Тепловые процессы и аппараты реферат

Обновлено: 05.07.2024

Большинство процессов химической технологии протекает в за­данном направлении только при определенной температуре, кото­рая достигается путем подвода или отвода тепловой энергии (теплоты). Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты [нагревание, охлаждение, испарение (или кипение), конденсация и др.], называют Тепловыми. Движущей силой тепловых процессов является разность температур более нагретого и менее нагретого тела. Аппараты, в которых осуществляются тепловые процессы, называют Теплообменниками. Различают три вида переноса теплоты: теплопроводность, тепловое излучение и конвекция.

Явление теплопроводности - процесс переноса теплоты путем непосредственного соприкосновения между мик­рочастицами (молекулами, атомами, электронами) - От частиц с большей энергией к частицам с меньшей энергией, т. е. процесс протекает по молекулярному механизму. В подвижных средах (жидкость, газ) при турбулентном режиме движения потока молекулярный механизм переноса теп­лоты, т. е. теплопроводность, имеет существенное значение в тонких, пограничных с твердой стенкой слоях. При ламинарном движении потока или в неподвижной жидкости теплопроводность может быть основным видом переноса теплоты. Поскольку тепло­проводность – явление молекулярное, то на скорость процесса переноса теплоты теплопроводностью существенное влияние ока­зывают структура и свойства вещества (например, для подвижных сред - вязкость, плотность и др.). В твердых телах, например диэлектриках, перенос энергии осуществляется фононами, в металлах - электронами.

Явление теплового излучения - это процесс распространения энергии с помощью электромагнитных колебаний. Источник колебаний - заряженные частицы (электроны и ионы), входящие в состав излучающего вещества. Твердые тела и жидкости излучают волны всех длин, т. е. дают сплошной спектр излучения. При переносе теплоты излучением тепловая энергия вначале превращается в лучистую, а затем обратно: встречая на своем пути какое-либо тело, лучистая превращается в тепловую.

Явление конвекции: перенос теплоты осу­ществляется вследствие движения и перемешивания макроскопи­ческих объемов жидкости или газа. Большое значение имеют состояние и характер движения жидкости или газа. Наряду с этим в движущейся жидкости из-за наличия градиента температур происходит перенос теплоты перемещающимися час­тицами жидкости из зоны с большей температурой в зону с меньшей, т. е. за счет теплопроводности. Таким образом, Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью. Если массовое перемещение жидкости вызвано разностью плотностей в различных точках жидкости или газа (вследствие разности температур в этих точках), такую конвекцию называют Естественной. Если же перемещение жидкости или газа возникает вследствие затраты на это механической энергии (насос, мешалка и т. п.), такую конвекцию называют Принудительной, или вынужденной.

Обычно в теплообменниках происходит сочетание рассмотренных видов переноса теплоты, причем в разных частях аппарата это сочетание может происходить по-разному. Отдельные виды теплопереноса в теплообменной аппаратуре протекают в самом различном сочетании, и разделить их между собой зачастую очень сложно. Поэтому в инженерных расчетах обычно рассматривают процесс переноса теплоты как одно целое.

Перенос теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через раЗделяющую их стенку называют теплопередачей. Оба вещества, участвующих в теплопередаче, называют Теплоносителями.

Различают установившийся и неустановившийся процессы теплопередачи:

· Неустановившийся (нестационарный) процесс - температура изменяется в пространстве времени, т. е. T = F(X,у,Z,τ). Неустановившиеся процессы в аппаратах периодического действия, а также при пуске, остановке и изменении режимов работы аппаратов непрерывного действия.

Необходимое условие передачи тепла - неравенство температур в различных точках данного тела или пространства. Поэтому величина теплового потока, возникающего в среде, зави­сит от распределения температур в среде или характера темпера­турного поля.

Температурное поле - совокупность мгновенных значений температур во всех точках рассматриваемой среды.

Геометрическое место всех точек с одинаковой температурой представляет собой Изотермическую поверхность. Изотермические поверхности не пересекаются друг с другом, так как тогда их пересечения имели бы различные температуры. Поэтому все изо­термические поверхности замыкаются или кончаются на границах рассматриваемого тела

Пусть температура одной изотермической поверхности T, А дру­гой, близлежащей изотермической поверхности, T+∆T. Предел отношения разности температур ∆T этих двух поверхностей к рас­стоянию по нормали ∆L Между ними

Lim( / ) = Dt/Dl = Gradt (11.1)

Называют Температурным градиентом, Который представляет собой производную от температуры по нормали к изотермической поверхности. При Dt/Dl = O Наступает равновесие - поток теплоты прекращается. Температурный градиент является мерой интенсив­ности изменения температуры в данной точке. Направление тепло­вого потока всегда совпадает с направлением падения температуры в данной точке. Тогда удельный поток теплоты Q (количество теплоты, передаваемое через единицу поверхности в единицу времени) будет равен Q ~ (— Dt/Dl). Плотность потока тепло­ты - векторная величина.

