Реферат Курсовая Конспект
Тепловые процессы и аппараты. Виды теплообмена и теплообменных пр. Перенос тепла от одного тела к др. - раздел Образование, 1.тепловые Процессы И Аппараты. Виды Теплообмена И Теплообменных Пр....
|
1.Тепловые процессы и аппараты. Виды теплообмена и теплообменных пр. Перенос тепла от одного тела к др., а также внутри одного тела наз. теплообменом. По 2-ому нач.термодинамики , перенос тепла осущ. Из зоны от тела с большей тем-ой. В зону к телу с мен. Тем-ой. Побуждает к теплообмену разность масс, потенциалов, т.е. разность тем-ур движущая сила. Тела уч. В теплообмене – теплоносители.Могут выполнять самостоят. И вспомогательную роль., обеспечивая оптимальные условия проведения др. процессов.
Тепло переносится за счет 3-х явлений: теплопроводности, конвекции и лучеиспувкания.Теплопроводность – перенос тепла за счет дв. Микрочастиц в газах и жидкостях, за счет перемещения молекул, атомов, ионов, электронов. За счет колебаний мол. , атомов в узлах крист. Решетки.Конвекция –перенос тепла за счет движения макрочастиц. Присуща жидкостям и газам. Бывает: 1) свободная (естественная) причиной ее явл. Разность тем–р в разных зонах теплоносителя, след. Возникает разность плотностей, след. Разность статических давлений и след. Движ. Макрочастиц. 2) вынужденная, обусловл. Вынужденным движ. Среды. Лучистый теплообмен – перенос тепла электромагнитными волнами в инфракрасной части спектра в оптически прозрачных средах.
Теплообмен может сопровождаться охлаждением или нагреванием. М.б. установившимся(стационарным) и неустанов.(нестационарным). Температурное поле –совокупность мгновеннях значений тем-р во всем объеме системы. Для нестационарных знач. Тем-р меняется в зависимости от текущего времени, для стационапного -от расположения точки в пространстве. Изотермическая поверхность – совокупность точек температ. Поля с одинаковым знач. Тем-р. Для нестацион. Изотермические поверхности меняют форму и расположение во времени, подвижны.Теплоотдача –перенос тепла в пределах одного теплоносителя. Если горячий, то от ядра к поверхности(границам), если охлаждение – от поверхности к ядру(для конвекции). Теплопередача –перенос тепла от горячего теплоносителя к холодному, т.е. из ядра горячего к границе(тв. Стенка) и от границы холодного теплоносителя к ядру. Для описания теплообменных процессов ис–ют плотность, вязкость, объемное расширение, поверхностное натяжение и т.д. Удельная энтальпия -теплосодержание вв(мат.) приходящиеся на единицу массы. . Теплоемкость С –кол-во энергии, кот. Необходимо подвести(отвести) к(от) телу, чтобы тем-ра этого тела изменилась на 1 градус(Дж/кг К). При фазовом переходе изменение энтальпии при характеризуется удельной теплотой фазового перехода. . Удельная теплота фазового перехода –кол-во энергии, кот. Небходимо подвести к ед. массы в-ва либо отвести, для того, чтобы в-во при изменило свое агрегатное состояние. Зависит от природы в-ва, хим. Состава,Т, Р. С ростом Т возрастает Рприкот. Происходит фазовый переход наз. Кипением.Кипение –парообразование во всем объеме жидеости. Сущ. Критические Т и Р , при возрастании Т и Руд. Теплота снижается и =0.
2. Перенос тепла, теплопроводность. Закон Фурье.Произведение Т по нормали к изотермам поверхности наз. Градиентом тем-р. . По 2-ому началу термодинамики, перенос тепла осущ. в направлении, противоположному градиенту тем-р. Можно предположить, что плотность теплового потока при переносе тепла пропорциональна градиенту тем-р. Исходя из этой гипотезы, сформулируем з-н Фурье, характеризует интенсивность переноса тепла теплопроводностью. . Q- кол-во теплоты, переносимое за счет теплопроводности через поверхность. коэффициент теплопроводности, уд. теплопроводность материала( ).
В области установившегося теплообмена, ур-ние з-на Фурье в упрощенном виде ч/з плотность теплового потока . Теплопроводность явл. Теплофиз. Константой, зависит от природы в-ва, Т, Р. Для жидкостей и тв. Мат. От Р не зависит. С ростом Т возрастает. Для тв. Материалов с понижением Т Теплопроводность растет. Повышенной теплопроводностью обладают ме и их сплавы. Жидкости имеют теплопроводность от 0,1 до 0,7. У газов самый низкий (от0,006 до 0,17).
Уравнение теплопроводности Фурье. Представляет собой уравнение теплового баланса элементарного объема в-ва, через кот. Тепло переносится исключительно за счет теплопроводности. Для элементарного объема в-ва рас-тся приход тепла перенесенный теплопроводностью через все грани элементарного объема:
Через противоположную грань перенесено кол-во теплоты
, полное приращение кол-ва тепла в элементарном объеме.
