
- •Основы теплопередачи
- •Основные понятия и определения
- •Тепловые балансы
- •Теплопроводность
- •Уравнение Фурье. Коэффициент теплопроводности
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Теплопроводность плоской, цилиндрической и сферической стенок при стационарном режиме
- •Тепловое излучение
- •Основные законы излучения
- •Теплообмен между твердыми телами при излучении
- •Тепловое излучение газов и паров
- •Конвективный теплообмен
- •Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена
- •Тепловое подобие
- •Теплоотдача без изменения агрегатного состояния теплоносителя
- •Теплоотдача при изменении агрегатного состояния теплоносителя
- •Теплоотдача в дисперсных системах с твердой фазой
- •Сложная теплоотдача
- •Численные значения коэффициентов теплоотдачи
- •Гидродинамический и тепловой пограничные слои
- •Теплопередача
- •Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи
- •Теплопередача через плоские, цилиндрические и сферические стенки при установившемся процессе
- •Средняя движущая сила теплопередачи
- •Тепловая изоляция
- •Нестационарный теплообмен
- •Список литературы к главе 7
- •Нагревание, охлаждение, конденсация
- •Нагревание
- •Нагревание водяным паром и горячей водой
- •Нагревание топочными газами
- •Нагревание высокотемпературными теплоносителями
- •Нагревание электрическим током
- •Охлаждение
- •Конденсация
- •Конструкции и расчет теплообменных аппаратов
- •Поверхностные теплообменники
- •Смесительные теплообменные аппараты
- •Расчет теплообменных аппаратов
- •Проектный расчет рекуперативных теплообменников
- •Поверочный расчет рекуперативных теплообменников
- •Расчет регенеративных теплообменников
- •Расчет теплообменников смешения
- •Сравнительная оценка и выбор конструкций теплообменных аппаратов
- •Список литературы к главе 8
- •Основные принципы интеграции тепловых процессов
- •Состав, структура и иерархия химико-технологической системы
- •Химико-технологическая система как объект проектирования
- •Введение в пинч-анализ
- •Построение составных кривых технологических потоков и определение энергетических целей
- •Построение составных кривых потоков хтс
- •«Точка пинча» потоков хтс
- •Деление тепловых потоков хтс
- •Представление сети теплообменных аппаратов
- •Проектирование тепловой сети с максимальной рекуперацией энергии
- •Список литературы к главе 9
- •Выпаривание
- •Общие сведения
- •Некоторые основные свойства растворов
- •Принцип работы выпарного аппарата
- •Однокорпусные выпарные установки
- •Выпарные аппараты непрерывного действия
- •Материальный баланс
- •Тепловой баланс
- •Поверхность нагрева выпарного аппарата
- •Потери полезной разности температур
- •Выпарные аппараты периодического действия
- •Выпаривание при переменном уровне раствора в аппарате
- •Выпаривание при постоянном уровне раствора в аппарате
- •Выпаривание при постоянном весе раствора в аппарате
- •Многокорпусные выпарные установки
- •Типовые схемы многокорпусных выпарных установок
- •Материальный баланс многокорпусной выпарной установки
- •Общая полезная разность температур выпарной установки
- •Распределение полезной разности температур по корпусам выпарной установки
- •Полезная разность температур при равной поверхности нагрева корпусов
- •Полезная разность температур при минимальной суммарной поверхности нагрева корпусов
- •Полезная разность температур при равной поверхности нагрева корпусов при минимальной общей поверхности нагрева
- •Распределение общего перепада давления между корпусами по заданным давлениям вторичного пара
- •Число корпусов выпарной установки
- •Последовательность расчета многокорпусных выпарных установок
- •Основные направления повышения экономической эффективности выпарных установок
- •Интенсификация тепло- и массообмена
- •Утилизация вторичных энергоресурсов
- •Выпаривание с тепловым насосом
- •Улучшение эксплуатационных характеристик выпарных установок
- •Комбинирование выпаривания с другими технологическими процессами
- •Выпарные установки мгновенного испарения
