Глава 4. Тепловой расчет аппарата

__________________________________________________________________________

4.1. Задачи конструкторского

И ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО АППАРАТА

Тепловая обработка продуктов осуществляется в раз­личающихся по виду, устройству, принципу действия и греющим средам теплообменных аппаратах. Посколь­ку назначение у всех тепловых аппаратов одно и то же — передача теплоты от потока одной рабочей среды (теплоносителя) к потоку другой (термически обраба­тываемой) — основные положения теплового расчета для них являются общими. При этом различают два вида расчетов аппаратов — конструкторский (проектный) и поверочный.

Цель конструкторского расчета — опре­деление поверхности теплообмена и конструктивных размеров аппарата. В этом случае предварительно выбирают конструкцию аппарата, а затем тепловым расчетом определяют площадь поверхности теплооб­мена, конструктивные размеры этой поверхности и основных элементов аппарата. Конструкторский расчет включает также гидравлический и механический (проч­ностной) расчеты аппарата.

Конструкторский расчет осуществляют при проек­тировании теплообменного аппарата, когда известны расходы теплоносителей и их параметры или производительность и расход теплоты (теплопроизводительность аппарата).

Целью поверочного расчета является выбор условий, обеспечивающих рациональный режим работы аппарата.

Поверочный расчет выполняется для выявления возможности использования имеющихся или стандартных теплообменных аппаратов для заданного техноло­гического процесса. При поверочном расчете задаются размеры аппарата и условия его работы, а неизвестной величиной является фактическая производительность теплообменного аппарата. Поверочный расчет необходим также для оценки работы аппарата при режимах, отличных от номинальных (при модернизации, автома­тизации или других технических мероприятиях).

Для конструкторского и поверочного расчетов аппа­ратов основными расчетными уравнениями являются уравнения теплопередачи и теплового баланса. Основ­ное уравнение теплопередачи:

Q = KFΔt_cp, (4.1)

где Q — тепловая нагрузка аппарата, Вт; К — коэф­фициент теплопередачи, Вт/(м²·К); F—поверхность теплопередачи, м ; Δt_cp — средняя разность температур (движущая сила теплообмена), °С.

Общий вид уравнения теплового баланса:

Q = ΣQ_пoл + ΣQ_пoт, (4.2)

;где Q — количество подведенной теплоты в аппарате, Вт; ΣQ_пoл — сумма составляющих полезно используе­мой теплоты, Вт; ΣQ_пoт — суммарные потери теплоты в аппарате, Вт.

Уравнение теплопередачи (4.1) отражает тепловой процесс односторонне, показывая лишь теплоту, про­шедшую через поверхность нагрева аппарата. Урав­нение теплового баланса (4.2) показывает равенство прихода и расхода теплоты в аппарате, выражая извест­ный закон сохранения энергии. Анализ уравнения тепло­вого баланса дает возможность выявить непроизводи­тельные потери теплоты и предложить наиболее рациональные режимы эксплуатации теплового обору­дования.

Работа любого теплового аппарата как периодиче­ского, так и непрерывного действия состоит из периода разогрева и стационарного периода. Период разогрева (неустановившийся, нестационарный режим) характе­ризуется ростом температур отдельных элементов аппарата до какого-то определенного постоянного значения. Стационарный период отражает работу аппарата при постоянной температуре всех элементов. В связи с этим тепловой баланс аппарата составляют на нестационар­ный режим работы (период его разогрева) и на стацио­нарный режим (собственно процесс тепловой обра­ботки).