Тема: Теплопередача

Технологические процессы, скорость которых определяется скоростью подвода или отвода тепла называются тепловыми процессами, а аппаратура, предназначенная для проведения этих процессов называется тепловой или теплообменной аппаратурой.

К тепловым процессам относятся:

1) нагревание - повышение температуры перерабатываемых материалов путем подвода к ним тепла;

2) охлаждение - понижение температуры перерабатываемых материалов путем отвода от них тепла;

3) конденсация - сжижение паров какого-либо вещества путем отвода от них тепла;

4) испарение - перевод в парообразное состояние какой-либо жидкости путем подвода к ней тепла.

Частным случаем испарения является процесс выпаривания концентрирование при кипении растворов путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров.

В тепловых процессах взаимодействуют не менее чем две среды с различными температурами, при этом тепло передается самопроизвольно только от среды с большей температурой к среде с меньшей температурой.

Среда с более высокой температурой, отдающая тепло при теплообмене, называется теплоносителями, а среда с более низкой температурой, воспринимающая при теплообмене тепло, называется хладагентом.

Передача тепла от одного тепла к другому может происходить посредством теплопроводности, конвекции, лучеиспускания.

Передача тепла теплопроводностью осуществляется путем переноса тепла при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела. При этом энергия передается от одной частицы к другой в результате колебательного движения частиц.

Передача тепла конвекцией происходит только в жидкостях и газах путем перемещения их частиц.

Конвекция может быть естественной, обусловленной разностью плотностей в различных точках объема жидкости (газа), возникающей вследствие разности температуры в этих точках.

Вынужденной - обусловленной принудительным движением -перемешивание мешалкой.

Лучеиспусканием называется процесс передачи тепла путем переноса энергии в виде электромагнитных волн. В этом случае тепловая энергия превращается в лучистую энергию (излучение), которая проходит через пространство и затем снова превращается в тепловую.

В реальных условиях тепло передается не каким-либо одним из указанных выше способов, а комбинированным путем.

Например, при теплообмене между твердой стенкой и газовой средой тепло одновременно передается конвекцией, теплопроводностью и излучением.

Расчет теплообменной аппаратуры

Расчет включает:

1) определение теплового потока (тепловой нагрузки аппарата), т.е. количество тепла Q, которое должно быть передано за определенное время (за сек., час. или одну операцию) от одного теплоносителя к другому;

2) определение поверхности теплообмена аппарата, обеспечивающий передачу требуемого количества тепла в заданное время.

Поверхность теплообмена находят из основного уравнения теплопередачи:

Q = k F τ

где: k - коэффициент теплопередачи, определяющий среднюю скорость передачи тепла вдоль всей поверхности теплообмена;

- средняя разность температур между теплоносителями, определяющая среднюю движущую силу процесса теплопередачи или температурный напор;

τ - время.

Количество тепла, подаваемое от более нагретого к более холодному теплоносителю, пропорционально поверхности теплообмена, среднему температурному напору и времени.

Где будет быстрее нагреваться вода на 5, в первом сосуде или втором?

Быстрее теплопередача будет в том случае, где будет больше Δt

0` – 50` Δt = 50`

10` - 40` Δt = 30`

20` – 30` Δt = 10`

30` - 30` Δt = 0`