Больпшнство процессов химической технологии протекает в заданном направлении только при определенной температуре, которая достигается путем подвода или отвода тепловой энергии (теплоты). Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты (нагревание, охлаждение, испарение (или кипение), конденсация и др.), называют тепловыми. Движущей силой тепловых процессов является разность температур более нагретого и менее нагретого тела. Аппараты, в которых осуществляются тепловые процессы, называют теплообменниками.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….……. 3
ГЛАВА I. Тепловые процессы и аппараты. Классификация. Конструкции.
1.1. Тепловые процессы. 4
1.2. Тепловые аппараты. Классификация. Конструкции. 7
ГЛАВА II. Испарение и конденсация. Механизмы конденсации. Устройство конденсаторов.
2.1. Испарение и конденсация. 15
2.2. Механизмы конденсации: Плёночная и капельная. 19
2.3. Устройство конденсаторов. 21
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 27

Файлы: 1 файл

Куросвая.docx

Министерство образования и науки РФ

ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет имени

Кафедра фармакологии и фармации

Тепловые процессы и аппараты. Классификация. Устройство. Испарение и конденсация. Механизмы конденсации: плёночная, капельная. Устройство конденсаторов

Божедонов В. Г. Проверила:

Якутск 2012 год.

ГЛАВА I. Тепловые процессы и аппараты. Классификация. Конструкции.

1.1. Тепловые процессы. . . ..4

1.2. Тепловые аппараты. Классификация. Конструкции. . 7

ГЛАВА II. Испарение и конденсация. Механизмы конденсации. Устройство конденсаторов.

2.1. Испарение и конденсация. . . 15

2.2. Механизмы конденсации: Плёночная и капельная. . 19

2.3. Устройство конденсаторов. . . 21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. . . . 27

Больпшнство процессов химической технологии протекает в заданном направлении только при определенной температуре, которая достигается путем подвода или отвода тепловой энергии (теплоты). Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты (нагревание, охлаждение, испарение (или кипение), конденсация и др.), называют тепловыми. Движущей силой тепловых процессов является разность температур более нагретого и менее нагретого тела. Аппараты, в которых осуществляются тепловые процессы, называют теплообменниками.

Теплопроводность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электрон ами и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах (с неоднородным распределением температур), но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу. При их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Теплопередача — физический про цесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.

ГЛАВА I. Тепловые процессы и аппараты. Классификация. Конструкции.

Тепловой процесс ( термодинамический процесс) — изменение макроскопического состояния термодинамической системы. Система, в которой идёт тепловой процесс, называется рабочим телом.

Тепловые процессы можно разделить на равновесные и нер авновесные.

Равновесным называется процесс, при котором все состояния, через которые проходит система, являются равновесными.

Тепловые процессы можно разделить на обратимые и необр атимые. Обратимым называется процесс, который можно провести в противоположном направлении через все те же самые промежуточные состояния.

Можно выделить несколько простых, но широко распространённых на практике, тепловых процессов:

• Адиабатный процесс — происходящий без теплообмена с окружающей

• Изохорный процесс — происходящий при постоянном объёме;

• Изобарный процесс — происходящий при постоянном давлении;

• Изотермический процесс — происходящий при постоянной температуре;

• Изоэнтропийный процесс — происходящий при постоянной энтропии;

• Изоэнтальпийный процесс — происходящий при постоянной энтальпии;

• Политропный процесс — происходящий при постоянной теплоёмкости;

В технике важны круговые процессы (циклы), то есть повторяющиеся процессы, например, цикл Карно, цикл Ренкина.

Теория тепловых процессов применяется для проектирования двигателей, холодильных установок, в химической промышленности, в метеорологии.

Тепловые процессы могут происходить при постоянных давлении (Изобарный процесс), температуре (Изотермический процесс), объёме (Изохорный процесс). Тепловой процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой, называется адиабатным процессом; при обратимом адиабатном процессе энтропия системы остаётся постоянной, то есть процесс изоэнтропийный. Необратимый адиабатный процесс сопровождается увеличением энтропии. Тепловой процесс, при котором остаётся постоянной энтальпия ( теплосодержание) системы, — изоэнтальпийный процесс. Круговые процессы, при осуществлении которых производятся работа, теплота или холод, в технике называются циклами

Графическое изображение тепловых процессов на диаграмме р — V (давление — объём): 1 — изобара; 2 — изотерма; 3 — адиабата; 4 — изохора.

Адиабатный процесс - термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не обменивается тепловой энергией с окружающим пространством. Серьёзное исследование адиабатических процессов началось в XVIII веке.

Адиабатический процесс является частным случаем политропного процесса, так как при нём теплоёмкость газа равна нулю и, следовательно, постоянна. Адиабатические процессы обратимы только тогда, когда в каждый момент времени система остаётся равновесной (например, изменение состояния происходит достаточно медленно) и изменения энтропии не происходит.

Адиабатический процесс для иде ального газа описывается уравнением Пуассона:

где - объём, - показатель адиабаты, и - теплоёмкости газа при постоянном давлении и постоянном объёме.

Изохорный процесс - термодинамический процесс, который происходит при постоянном объёме. Для осуществления изохорного процесса в газе или жидкости достаточно нагревать (охлаждать) вещество в сосуде, который не изменяет своего объёма.

Изобарный процесс - термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и постоянной массе идеального газа.

Согласно закону Гей-Люссака, при изобарном процессе в идеальном газе .

Работа, совершаемая газом при расширении или сжатии газа, равна .

Количество теплоты, получаемое или отдаваемое газом, характеризуется изменением энтальпии: .

Изотермический процесс - термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

Для осуществления изотермического процесса систему обычно помещают в термостат (массивное тело, находящееся в тепловом равновесии), теплопроводность которого велика, так что теплообмен с системой происходит достаточно быстро по сравнению со скоростью протекания процесса, и, температура системы в любой момент практически не отличается от температуры термостата.

Изоэнтропийный процесс - тепловой процесс, происходящий при постоянной энтропии.

Условия, при которых тепловой процесс будет изоэнтропийным, можно получить из равенства Клаузиуса для обратимых процессов: ,

где — приращение (дифференциал) энтропии, а — бесконечно малое полученное количество теплоты. Отсюда следует, что из обратимых процессов изоэнтропийным является только обратимый адиабатный процесс.

Изоэнтальпи́йный проце́сс - тепловой процесс, происходящий при постоянной энтальпии.

Политропный процесс - термодинамический процесс, во время которого удельная теплоёмкость газа остаётся неизменной.

В соответствии с сущностью понятия теплоёмкости , предельными частными явлениями политропного процесса являются изотермический процесс ( ) и адиабатный процесс ( ).

Тепловые аппараты. Классификация. Конструкции.

Тепловые аппараты (теплообменник) - устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители.

В теплообменных аппаратах могут происходить процессы нагрева, испарения, кипения, конденсации и т.д. Число теплоносителей может быть равно двум и более. Передача теплоты может осуществляться от одного теплоносителя к нескольким теплоносителям и наоборот.

В зависимости от технологического назначения теплообменники могут называться подогревателями, испарителями, конденсаторами, паропреобразователями.

По конструктивным признакам теплообменники делятся на 2 группы:

1) теплообменные аппараты поверхностного типа;

2) смесительные теплообменные аппараты.

В поверхностных теплообменниках каждый теплоноситель ограничен твердой поверхностью, которая полностью или частично участвует в теплообмене.

Поверхность нагрева (поверхность теплообмена) - поверхность, участвующая в теплообмене.

Поверхностные теплообменники делятся на рекуперативные и регенеративные.

    • Рекуперативные аппараты - аппараты непрерывного действия.

    В рекуперативных теплообменниках передача теплоты осуществляется от горячего теплоносителя к холодному через стенку разделяющую их. Тепловой поток направлен от горячего теплоносителя к холодному.

      • Регенеративные аппараты - аппараты периодического действия и работают циклами.

      Цикл включает в себя два периода:

      1) Через аппарат пропускают горячий теплоноситель. От горячего теплоносителя теплота передается поверхности стенки, стенка аккумулирует теплоту и нагревается;

      2) Через теплообменник пропускают холодный теплоноситель, разогретая стенка отдает теплоту холодному теплоносителю, стенка охлаждается, холодный теплоноситель нагревается.

      Смесительные теплообменные аппараты - аппараты, в которых нет стенки, разделяющей теплоносители. В этих теплообменниках происходит непосредственное смешение горячего и холодного теплоносителя.

      Смесительные теплообменные аппараты, в которых осуществляется конденсация каких-либо паров холодной жидкостью, называют конденсаторами смешения. Их широко применяют для конденсации водяных паров водой. По способу вывода потоков из аппаратов различают конденсаторы смешения мокрые и сухие. В мокрых конденсаторах охлаждающая вода, образующийся конденсат и неконденсирующиеся газы (обычно воздух) откачиваются из аппарата мокровоздушным насосом совместно. В сухих конденсаторах охлаждающая вода и конденсат выводятся из нижней части аппарата самотеком по одной трубе, а неконденсирующиеся газы откачиваются вакуум-насосом из верхней части аппарата по другой трубе.

      Тепловой расчет теплообменного аппарата поверхностного типа.

      Цель: определить поверхность теплообмена и конструктивные размеры аппарата.

      Расчет основан на использовании уравнения тепловых балансов и теплопередач.

      1. Если теплоносители не изменяют своего агрегатного состояния, то уравнение теплового баланса будет иметь вид:

      G1 - расход горячего теплоносителя;

      G2 - расход холодного теплоносителя;

      Т1 ' , Т1 '' - температуры горячего теплоносителя на входе и выходе из аппарата;

      с1 - средняя теплоемкость горячего теплоносителя;

      Т2 ' , Т2 '' - температуры холодного теплоносителя на входе и выходе из аппарата;

      с2 - средняя теплоемкость холодного теплоносителя;

      η - коэффициент, учитывающий тепловые потери;

      Q - теплопроизводительность аппарата.

      2. Если один из теплоносителей в теплообменнике меняет агрегатное состояние, то уравнение баланса имеет вид:

      h1 - теплосодержание пара на входе;

      hк - теплосодержание конденсата на выходе.

      3. Оба теплоносителя меняют свое агрегатное состояние:

      D2 - расход пара при испарении холодной воды;

      h2 - теплосодержание пара на выходе;

      hпв - теплосодержание питательной воды.

      Для определения необходимой поверхности теплообмена записывается уравнение теплопередачи:

      Чтобы найти F нужно знать средний температурный напор ΔТ и коэффициент теплопередачи k.

      Средний температурный напор:

      ΔТ - зависит от характера движение теплоносителя (прямоток, противоток) и от водяных эквивалентов (w1 и w2) теплоносителей.

      Рассмотрим изменение температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена в зависимости от характера движения теплоносителя:

      При противотоке и при условии равенства водяных эквивалентов нельзя пользовать ся формулой:

      Так как зависимости изменения температур вдоль поверхности являются параллельными прямыми:

      Также формулой пользоваться нельзя, когда водяные эквиваленты непостоянны. В этом случае вся поверхность теплообмена делится на несколько зон, в пределах каждой зоны определяют усредненные постоянные значения водяных эквивалентов и для каждой зоны - средний температурный напор ΔТ.

      При тепловых процессах осуществляется передача тепла от одного вещества к другому. Вещества или среды, участвующие в теплообмене, называются тепло­носителями. Технологические процессы, скорость кото­рых определяется скоростью подвода или отвода теп­ла, называют тепловыми, а аппараты, в которых они протекают, теплообменными. К тепловым процессам относятся: нагревание, охлаждение, конденсация, испарение (сушка, выпаривание жидкостей) и др. Тепло­вые процессы протекают при различных температу­рах, однако тепло может передаваться самостоятельно (без затраты энергии) только от среды с более вы­сокой температурой к среде с более низкой. Эта раз­ность температур является движущей силой процесса теплопередачи и называется температурным напором. Горячими теплоносителями могут быть вода, водяной пар, горячие газы и т. п. В качестве охлаждающих средств чаще всего используют воду и рассолы.

      Существуют два основных способа проведения тепловых про­цессов: путем непосредственного соприкосновения теплоносите­лей и передачей тепла через стенку, разделяющую теплоноси­тели.

      При передаче тепла непосредственным соприкосновением теплоносители обычно смешиваются друг с другом, что не всегда допустимо; поэтому данный способ применяется сравнительно редко, хотя он значительно проще в аппаратурном оформлении.

      При передаче тепла через стенку теплоносители не смешива­ются и каждый из них движется по отдельному каналу; поверх­ность стенки, разделяющей теплоносители, используется для пе­редачи тепла и называется поверхностью теплообмена.

      Различают установившийся и неустановившийся процессы теплопередачи. При установившемся (стационарном) процессе температуры в каждой точке аппарата не изменяются во вре­мени, тогда как при неустановившемся (нестационарном) про­цессе температуры изменяются во времени. Установившиеся про­цессы соответствуют непрерывной работе аппаратов с постоян­ным режимом; неустановившиеся процессы протекают в аппа­ратах периодического действия, а также при пуске и остановке аппаратов непрерывного действия и изменении режима их ра­боты.

      Механизмы переноса тепла (теплопроводность, конвекция, лучеиспускание).

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

      Передача тепла теплопроводностью осуществляется путем пе­реноса тепла при непосредственном соприкосновении отдель­ных частиц тела. При этом энергия передастся от одной ча­стицы к другой в результате колебательного движения частиц, без их перемещения друг относительно друга.

      Передача тепла конвекцией происходит только в жидкостях и газах путем перемещения их частиц. Перемещение частиц обус­ловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужден­ная или принудительная конвекция), либо разностью плотно­стей жидкости в разных точках объема, вызываемой неравно­мерным распределением температуры в массе жидкости или газа (свободная, или естественная, конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности.

      Передача тепла лучеиспусканием происходит 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 при поглощении энергии другим телом (поглощение).

      Лучеиспускание свойственно всем телам, имеющим температуру выше нуля (по шкале Кельвина). В ре­зультате обмена тела с меньшей температурой при­обретают дополнительное тепло за счет энергии тел с большей температурой, т. е. лучистая энергия пере­ходит в тепловую. Лучистая энергия представляет собой энергию электромагнитных колебаний с различ­ными длинами волн (тепловому излучению соответст­вуют длины волн от 0,4 до 40 мкм). Тела, поглощаю­щие всю падающую на них лучистую энергию, назы­ваются абсолютно черными, полностью отражающие — абсолютно белыми, пропускающие всю падающую на них энергию — абсолютно прозрачными. Поглощение и отражение лучистой энергии твердыми телами в зна­чительной мере зависит от состояния их поверхности. Шероховатые поверхности обладают высокой поглощательной, гладкие — отражательной способностью. Большинство газов (паров) обладают значительной способностью испускать и поглощать лучистую энер­гию не поверхностным слоем, а объемом, поэтому излучение их зависит от толщины газового слоя.

      Лучеиспускательная способность тела тем выше, чем больше его поглощающая способность. Этим объ­ясняется наивысшая лучеиспускательная способность абсолютно черного тела, а для абсолютно белого и абсолютно прозрачного тел лучеиспускательная спо­собность равна нулю.

      Рассмотренные виды передачи тепла редко встречаются в чистом виде; обычно они сопутствуют друг другу (сложный теп­лообмен). Так, при передаче тепла через стенку перенос тепла от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю осуществляется конвекцией, а через стенку — путем теплопроводности.

      Потери тепла с нагретой поверхности в окружающую среду происходят путем конвекции и лучеиспускания.

      Тепловой баланс и уравнение теплопередачи





      Нагревание широко применяется для ускорения многих массообменных процессов (растворение, суш­ка, выпаривание). В зависимости от температурных условий проведения процесса и экономических сообра­жений используют различные источники тепла: дымовые (топочные) газы, электрический ток (прямые ис­точники тепла), горячую воду, водяной пар, мине­ральные масла и другие промежуточные источники тепла.

      Водяной пар как теплоноситель. Для промышлен­ных целей водяной пар получают в паровых котлах, где происходит нагрев и испарение воды под давле­нием. Используется для нагревания до температуры 150-170 0 С.

      Преимущества водяного пара как нагревающего агента: 1) высокий коэффициент теплоотдачи, 2) большое количество тепла, выделяемое при конденсации единицей количества пара, 3) возможность транспортировки по трубопроводам на значи­тельные расстояния, 4) равномерность обогрева, так как конден­сация пара происходит при постоянной температуре, 5) легкое регулирование обогрева.

      Обычно применяют насыщенный пар небольшого давления (до 6—10 am), иногда перегретый на 20—30°С. Применение пе­регретого пара не дает особых преимуществ, так как теплота перегрева невелика по сравнению с теплом конденсации, кото­рое выделяется при нагревании насыщенным паром.

      При подведении к воде тепла температура ее воз­растает до температуры кипения, зависящей от дав­ления, при котором идет подогрев.


      Теплосодержание воды (ккал/кг). (t-t0) – разница между Т кип при данном давлении и Т нач. С – уд.теплоёмкость.


      при 0 0 С

      При дальнейшем подводе тепла происходит испаре­ние кипящей воды, во все время парообразования температура воды и получающегося пара равна тем­пературе кипения. В результате процесса получается насыщенный водяной пар, который может быть влаж­ным и сухим. Известно, что на испарение 1 кг уже за­кипевшей воды расходуется определенное количество тепла, называемого скрытой теплотой испарения или теплотой парообразования — r (ккал/кг).

      Полное теплосодержание 1 кг сухого насыщенного водяного пара определяется i = ct + r, ккал/кг.

      Таким образом, теплосодержание или энтальпия пара определяется количеством тепла в джоулях, ко­торое содержится в 1 кг пара (Дж/кг) и зависит от давления, возрастая с его увеличением.

      В процессе парообразования в котле пар увлекает с собой некоторое количество капельно-жидкой фазы. Кроме того, сухой насыщенный пар увлажняется за счет частичной конденсации вследствие отдачи тепла стенкам трубопровода. Влажный насыщенный пар об­ладает меньшим теплосодержанием.

      Если сухой насыщенный пар подвергается даль­нейшему нагреванию без изменения давления, то он становится перегретым (температура выше точки кипе­ния, соответствующей давлению пара). Во время подо­грева давление пара остается постоянным, температу­ра и его объем возрастают.

      Перегретый пар, имея температуру выше темпера­туры парообразования, при охлаждении конденсирует­ся после того, как будет израсходован перегрев. По­этому он легко транспортируется по паропроводу, по­нижая только свою температуру. Насыщенный водя­ной пар, соприкасаясь со стенкой трубопровода, не­медленно конденсируется, отдавая скрытую теплоту.

      Ввод пара в жидкость производится через трубу, опущенную ниже уровня жидкости, или через барботер — трубу, снабженную большим количеством мелких отверстий, расположенную также ниже уровня жидкости. При использовании барботера одновременно происходит перемешивание жидкости. В тех случаях, когда разбавление жидкости или ее смешение с водой недопу­стимо, обогрев острым паром непригоден.

      Совершенно недопустима работа теплообменника с пролет­ным паром, т. е. с неполной конденсацией пара, когда из аппа­рата отводится смесь конденсата и пара. При неполной конден­сации пара расход его повышается.

      Для удаления из аппарата конденсата без выпуска с ним пара применяют специальные устройства — конденсатоотводчики (водоотводчики).

      Теплообменные аппараты. Классификация. Регенеративные теплообменники. Сравнительная характеристика, принципы выбора и области применения теплообменных аппаратов различных конструкций. Основные тенденции совершенствования конструкций теплообменных аппаратов.

      К теплообменным аппаратам относятся устройства, в которых один теплоноситель отдает свое тепло дру­гому при непосредственном соприкосновении (смеси­тельные) или через поверхность разделяющей их стен­ки (поверхностные). В зависимости от агрегатного состояния теплоносителей различают аппараты для теплообмена между паром и жидкостью (паровые по­догреватели, конденсаторы), паром и газом (паровые подогреватели для воздуха), жидкостями (жидкост­ные холодильники) и др. Коэффициенты теплопере­дачи в теплообменной аппаратуре зависят от поверх­ности нагрева (охлаждения) и конструкции теплооб­менников.



      Паровые рубашки. Эти теплообменники используют для обогрева котлов, выпарных чаш, реакторов, ша­ровых вакуум-выпарных аппаратов. Греющий пар по­ступает в замкнутое пространство, т. е. отделен от обогреваемой жидкости (мазевая основа, сироп, вод­ная вытяжка). Высота паровой рубашки должна быть не меньше высоты уровня обогреваемой жидкости. Теплопередача осуществляется через стенку с неболь­шой поверхностью.

      Типовым аппаратом с паровой рубашкой может служить открытая чаша, работающая под атмосфер­ным давлением (рис). На паровой рубашке уста­навливают манометр и предохранительный клапан. Допустимое избыточное давление не более 5 атмосфер (4,90-10 4 -Н-м 2 ).