- •Конструкции выпарных аппаратов
- •Выпарные аппараты с естественной циркуляцией
- •Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией
- •Пленочные выпарные аппараты
- •Основы теплового расчета выпарных аппаратов
- •Роторные тонкопленочные испарители
- •Выпарные аппараты погружного горения
- •Список литературы к главе 10
- •Содержание
- •Раздел I. Гидромеханические процессы
- •Глава 7 Основы теплопередачи 108
- •Глава 8 Нагревание, охлаждение, конденсация 217
- •Глава 9 основные принципы интеграции тепловых процессов 290
- •Глава 10 выпаривание 324
- •Раздел II. Тепловые процессы
- •Глава 7 Основы теплопередачи 108
- •Глава 8 Нагревание, охлаждение, конденсация 217
- •Глава 9 основные принципы интеграции тепловых процессов 290
- •Глава 10 выпаривание 324
- •Для заметок для заметок для заметок
- •Процеси та апарати хімічної технології
Тепловой баланс
Тепловой баланс выпарного аппарата составляем на основании схемы его устройства (рис. 10.1):
Приход тепла: |
|
Расход тепла: |
|
с исходным раствором, |
|
с упаренным раствором, |
|
с греющим паром, |
|
с вторичным паром, |
|
|
|
с конденсатом, |
|
|
|
теплота концентрирования, |
|
|
|
потери тепла, |
|
Приравниваем приход и расход тепла:
, (10.10)
где
–
производительность по исходному и
упаренному раствору соответственно,
кг/с;
–
удельная теплоемкость исходного и
упаренного раствора соответственно,
Дж/(кгК);
–
температура исходного раствора и
температура кипения раствора,
соответственно,С;
–
расход греющего пара и конденсата
греющего пара, кг/с;
–
энтальпия греющего пара, Дж/кг;
–
энтальпия конденсата греющего пара,
Дж/кг;
–
расход вторичного пара, кг/с;
–
энтальпия вторичного пара, Дж/кг;
–
температура насыщения греющего пара,С;
–
теплота концентрирования раствора;
–
потери теплоты в окружающее пространство,
Вт.
Исходный раствор можно представить как смесь упаренного раствора и воды. Тогда тепловой баланс смешения при постоянной температуре кипения раствора имеет вид:
=
+
, (10.11)
где
–
удельная теплоемкость воды при температуре
кипения, Дж/(кгК).
Из уравнения 10.11
=
–
. (10.12)
Подставив
значение
в уравнение (10.10), получим
+
=
–
+
+
+
. (10.13)
После элементарных преобразований тепловая нагрузка выпарного аппарата определяется из уравнения
(10.14)
Расход греющего пара определяют из уравнения 10.14
, (10.15)
или
, (10.16)
где
–
удельная теплота конденсации греющего
пара, Дж/кг.
Первый член в числителе уравнений (10.15) и (10.16) выражает расход тепла на нагрев исходного раствора до температуры кипения, второй член – расход тепла на испарение воды из раствора.
В обобщенном виде уравнение (10.16):
. (10.17)
Входящая в эти уравнения теплота
концентрирования
отражает тепловой эффект концентрирования
раствора. Она равна разности интегральных
теплот растворения исходного и
концентрированного растворов, взятой
с обратным знаком (см. раздел 10.2.). Так
как при концентрировании тепло может
поглощаться или выделяться, то теплота
концентрирования входит в уравнения
тепловых балансов со знаком плюс или
минус. Для многих минеральных солей
величина теплоты концентрирования
незначительна, и ею можно пренебречь.
Потери
тепла в окружающее пространствообычно задают в
виде доли от тепловой нагрузки аппарата
в размере
.
В случае подачи в выпарной аппарат влажного греющего пара уравнение (10.16) принимает следующий вид:
, (10.18)
где
–
влажность греющего пара, масс. доли.
Из уравнения (10.17) можно определить
теоретический расход греющего пара на
испарение 1 кг воды. Если принять, что
=0
и
=
0, а раствор поступает на выпаривание
нагретым до температуры кипения, т. е.
= 0,
то
. (10.19)
Из выражения (10.19) следует, что в одиночном выпарном аппарате на выпаривание 1кг воды приближенно расходуется 1кг греющего пара. На практике, с учетом потерь теплоты и других составляющих, удельный расход греющего пара больше и составляет 1,1 – 1,25 кг/кг воды. При испарении других растворителей удельный расход греющего пара изменяется соответственно изменению удельной теплоты испарения конкретного растворителя.