Изменение теплосод. Элементарного объема выр. Изменением Т во времени
- ур-ние Фурье в краткой форме. Показывает распределение температуры в пространстве и во времени при переносе тепла.
- коэф. Температуропроводности. Можно характеризовать как меру тепловой инерционности теплоносителя среды
Механизм переноса тепла при теплоотдаче. Уравнение теплоотдачи.
–ур-ние теплоотдачи, диф. Форма
α – коэф. Теплоотдачи. Характеризует какое кол-во тепла переносится к единичной поверхности теплоносителя из его ядра(либо в обратном направлении) в единицу времени при единичном температурном напоре теплоносителя
, для стационарного теплообмена, Q- тепловой поток
среднеинтегральное по поверхности разности тем-р
α –выражается функцией многих переменных.
Классификация теплоносителей.Требования,предъявляемые ктеплоносителям.
Классификация: 1-отдающие тепло-греющие теплоносители. 2-отбор тепла- охлаждающие теплоносители. Они могут выполнять роль ПРЯМОГО источника тепла, либо средства для отбора холода, называются теплоносители ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ.
Требования к теплоносителям:1)применение его должно обеспечить проведение процесса при заданной температуре. Для этого греющий теплоноситель должен иметь max t выше нагреваемого рабочего тела,а холодный должен иметь max t ниже температуры до которой охлаждается рабочее тело. 2)Должен обладать высокой энергоемкостью. 3)должен обл. хорошей транспортабельностью(хор. перемещаться). 4)желательно низкой вязкостью. 5)Химически и термически стоек. 6) Д.б. доступным и дешевым.
Применение теплоносителей должно увеличивать коэф-т теплоотдачи, т.е. интенсивность теплообмена.
Классификация выпарных аппаратов и установок.
1-по способу передачи тепла(премущественно поверхностные); 2-по исполнению пов-ти теплообменника: -трубчатые(вертикалиные,змеевиковые,горизональные…), -с тепловыми рубашками, -с пластинчатой нагревательной камерой. Выпарные аппараты: контактные и распылительные.
3-по роду греющего агента: - с паровым обогревом; -с газовым(контактовый); -с электрообогревом. Греющая камера выпарного аппарата обычно имеет цилиндрическую (вертикальн.,горизонт.,с наклоном).
4-Аппараты: -с многократной циркуляцией, -без циркуляции. Циркуляция может быть: свободной,хаотической,направленной.
Выпарные аппараты емкостного типа:змеевиковые,с горизонтальными трубными пучками. В таких аппаратах свободная естественная циркуляция,активность низкая.Таких типов аппараты примен. Для выпаривания сильно пенящихся растворов,т.к. активность пара не высокая.Коэф-т теплоотдачи невысок,следоват. активность мала. Увеличение скорости циркуляции приодит к увеличению коэф-та теплоотдачи в зоне р-ров,увеличивается производительность, предотвращается выпадение осадка с примесями. Уменьшен. вероятности выпаден. осадка возможно выпаривание вязких р-ров. Активная циркуляция благоприятна при выпаривании чувствительных р-ров,меньше время нагрева.
5- по характеру кипения: -в объеме р-ра; -с кипением на его поверхности; -с вынесенной зоной кипения; - пленочные. Из поверхностных выпарных аппаратов наиб. Распространены вертикальные,содержащие 2 эл-та:нагревательную камеру и сепаратор. Расположение греющей камеры относительно сепаратора: -с сосной греющей камерой; -с вынесенной. Циркуляционные трубы м.б. встроены в греющую камеру или вынесены.
Выпарные аппараты могут иметь устройства для промывки вторичного пара или сепратора(для кристалл. р-ров),т.к. тем-ра вторичного пара при движении в сепараторе снижена и пар может содержать зародыш кристаллизации,тем самым забивает сепаратор. Выпарные аппараты для выпаривания высоковязких р-ров м.б. снабжены мешающими устройствами.
Классификация абсорберов
Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи. абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образовании этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы: I) поверхностные и пленочные: 2) насадочные; 3) барботажные (тарельчатые): 4) распыливаяющие.
Следует отметить, что аппараты большинства конструкций, приводимых ниже, весьма широко применяются и для проведении других массообменных процессов.
Порядок расчета абсорбера
1.При расчете абсорберов обычно заданы: расход газа, его начальная и конечная концентрация(иногда вместо концентрации задается степень извлечения φ), степень разделения, состав смеси на выходе из абсорбера, начальная концентрация абсорбента.
2.Выбор поглотителя, абсорбента
3.Расчеты материального баланса по газовой фазе
4.Выбор режима проведения процесса
5.Расчет условий равновесия
6. Произвести расчет рабочего и минимального расхода абсорбента
7.Установить состав отработанного поглотителя
8.Выбор конструкции абсорбера, контактных устройств
9.Определение рабочей скорости газа через абсорбер
10.Определение D аппарата и поперечного сечения аппарата
11.Расчет высоты рабочей зоны и высоты аппарата
12.Расчет гидравлического сопротивления аппарата
13.Определение высоты сепарационной части аппарата, диаметра штуцеров(абсорбера).