      Трубчатые теплообменники. Кожухотрубный тепло­обменник является одним из наиболее распространен­ных (рис). Представляет собой цилиндр, т. е. кожух (1), внутри которого расположен пучок труб (2). Концы труб закреплены в трубных решетках (3) путем развальцовки или сварки. Между трубными ре­шетками образуется камера (межтрубное пространст­во), в которую поступает греющий пар через шту­цер (4) и выходит через штуцер (5). Нагреваемая жид­кость поступает через штуцер (6) противотоком, прохо­дит внутрь трубок (2), нагревается и выходит через па­трубок (7). Кожухотрубные теплообменники могут быть с неподвижными трубными решетками или с од­ной подвижной, а также одноходовыми и многоходовыми для повышения скорости движения теплоносите­ля в межтрубном пространстве и улучшения условий теплопередачи. Недостатком таких теплообменников является трудность очистки межтрубного пространст­ва и малодоступность для осмотра и ремонта.

      Змеевиковый погружной теплообменник имеет вид цилиндрического сосуда (1), в который по­гружена трубка (2), изогнутая в виде змеевика. Один из теплоносителей направляется по змеевику (соко­вый пар), другой омывает его снаружи, входя в случае противотока в нижний штуцер (3) и выходя через верхний (4). Для прямотока должно быть обратное направление одного из теплоносителей. При больших размерах цилиндра (1) теплоноситель, омываю­щий змеевик, имеет незначительную скорость движения, что приводит к снижению коэффициента тепло­передачи. Змеевиковые теплообменники просты в об­служивании, поэтому имеют большое распростране­ние. Недостатки — громоздкость и трудности внутрен­ней очистки змеевика.


      Теплообменники с ребристыми поверхностями. Их применяют главным образом для теплообмена между газом и жидкостью или паром, а также между двумя газами. Поверхности теплообмена в них сделаны из труб с различными ребрами (поперечными или про­дольными) для увеличения теплоотдачи. Во всех слу­чаях поверхность ребер должна быть параллельна на­правлению потока теплоносителя. Схема теплообменника с поперечными ребрами (пластинчатый калори­фер) для подогрева воздуха приведена на рис. Воздух движется с наружной стороны пучка ребри­стых труб (1), закрепленных в коробках (2). Горячий теплоноситель (пар, горячая вода) пропускается по трубам.

      При выборе теплообменных аппаратов следует учи­тывать, что теплоноситель с меньшим коэффициентом теплоотдачи, высокой температурой и давлением целе­сообразно пропускать по трубам, чтобы уменьшить потери тепла и давление на корпус аппарата. В хо­лодильниках горячий теплоноситель необходимо про­пускать с наружной стороны труб.







      Нагревание топочными газами



      Нагревание электрическим током

      Электрическая энергия широко применяется в самых различных диапазонах температур и в различных отраслях промышленности ввиду точности регулирования его в соответствии с заданным технологическим режимом.

      В зависимости от способа превращения электрической энергии в тепловую нагревание подразделяют на электрической дугой, сопротивлением, индукционным, током, диэлектрическое.

      ПАРОЗАПОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

      Все аппараты, работающие с помощью насыщен­ного водяного пара, снабжаются специальными парозапорными устройствами, с помощью которых пар не может пройти обогреваемый аппарат без полной конденсации. Для быстрого и автоматического удаления конденсата из парового пространства аппарата и по­терь греющего пара применяют конденсатоотводчики (водоотводчики), отличающиеся принципом действия запорного элемента: поплавковые, термостатические, термодинамические. Открытие или закрытие клапана в них зависит от перепада давления между входом в конденсатоотводчик и камерой давления.


      Схема поплавкового конденсатоотводчика — конденсационного горшка изображена на рис. Прибор состоит из чугунного корпуса (1), в который по шту­церу (2) поступает смесь пара и конденсата из обо­греваемого аппарата. Внутри горшка находится по­плавок (3), который плавает в жидкости и с помощью стержня (4) закрывает своим коническим концом (клапаном) (5) выход в крышке горшка. По мере накопления конденсата в кольцевом пространстве под поплавком, конденсат переливается в стакан, запол­няет его, вследствие чего стакан тонет. При опуска­нии стакана конический клапан открывает отверстие в крышке и конденсат под давлением пара вытесня­ется по трубке вокруг стержня (6) в выходной канал (7). Облегченный стакан всплывает и стержень (4) вновь закрывает выход из горшка до нового накопле­ния воды в поплавке.

      Нагревание горячей водой

      Горячая вода по сравнению с насыщенным водяным паром имеет ряд недостатков: коэффициенты теплоотдачи от горячей воды ниже коэффициентов теплоотдачи от конденсирующегося пара, температура горячей воды снижается вдоль поверхности теплообмена, что понижает равномерность нагрева и затрудняет его регулирование.

      Горячую воду получают в водогрейных котлах или в бойлерах (паровой водонагреватель). Применяются бойлеры для нагревания до температур не более 100 °С. Если необходимо осуществить нагревание выше 100 °С, то используют воду, находящуюся под избыточным давлением. Для нагрева водой используют циркуляционные системы обогрева.


      По конструктивным признакам теплообменники делятся на 2 группы:

      В поверхностных теплообменниках каждый теплоноситель ограничен

      твердой поверхностью, которая полностью или частично участвует в

      Поверхность нагрева (поверхность теплообмена) - поверхность,

      Поверхностные теплообменники делятся на рекуперативные и

      В рекуперативных теплообменниках передача теплоты осуществляется от

      горячего теплоносителя к холодному через стенку разделяющую их.

      Тепловой поток направлен от горячего теплоносителя к холодному.

      Рекуперативные аппараты - аппараты непрерывного действия.(аппараты, в

      кот. теплообменивающиеся потоки разделены поверхностью теплообмена.

      Тепловой поток обычно постоянен и перпендикулярен движению

      теплоносителя, условия теплообмена чаще всего стационарны.

      Регенеративные аппараты - аппараты периодического действия и работают

      циклами, т.е (аппараты, в кот. теплообменивающиеся потоки попеременно

      омывают одну и ту же поверхность и массу насадки, аккумулирующую и


      через аппарат пропускают горячий теплоноситель. От горячего

      теплоносителя теплота передается поверхности стенки, стенка аккумулирует

      2) через теплообменник пропускают холодный теплоноситель, разогретая

      стенка отдает теплоту холодному теплоносителю, стенка охлаждается,

      Смесительные теплообменные аппараты - аппараты, в которых нет

      стенки, разделяющей теплоносители. В этих теплообменниках происходит

      непосредственное смешение горячего и холодного теплоносителя.

      Т.о ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ- Устройство для передачи тепла от

      нагретого (жидкого или газообразного) теплоносителя более холодному.

      Примером может служить аппарат для пастеризации молока, в котором

      холодное молоко нагревается горячей водой, протекающей по внутренним

      по назначению — на теплообменники , холодильники , конденсаторы ,

      по конструкции — на аппараты с неподвижными трубными решетками и

      В теплообменных аппаратах применяются как гладкие трубы , так и трубы с

      накатными кольцевыми канавками — диафрагмированные трубы .


      Аппараты могут эксплуатироваться в районах с умеренным и тропическим

      Существует много разных видов теплообменных аппаратов. В контактных

      (смесительных) теплообменниках потоки греющего и нагреваемого веществ

      приводятся в прямой контакт друг с другом. Типичный пример — струйный

      конденсатор, в котором разбрызгиваемая вода используется для конденсации

      водяного пара. В теплообменниках поверхностног о типа теплоноситель и

      нагреваемая среда разделяются тонкой стенкой. Часть поверхности стенки,

      соприкасающаяся с греющим и нагреваемым потоками, называется

      поверхностью теплообмена. Примером теплообменника поверхностного типа

      может служить автомобильный радиатор, в которо м вода системы

      охлаждения двигателя и более холодный атмосферный воздух находятся по

      разные стороны стенок решетки из тонких медных или латунных

      радиаторных трубок. В жаротрубных теплообменниках в результате сгорания

      топлива образуется поток горячих газов, как, например, в паровых котлах и

      бытовых котлах водяного отопления с топочным устройством.

      Дальнейшая классификация теплообменных аппаратов основана на

      различиях их конструкции. На рис. 1 представлен часто встречающийся

      теплообменник кожухотрубного типа. Широко распространены также

      теплообменники с развитой поверхностью (пластинчатые, или ребристые). В

      них за счет применения поперечных ребер (рис. 2) достигается значительное

      увеличение площади поверхности теплообмена. Отношение площадей

      поверхности ребер и неоребренной части труб может достигать 10. Правда,

      поверхность ребер менее эффективна в отношении теплопередачи, нежели

      собственная поверхность труб. И все же правильно спроектированный

      ребристый теплообменник более компактен, чем теплообменник без

      оребрения труб, т.е. при одинаковых рабочих условиях у него более высокая

      Читайте также: