ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Методическое указание по курсу

«Общая химическая технология, ч.1»

 

для студентов 3 курса химического факультета

Башгосуниверситета

 

 

Уфа

РИО БашГУ

 

 

Методическое указание печатается в соответствии с решением кафедры ВМС и ОХТ (протокол № 6 от 30.01.2007 г.)

 

 

Составители: д.х.н., профессор Захаров В.П.

К.х.н., доцент Базунова М.В.

  Объектами исследованийхимической технологии являются значительное многообразие… 1. Гидромеханические процессы, скорость которых описывается законами гидродинамики – науки о движении жидкостей и…

Теоретические основы тепловых процессов

Основное уравнение теплопередачи

Важным законом, описывающим тепловые процессы в химической технологии является основное уравнение теплопередачи, выражающее связь между тепловым потоком Qиповерхностью теплопередачи F:

Q = К×F×Dt_ср×t(1)

где К - коэффициент теплопередачи, характеризующий скорость переноса теплоты через разделяющую поверхность; Δt_ср - средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор), вдоль всей поверхности теплопередачи; τ - время.

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты передается от горячего теплоносителя к холодному за 1 с через 1 м² стенки при разности температур между теплоносителями, равной 1 градусу.

Для непрерывного процесса переноса тепла основное уравнение теплопередачи принимает следующий вид:

Q = К×F×Dt_ср(2)

При расчете процесса теплопередачи важным этапом является расчет теплового потока Q. Если теплоносители не меняют своего агрегатного состояния в процессе теплопередачи, то количество теплоты, переносимое через теплопроводящую поверхность оценивается при составлении теплового баланса:

Q=Q₁=Q₂=G₁C_p1(t_1н-t_1к)=G₂C_p2(t_2к-t_2н),(3)

где Q₁ и Q₂ – количество теплоты, отдаваемое (горячим теплоносителем) и принимаемое (холодным теплоносителем), соответственно; C_p1 и C_p2 - теплоемкости горячего и холодного теплоносителя (при средней температуре теплоносителя); G₁, G₂ - расход горячего и холодного теплоносителей; t_1н иt_1к – начальная и конечная температура горячего теплоносителя; t_2н иt_2к – начальная и конечная температура холодного теплоносителя.

В реальных условиях при оценке величины теплового потока потери теплоты в окружающую среду теплоизолированными стенками аппаратов (теплообменники, реакторы и т.д.) обычно составляет 3-5% от общего количества передаваемого тепла системы.

Основное уравнение теплопередачи используется для расчета требуемой поверхности теплообмена в теплообменной аппаратуре и коэффициента теплопередачи. Следует отметить тот факт, что значение коэффициента теплопередачи зависит от ряда факторов, в том числе от вклада в общую скорость процессов переноса теплоты скоростей отдельных видов переноса - теплопроводности, теплового излучения, конвекции.

Различные способы переноса тепла

разности температур в отдельных точках, определяют по закону Фурье – основному закону теплопроводности: , (4) где dQ – количество тепла, передаваемое посредством теплопроводности; dF площадь поверхности теплообмена, -…

Теплоотдача

При ламинарном движении теплоносителя и равномерном распределении скорости и температуры на начальном участке трубы у поверхности стенки образуются…   Теплоотдача при естественной конвекции.Этот вид теплоотдачи возникает при движении теплоносителя за счет разности…

Теплопередача

Теплопередача при постоянных температурах теплоносителей. Рассмотрим перенос теплоты при установившемся процессе через многослойную плоскую стенку…   Рис. 5. Схема к выводу уравнения теплопередачи через плоскую…  

Источники тепла и методы нагревания

Тепловая энергия для проведения технологических процессов может быть получена различными способами и от разных источников. Прямыми источниками тепла являются: 1) Дымовые газы;

Охлаждающие агенты

До -20 0С можно охлаждать с помощью крепких растворов солей, т.н. рассолов (растворов хлорида кальция, магния и др.). Они являются промежуточными… Для охлаждения до – 40 0С и ниже используют сжиженные газы (СО2, этан, N2).…