Классификация сушилок
По способу подвода тепла:
Конвективные
Контактные
Радиационные
Высокочастотные
По виду теплоносителя:
Воздушные
Паровые
По давлению:
Атмосферные
Вакуумные
По организации процесса во времени:
1. Периодические
2. Непрерывные
По взаимному направлению движения сушильного агента и материала:
1. Прямоточные
2. Противоточные
3. Перекрестные
4. Смешанные
По конструктивным признакам:
1. Камерные
2. Ленточные
3. Барабанные
4. Распылительные
5. Вальцовые
6. Радиационные
7. Высокочастотные
8. Сушилки кипящего слоя
Экстракция. Основные понятия
Экстрагированием называется процесс полного или частичного разделения смеси веществ, обладающих неодинаковой растворимостью в том или ином растворителе. Разделяемую смесь обрабатывают растворителем для извлечения из нее более легко растворимого вещества.
Экстрагирование веществ из твердого тела водой называется выщелачиванием.
При экстрагировании извлекаемое из смеси вещество переходит в раствор, и для выделения его в чистом виде необходимо полученный раствор подвергнуть выпариванию или кристаллизации или обоим процессам одновременно с последующим удалением оставшегося в твердом теле растворителя путем фильтрования, центрифугирования и сушки. В специальных аппаратах, называемых экстракторами, экстрагируемая смесь и растворитель вступают в тесный контакт.
Выделение фаз, вновь образовавшихся в результате взаимодействия растворителя с экстрагируемой смесью, производят или отстаиванием с последующей декантацией, фильтрованием, центрифугированием, добавлением специальных веществ, вызывающих расслаивание двух жидких фаз (высаливание), или добавлением веществ, вызывающих выделение одной твердой фазы (кристаллизация).
Процесс экстрагирования основан на свойстве веществ, обладающих разными концентрациями, при соприкосновении взаимно диффундировать, т. е. проникать друг в друга.
Вследствие диффузии при соприкосновении с обрабатываемой смесью растворитель, как фаза с более низкой концентрацией, чем обрабатываемая смесь, насыщается тем компонентом, который растворим в нем.
Равновесное распределение вещества между разделяемой смесью и растворителем или между двумя несмешивающимися фазами определяется законом распределения.
Закон распределения можно выразить уравнением
yp = k2x (3-231)
где х—концентрация растворенного вещества в смеси, подлежащей экстрагированию, в кгс/кгс; ур—равновесная концентрация растворенного вещества в растворителе-в кгс/кгс.Следовательно, если отложить на графике по оси х содержание растворенного вещества в одной фазе, а по оси у—содержание растворенного вещества в состоянии равновесия в другой фазе, сохраняя температуру или давление постоянными, то получим обычную фазовую у—%-диаграмму. Так как уравнение (3—231) является уравнением прямой, то на у—%-диаграмме линия равновесия должна быть также прямой.
Однако коэффициент распределения k2 практически не является величиной постоянной и изменяется с изменением концентрации растворенного вещества и температуры. Поэтому обычно линия равновесия только на некоторых участках приближается к прямой.
Для процесса перехода вещества из одной фазы в другую при экстрагировании действительны рассмотренные выше уравнения диффузии и массопередачи. Применяя к экстрагированию эти основные уравнения, можно сделать следующие обобщения:
1.При экстрагировании из твердых тел необходимо увеличивать
поверхность взаимодействия F между фазами, что может быть достигнуто измельчением твердого вещества путем устройства перемешивающих приспособлений или барботажных, распылительных и тому подобных приспособлений при экстрагировании из жидкостей жидкостями.
2. Необходимо увеличивать градиент концентрации, определяющий движущую силу процесса, что может быть достигнуто путем увеличения количества растворителя или путем проведения процесса экстрагирования противотоком.
3. При экстрагировании в движущейся среде необходимо по возможности увеличивать скорость w движения фаз, что приводит к значительному увеличению скорости массообмена вследствие большей турбулентности потоков фаз.
4. Необходимо повышать продолжительность экстрагирования т для увеличения количества извлеченного вещества G. Однако величину т можно увеличивать до некоторого предела, после которого даже значительное удлинение времени экстрагирования дает лишь незначительный прирост количества экстрагированного вещества.
Процесс экстрагирования состоит из трех стадий:
1) приведение смеси, подлежащей экстрагированию, в тесный контакт с растворителем;
2) разделение образовавшихся фаз; удаление и регенерация растворителя из каждой фазы.
– Конец работы –
Используемые теги: тепловые, процессы, аппараты, виды, теплообмена, теплообменных, Перенос, тепла, одного, тела0.129
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Тепловые процессы и аппараты. Виды теплообмена и теплообменных пр. Перенос тепла от одного тела к др.
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов