- •Пояснения к работе.
- •Порядок выполнения работы.
- •К.Ф. Павлов, п.Г. Романков, а.А. Носков Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии
- •Варгафтик Справочник физико-химических свойств веществ.
- •Определение наиболее эффективной схемы теплообмена».
- •Задание
- •Работа в аудитории
- •Контрольные вопросы
Практическое занятие .
Наименование работы: «Определение тепловой нагрузки теплообменника при постоянных агрегатных состояниях теплоносителей и при изменении агрегатного состояния теплоносителей»
Цель работы: получить практические навыки определения тепловой нагрузок теплообменника при постоянных агрегатных состояниях и изменении агрегатного состояния. Приобретение практических навыков при использовании справочной и технической литературы. Закрепить теоретические знания о составлении тепловых балансов теплообменника.
Оборудование и литература:
Инженерный калькулятор,
линейка, карандаш, стирательная резинка,
К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии,1976;
Варгафтик Справочник физико-химических свойств веществ.
Краткий справочник тепловых свойств веществ;
Пояснения к работе.
В промышленности широко используют тепловые процессы для нагрева, охлаждения, конденсации, испарения и т.д.
В тепловых процессах взаимодействуют не менее чем две среды с различными температурами. При этом тепло передаётся самопроизвольно (без затрат энергии) только от среды с более высокой температурой, называемой теплоносителем, к среде с более низкой температурой, называемой хладоагентом.
При протекании процесса теплообмена возможны 4 варианта движения жидкости: прямоток, противоток, перекрёстный ток и смешанный ток [1].
Тепло отдаваемое более нагретым теплоносителем, затрачивается на нагрев более холодного теплоносителя, и некоторое количество тепла расходуется на компенсацию потерь тепла в окружающую среду. Величина потерь в теплообменных аппаратах, покрытых изоляцией, не превышает 3-5% полезно используемого тепла. Поэтому ей часто пренебрегают.
Тепловой баланс любого теплообменного аппарата определяется из соотношения:
(1) [1]
где Q —тепловая нагрузка аппарата, Вт;
Q1 – теплота, отдаваемая более нагретым теплоносителем, Вт;
Q2 – теплота, затрачиваемая на нагрев более холодного теплоносителя, Вт;
Qпот – потери тепла в окружающую среду, Вт.
Тепловая нагрузка теплообменного аппарата определяется в зависимости от условий протекания процесса:
при постоянном агрегатном состоянии теплоносителей:
(2) [2]
или (3) [2]
где Q —тепловая нагрузка аппарата, Вт;
расход первого теплоносителя, кг/с;
теплоёмкость первого теплоносителя при средней температуре потока, Дж/кг*К;
расход второго теплоносителя, кг/с;
теплоёмкость второго теплоносителя при средней температуре потока, Дж/кг*К;
начальная температура первого теплоносителя, °С;
конечная температура первого теплоносителя, °С;
начальная температура второго теплоносителя, °С;
конечная температура второго теплоносителя, °С;
I1Н – энтальпия начальная первого теплоносителя, Дж/кг;
I1К – энтальпия конечная первого теплоносителя, Дж/кг;
I2Н – энтальпия начальная второго теплоносителя, Дж/кг;
I2К – энтальпия конечная второго теплоносителя, Дж/кг.
Если теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителей, то энтальпии их равны произведению удельной теплоемкости с на температуру t.
(4) [3]
где I – энтальпия потока, Дж/кг;
удельная теплоемкость, Дж/кг*К;
t – температура теплоносителя, °С.
Удельная теплоемкость — это количество теплоты, сообщаемое единице вещества для изменения его температуры на 1 К; измеряется в Дж/кг*К; Значения теплоёмкости приводятся в справочниках.
Из уравнения теплового баланса можно выразить расход второго теплоносителя или неизвестную температуру теплоносителя. Неизвестный расход определяем по формуле:
(2-а) [3]
где Q —тепловая нагрузка аппарата, Вт;
расход второго теплоносителя, кг/с;
теплоёмкость второго теплоносителя при средней температуре потока, Дж/кг*К;
начальная температура второго теплоносителя, °С;
конечная температура второго теплоносителя, °С;
Если теплообмен осуществляется при изменении агрегатного состояния теплоносителя (конденсация пара, испарение жидкости и др.), то в тепловом балансе должны быть учтены тепловые эффекты, сопровождающие процесс.
При изменении агрегатного состояния одного из теплоносителей.
при изменении агрегатного состояния одного из теплоносителей:
(5) [2]
где расход теплоносителя, изменяющего агрегатное состояние, кг/с;
энтальпия пара, Дж/кг;
Энтельпия конденсата,Дж/кг;
коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду;
расход второго теплоносителя, кг/с;
теплоёмкость второго теплоносителя, ;
начальная температура холодного теплоносителя, °С;
конечная температура холодного теплоносителя,°С.
при изменении агрегатного состояния обоих теплоносителей:
(5) [2]
где расход первого теплоносителя, изменяющего агрегатное состояние, кг/с;
энтальпия пара, Дж/кг;
энтальпия конденсата, Дж/кг;
коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду;
расход второго теплоносителя, изменяющего агрегатное состояние, кг/с;
энтальпия пара, Дж/кг;
энтальпия конденсата, Дж/кг;
В случае использования в качестве теплоносителя перегретого водяного пара:
(6) [3]
где расход первого теплоносителя, кг/с;
теплоемкость первого теплоносителя, ;
конечная температура нагрева, °С;
начальная температура, °С;
коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду;
тепло, отдаваемое при охлаждении перегретого пара, Вт;
где (7)[3]
расход второго теплоносителя, кг/с;
удельная теплоёмкость пара, Дж/кг;
температура пара, °С;
температура насыщенного пара, °С.
теплота, отдаваемое при конденсации пара равна теплу, расходуемому на испарение жидкости, Вт;
(8)[4]
– теплота парообразования,
теплота, отдаваемая при охлаждении конденсата, Вт
(9)[5]
(6-а)[6]
где:
удельная теплоёмкость конденсата, Дж/кг.
При конденсации насыщенного пара без охлаждения конденсата.
[2.65]