Теплообменные аппараты

Для осуществления длительной работоспособности в процессе эксплуатации при обработке среды, загрязненной или выделяющей отложения на стенках… В химических производствах до 70% теплообменных аппаратов применяют для сред… Режим работы теплообменного аппарата и скорость движения теплоносителей необходимо выбирать таким образом, чтобы…

Виды теплообменников

Змеевиковые теплообменники. Одним из простейших теплообменных устройств в аппаратах являются змеевики, представляющие собой прямые трубы,…   Рис. 9.Схема устройства паровой рубашки. 1 – корпус … Теплообменники из змеевиков, погруженных в резервуар, наполненный жидкость, называются погружными. Вследствие…

Способы интенсификации теплообмена в

Кожухотрубчатых теплообменниках

1) Предотвращение отложений (шлама, солей, коррозионных окислов) путем систематической промывки, чистки и специальной обработки поверхностей… 2) Продувка трубного и межтрубного пространств от инертных газов, резко… 3) Искусственная турбулизация потока;

Лабораторная работа

Экспериментальное определение

Коэффициента теплопередачи

Ход работы: 1. В перегонную колбу емкостью 250 мл налить дистиллированную воду, бросить… 2. В трех различных точках по длине коробки холодильника измерить температуру: t1а, t1б, t1в.

Расчет потери тепла.

Q1 = G1×Hисп + G1×Cp1×(t1н-t1к), где G1– количество перегнанной воды (объем конденсата - 50, 75 и 100 мл), г; … Hисп = 540 кал/г – теплота конденсации водяного пара;

Расчет коэффициента теплопередачи.

, где Dtн = ït1н - t2нï, Dtк = ït2к - t1кï. 2.2. Расчет коэффициента теплопередачи (три значения на момент отбора конденсата в размере 50, 75 и 100 мл):

Техника безопасности

1. Напряжение, подаваемое на нагрев колбонагревателя составляет 110-200 В и является смертельно опасным для человека. Поэтому, при включенном напряжении не касаться лабораторного трансформатора и металлических частей колбонагревателя.

2. Не касаться отводной трубки колбы Вюрца, т.к. она водяным паром нагревается до 100⁰С и может вызвать ожоги.

Контрольные вопросы

1. Место тепловых процессов в химической технологии. Практическая значимость в современном производстве. Движущая сила и три элементарных способа распространения тепла.

2. Основное уравнение теплопередачи. Физический смысл общего коэффициента теплопередачи. Тепловые балансы и их применение в расчетах тепловых процессов.

3. Теплопроводность. Закон Фурье. Физический смысл коэффициента теплопроводности.

4. Тепловое излучение. Характеристика тел по лучеиспускающей, лучепоглощающей и лучеотражающей способности. Закон Кирхгофа.

5. Конвекция. Понятие о гидродинамическом и тепловом пограничных слоях. Уравнение теплоотдачи. Физический смысл коэффициента теплоотдачи. Факторы, влияющие на коэффициент теплоотдачи.

6. Теплопередача при постоянных температурах теплоносителей. Вывод уравнения, связующего коэффициент теплопередачи К с коэффициентами теплоотдачи a₁, a₂. Интенсификация процесса теплообмена по результатам анализа сопоставления термических сопротивлений. Основное уравнение теплопередачи при переменных температурах теплоносителей.

7. Нагревающие агенты, их теплофизические свойства, преимущества и недостатки.

8. Теплообменники, их типы, устройство, преимущества и недостатки. Интенсификация теплообмена в кожухотрубчатых теплообменниках.

 

Список рекомендуемой литературы

 

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия. 1973. 750 с.

2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии, в 2-х кн. М.: Химия. 1995. 400 с.

3. Айнштейн В.Г. и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, в 2-х кн. М.: Логос. 2003, 912 с.

4. Виноградов С.Н., Таранцев К.В., Виноградов О.С. Выбор и расчет теплообменников. Пенза. 2001. 100 с.

5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия. 1987, 576 с.