлаждения и конденсации
- •2.9. Теплообменные аппараты
- •2.9.1. Классификация и типы теплообменных аппаратов
- •2.9.2. Расчет теплообменных аппаратов
- •2.9.3. Выбор и проектирование поверхностных теплообменников
- •3. Массообменные процессы и аппараты
- •3.1. Основы массопередачи
- •3.1.1. Общие сведения о массообменных процессах
- •3.1.2. Основные расчетные зависимости массообменных процессов
- •3.1.3. Материальный баланс массообменных процессов
- •3.1.4. Движущая сила массообменных процессов
- •3.1.5. Модифицированные уравнения массопередачи
- •3.1.6. Основные законы массопередачи
- •3.1.7. Подобие процессов переноса массы
- •3.1.8. Связь коэффициентов массопередачи и массоотдачи
- •4.1.9. Массопередача с твердой фазой
- •3.2. Абсорбция
- •3.2.1. Равновесие при абсорбции
- •3.2.2. Материальный, тепловой балансы и кинетические закономерности абсорбции
- •4.2.3. Принципиальные схемы абсорбции
- •3.2.4. Конструкции колонных абсорбционных аппаратов
- •3.2.5. Десорбция
- •3.3. Перегонка жидкостей
- •3.3.1. Идеальные и неидеальные смеси
- •4.3.2. Простая перегонка
- •4.3.3. Ректификация
- •3.3.4. Ректификация многокомпонентных смесей
- •3.3.5. Тепловой баланс процесса ректификации
- •3.3.6. Специальные виды перегонки
- •3.3.7. Устройство ректификационных аппаратов
- •3.4. Экстракция
- •3.4.1. Жидкостная экстракция
- •3.4.2. Равновесие при экстракции
- •3.4.3. Материальный баланс экстракции
- •3.4.4. Кинетические закономерности процесса экстракции
- •3.4.5. Принципиальные схемы процесса экстракции
- •3.4.6. Конструкции экстракторов
- •3.5. Адсорбция
- •3.5.1. Равновесие в процессах адсорбции
- •3.5.2. Промышленные адсорбенты
- •3.5.3. Конструкции адсорбционных аппаратов и методы проведения адсорбционно-десорбционных процессов
- •3.6. Сушка
- •3.6.1. Равновесие в процессах сушки
- •3.6.2. Конструкции сушилок и области их применения
- •3.6.3. Материальный и тепловой балансы сушки
- •Количество влаги, удаляемой в сушилке:
2.2. Тепловые балансы
Тепло, отдаваемое более нагретым теплоносителем , затрачивается на нагрев более холодного теплоносителя, и некоторая часть тепла расходуется на компенсацию аппаратом потерь тепла в окружающую среду. Величина тепловых потерь для изолированных теплообменных аппаратов не превышает 35 % полезно используемого тепла. Тепловая нагрузка на аппарат определяется следующим образом:
.
Величиной вследствие ее малости в предварительных расчетах обычно пренебрегают.
При известных расходах и энтальпиях теплоносителей уравнение теплового баланса имеет вид
.
Если теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителей, то энтальпии теплоносителей определяются по формулам
Если теплообмен осуществляется при изменении агрегатного состояния одного из теплоносителей или в процессе теплообмена протекают химические реакции, сопровождающиеся тепловыми эффектами, то в тепловом балансе должно быть учтено тепло, выделяющееся при физическом или химическом превращении.
Так, при конденсации перегретого пара тепло, отдаваемое теплоносителем, включает в себя теплоту, отдаваемую паром при его охлаждении до состояния насыщения, теплоту конденсации и теплоту, отдаваемую образовавшимся конденсатом:
.
При обогреве насыщенным паром, если конденсат не охлаждается, первый и третий члены правой части уравнения из теплового баланса исключаются.
От количества передаваемого тепла зависят размеры теплообменного аппарата. Основным размером теплообменного аппарата является теплопередающая поверхность (поверхность теплообмена).
Связь между количеством передаваемого тепла в аппарате и поверхностью теплообмена определяется основным кинетическим уравнением процесса теплообмена. Это уравнение, записанное в виде
,
называется основным уравнением теплопередачи.
Для установившегося процесса теплообмена основное уравнение теплопередачи имеет вид
.
Из этого уравнения определяется поверхность теплообмена:
.
Среднюю разность температур между теплоносителями рассчитывают по начальным и конечным температурам теплоносителей, участвующих в теплообмене.
Определение коэффициента, являющегося коэффициентом скорости теплового процесса, представляет наибольшие трудности при расчете теплового аппарата. Коэффициент теплопередачи зависит от режима, скоростей течения и физических свойств теплоносителей, геометрических характеристик теплообменного аппарата.
Определение кинетических характеристик теплового процесса – средней разности температур и коэффициента теплопередачи – является основной задачей теплопередачи как науки о процессах распространения тепла из одной части пространства в другую.
2.3. Температурное поле и температурный градиент
К основным задачам теории теплообмена относится установление аналитической связи между тепловым потоком и распределением температур в средах. Совокупность мгновенных значений какой-либо величины во всех точках данной среды (тела) называется полем этой величины. Соответственно совокупность значений температур в данный момент времени для всех точек рассматриваемой среды называется температурным полем.
В наиболее общем случае температура в данной точке зависит от координат точки в пространстве и изменяется во времени:
.
Эта зависимость представляет собой уравнение неустановившегося температурного поля.
Для установившегося температурного поля
.
На практике, кроме трехмерного стационарного температурного поля, довольно часто встречаются двумерные и одномерные температурные поля, являющиеся функцией соответственно двух и одной координат.
Геометрическое место точек, имеющих одинаковую температуру, называется изотермической поверхностью. Температуры изменяются от одной изотермической поверхности к другой, причем наибольшее изменение температуры происходит по нормали к изотермическим поверхностям.
Предел отношения изменения температуры к расстоянию между изотермическими поверхностями по нормалиназываетсятемпературным градиентом:
.
Температурный градиент является векторной величиной. Положительным направлением температурного градиента принято считать направление в сторону возрастания температур.