1) ПАХТ все лекции в одной. Лекция 1 предмет и задачи курса процессы и аппараты химической технологии уравнение неразрывности в курсе Процессы и аппараты химической технологии изучаются физико химическая сущность и теория процессов,
 Скачать 7.99 Mb.
|
|
Fo является мерой отношения между количеством теплоты, вызывающей изменение температуры в данной точке движущейся среды и количеством теплоты, передаваемой данной движущейся среде теплопроводностью. Равенство критериев Fo в сходственных точках подобных систем - необходимое условие подобия нестационарных процессов. Критерий Fo - аналог критерия Ho в гидродинамике. Второй комплекс при делении 1 Критерий Пекле Pe характеризует отношение количества теплоты, передаваемой конвекцией, к количеству теплоты, передаваемой теплопроводностью. Критерий Pe можно представить так где Критерий Прандтля Pr - мера соотношения между толщиной гидродинамического пограничного слоя гидр и толщиной теплового пограничного слоя δ тепл Критерий Прандтля Pr составлен только из физических параметров. В газах при Pr = 1 поля температур и скоростей подобны, толщины теплового и гидродинамического слоев соизмеримы по масштабу δ тепл ≈ δ гидр При Pr = 0,7÷1, толщины теплового и гидродинамического слоев практически равны по величине. Здесь Pr мало зависит от температуры и давления. 10 В жидкостях Pr = 3÷300. Поэтому в капельных жидкостях толщина теплового слоя δ тепл меньше толщины гидродинамического гидр слоя, δ тепл < гидр. В жидкостях Pr сильно зависит от температуры, это объясняется значительной зависимостью от температуры коэффициента динамической вязкости. Если с граничными условиями к уравнению Фурье-Кирхгофа (10.31) проделать подобные преобразования, получим ст) Критерий Нуссельта Nu характеризует соотношение между количеством теплоты, переносимой совместно конвекцией и теплопроводностью, к количеству теплоты передаваемой только теплопроводностью, и характеризует подобие процесса переноса тепла вблизи границы раздела фаз или у стенки. Необходимым условием подобия процессов теплопереноса являются соблюдения гидродинамического, геометрического и теплового подобия. Поэтому критериальное уравнение конвективного теплообмена будет представлено функцией вида f (Fo, Nu, Pe, Ho, Re, Fr, Г, ГС учетом того, что определяемым критерием здесь является критерий Нуссельта Nu, т.к. в него входит искомая величина - коэффициент теплоотдачи α, уравнение следует записать так Nu = f (Fo, Pe, Ho, Re, Fr, Г, Г . Вместо критерия Пекле Pe в ряде уравнений используется критерий Прандтля Pr: Nu = f (Fo, Pr, Ho, Re, Fr, Г, Г При расчете естественной конвекции критерий Фруда Fr, отражающий влияние силы тяжести на теплоперенос, обязательно должен быть учтен. В случае вынужденной конвекции влияние силы тяжести на процесс переноса теплоты незначительно, им можно пренебречь и исключить из критериального уравнения. В критерий Фруда Fr входит скорость - параметр трудноопределимый при естественной конвекции, поэтому для исключения скорости вместо него используются другие критерии - Архимеда Ar или Грасгофа Gr. Критерий Архимеда Ar: 11 1 1 2 2 3 gl Ar (10.40) Зависимость плотности от температуры можно записать как ) ( 1 2 1 2 1 T T (10.41) где β - коэффициент объемного расширения (град. Отсюда T T T ) ( 1 2 1 1 2 (10.42) Критерий Грасгофа Gr: T gl Gr 2 3 (10.43) Gr - критерий Грасгофа равен отношению подъемной силы, определяемой разностью плотностей в разных точках потока 2 и 1 , к силе внутреннего трения в неизотермической движущейся среде. В большинстве случаев ΔT в критерии Грасгофа определяют как положительную разницу температур между ядром потока и стенкой. Поэтому, в условиях свободной конвекции стационарного процесса переноса теплоты, критериальное уравнение может быть записано так Nu = f( Gr, Pr, Г, Г (10.44) Основным видом критериальных зависимостей, применяемых в инженерных расчетах, является степенная функция вида Nu = ARe m Pr n Gr p Г q (10.45) Коэффициенты: A, m, n, p, q получают, проводя экспериментальные исследования в определенных границах изменения параметров для определенной группы подобных явлений. Полученная зависимость применяется в инженерных расчетах для получения коэффициентов теплоотдачи α в указанном диапазоне величин. 1 ЛЕКЦИЯ 11 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ЧЕРЕЗ ПЛОСКИЕ И ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СТЕНКИ ИЗЛУЧЕНИЕ. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ Теплопроводность плоской стенки Рассмотрим стационарный перенос теплоты через бесконечную плоскую стенку постоянной толщины δ. Механизм переноса – теплопроводность. Рис. Распределение температур в плоской стенке Примем, что на поверхностях плоской стенки поддерживаются постоянные температуры Ст и Ст , причем T Ст1 >T Ст2 . Тепловой поток q направлен по оси x. Внесем соответствующие изменения в дифференциальное уравнение теплопроводности в неподвижной среде 0 2 2 2 2 2 2 z T y T x T (10.28) Температура изменяется только по оси x, поэтому - Тогда (11.2) (11.3) (11.4) 0 0 2 2 2 2 z T y T 0 2 2 dx T d 1 C dx dT 2 1 C x C T 2 Уравнение (11.4) – это уравнение прямой, следовательно, температура в плоской стенке изменяется по линейному закону. Константы интегрирования Си С можно найти из граничных условий x = 0, Т = Ст , С Ст = , Т = Ст , Ст С + T Ст1 Получим выражение для С С 1 =(T Ст2 - Ст (11.5) Тогда уравнение прямой, описывающее распределение температур в плоской стенке будет иметь вид (11.6) Поэтому уравнению можно рассчитать температуру в любой точке плоской стенки. Запишем уравнение Фурье для расчета теплопроводности через плоскую стенку n T q T (11.7) В данном случае 2 1 1 Ст Ст Т Т C x T n T , (11.8) тогда 2 1 Ст Ст T Т Т q (11.9) Или для общего количества передаваемой теплоты ) ( 2 1 Ст Ст T Т Т A Q (11.10) Уравнение описывает перенос теплоты теплопроводностью в однослойной плоской стенке в стационарном режиме. Отношение λ T /δ называют тепловой проводимостью стенки. Теплопроводность многослойной плоской стенки Рассмотрим процесс стационарной теплопроводности через трехслойную плоскую стенку. Слои различной толщины ( δ 1 , δ 2 , δ 3 .) прилегают друг к другу и имеют различные 1 2 1 Ст Ст Ст T x T T T 3 значения коэффициентов теплопроводности ( λ T1 , λ T2 , λ T3 ). Поскольку процесс стационарный, то q = const, и направлен по оси x. Рис. Распределение температур в многослойной плоской стенке Примем на поверхностях внешних плоскостях постоянные температуры Ст и Ст, причем T Ст1 >T Ст2 , между слоями температуры T 1 и Запишем уравнение переноса тепла через каждый слой. ) ( 1 1 1 1 Т Т q Ст (11.11) ) ( 2 1 2 2 Т Т q (11.12) ) ( 2 2 3 3 Ст Т Т q (11.13) Перепишем эти уравнения относительно разности температур 1 1 1 1 q Т Т Ст (11.14) 2 2 2 1 q Т Т (11.15) 3 3 2 2 q Т Т Ст (11.16) Сложим уравнения (11.14) (11-16): ) ( 3 3 2 2 1 1 3 3 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 q q q q Т Т Т Т Т Т Ст Ст 4 Тогда i i i Ст Ст Ст Ст Т Т Т Т q 2 1 3 3 2 2 1 1 2 Величины i i - термические сопротивления отдельных слоѐв составляющих многослойную стенку. Уравнение теплопроводности плоской стенки при установившемся процессе теплообмена будет иметь вид n i i i Ст Ст Ст Ст Т Т A Т Т A Q 2 1 3 3 2 2 1 1 2 В каждом слое по толщине температура изменяется линейно, в целом, профиль температур имеет вид ломаной линии, причем Теплопроводность однослойной цилиндрической стенки Рассмотрим установивший процесс передачи теплоты теплопроводностью в однородной цилиндрической стенке длиной l и толщиной δ внутренним радиусом r вн и наружным радиусом н. Температуры на внутренней и внешней сторонах цилиндра постоянны и равны, соответственно Ст и Ст, причем T Ст1 >T Ст2 Поскольку l >>δ, будем считать, что температура изменяется только в радиальном направлении. Рис. Распределение температур в цилиндрической стенке. 5 Запишем уравнение Фурье для переноса тепла теплопроводностью через поверхность произвольного радиуса r: Разделим переменные и проинтегрируем данное уравнение 1 2 2 Ст Ст н вн Т Т T r r dT Q l r dr , (11.20) ) ( ln ln 2 1 2 Ст Ст T вн н вн н T T Q l d d r r (11.21) ) ( ln 2 1 2 Ст Ст вн н T T T d d l Q (11.22) Где d н /d вн – отношение наружного диаметра цилиндрической стенки к внутреннему диаметру. Уравнение (11.22) показывает, что по толщине цилиндрической стенки, температура изменяется по логарифмическому закону. Это связано стем, что с увеличением радиуса увеличивается поверхность, через которую переносится теплота, те. удельный тепловой поток A Q q уменьшается с увеличением радиуса. Для многослойной цилиндрической стенки можно получить зависимость для теплового потока по аналогии с многослойной плоской стенкой. Тогда, для установившегося процесса теплопроводности в многослойной стенке, состоящей из n слоев, тепловой поток Q равен ) ( ) ( ln 2 1 1 2 Ст Ст n i i вн н Ti T T d d l Q (11.23) В случае тонких стенок, которыми можно считать стенки с d н /d вн <2, расчет с достаточной степенью точности проводят по уравнению переноса теплоты в плоских стенках. В качестве поверхности теплообмена в этом случае рекомендуется брать среднюю поверхность А, рассчитанную при среднем диаметре стенки d ср = (d н +d вн )/2. 6 Коэффициенты теплопроводности газов, жидкостей, твердых тел. Перенос тепла теплопроводностью описывает закон Фурье Коэффициентом пропорциональности здесь выступает коэффициент теплопроводности λ T , показывающий какое количество теплты проходит вследствие теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при градиенте температур в 1 градус. Размерность λ T в системе СИ Вт/(м К). Величина λ T зависит от природы вещества, его структуры, температуры и пр. Хорошими проводниками являются металлы, плохими - газы и пары. Наибольшую теплопроводность показывают графитовые материалы, у графена она порядка 5000 Вт/(м.град), у алмаза может достигать 2300 Вт/(м К). У золота чуть более 300 Вт/(м.град), у железа и сталей около 50 Вт/(м К) В жидкостях - коэффициент теплопроводности порядка 0,1 0,7 Вт/(м К), в газах - 0, 006 0,175 Вт/(м К). Низкая теплопроводность теплоизоляционных материалов объясняется их пористостью, в порах содержится воздух, теплопроводность которого находится около 0,027 Вт/(м К). Для газов коэффициенты теплопроводности λ T при увеличении температуры растут, а от давления зависят незначительно. Для большинства жидкостей λ T с увеличением температуры падают. Исключение составляет вода, коэффициент теплопроводности которой с увеличением температуры до 130 0 С немного возрастает, а затем, при дальнейшем повышении температуры, начинает падать. Для большинства чистых металлов коэффициенты теплопроводности λ T с ростом температуры уменьшаются. Наличие примесей в металлах значительно снижает их теплопроводность. Перенос тепла излучением Перенос теплоты излучением осуществляется за счет электромагнитных волн. Основную долю тепла переносят волны инфракрасного спектра излучения длиной 0,8 - 800 мкм. Возникновение "тепловых лучей" определяется температурой и оптическими свойствами излучающего тела. Явление распространения тепловых лучей называют тепловым излучением. Любое тело с температурой выше 0 К излучает электромагнитные волны. 7 Тепловое излучение характеризуется лучеиспускательной способностью тела Е (Вт/м 2 ), те. количеством теплоты Q, излучаемой телом во всем интервале длин волн в единицу времени с единицы поверхности t A Q E (11.24) где Q - количество теплоты, излучаемое телом, Дж А – поверхность телам длительность процесса излучении, с. Согласно закону Стефана-Больцмана лучеиспускательная способность абсолютно черного тела Е пропорциональна его абсолютной температуре в четвертой степени 4 0 0 T k E , (11.25) где k 0 - константа лучеиспускания абсолютно черного тела, k 0 = 5,67·10 -8 Вт/(м 2 К 4 ) Для удобства пользования закон Стефана-Больцмана применяют в виде 4 0 0 ) 100 ( T C E , (11.26) где С - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, С = 5,67 Вт/(м 2 К 4 ). Для других тел, отличных от абсолютно черного, те. "серых, закон запишется как 4 0 0 100 ) ( T C E , (11.27) где 0 C C - относительный коэффициент лучеиспускания или степень черноты тела. Степень черноты определяется природой материала и шероховатостью поверхности. В расчетах обычно требуется знать, сколько теплоты будет передаваться от более нагретого тела с температурой Т к менее нагретому с температурой Т 2 4 1 2 1 100 100 T T A C Q (11.28) где A - поверхность излучающего тела, с большей температурой, C 1-2 - коэффициент взаимного излучения, φ - угловой коэффициент, определяемый формой, размерами и взаимным расположением участвующих в теплообмене поверхностей. Формулы расчета коэффициента взаимного излучения C 1-2 приводятся в справочниках, например две плоскости, параллельные одна другой φ =1: 0 2 1 2 1 1 1 1 1 С С С C ; (11.29) 8 излучающее тело (с большей температурой) заключено внутри другого тела например, нагретый котел в цехе φ 1: 0 2 2 1 1 2 1 1 1 1 1 С С А А С C , (11.30) С = С - коэффициент излучения горячего тела ( с большей температурой ТСС- коэффициент излучения холодного тела ( с меньшей температурой Т. Если требуется ослабить лучистый теплообмен, между телами устанавливаю отражающие перегородки - экраны. Лучеиспускание газов Излучение газов отличается от излучения твердых тел. Газы излучают объемом, а твердые тела поверхностью. В отличие от твердых тел газы излучают в строго фиксированном диапазоне длин волн. Одноатомные и большинство двухатомных газов - диатермичны, те. прозрачны для тепловых лучей. Хотя излучающая способность газов непропорциональна Т, в технических расчетах принимают, что газы подчиняются закону Стефана-Больцмана, а отклонение учитывают соответствующей степенью черноты газа. Промышленные газы часто бывают запылены. Частицы пыли обладают значительной поверхностью и собственным спектром излучения. Это приводит к значительному возрастанию теплового потока излучения газа. Расчет толщины тепловой изоляции Для того, чтобы снизить теплопотери аппаратами и трубопроводами в окружающую среду, на наружные поверхности наносят теплоизоляцию. Теплоизоляцией называют внешнее вспомогательное покрытие, служащее снижению потери теплоты. Теплоизоляция нужна для экономии топлива, поддержания стабильного теплового режима в промышленных аппаратах и соблюдения санитарных норм. Для теплоизоляции применяют материалы с низкой теплопроводностью. В промышленности для этого применяют шлаковую и минеральную вату, совелит, 9 асбозурит, асбест, асбослюду и прочие, те. материалы, имеющие коэффициент теплопроводности при температурах 50-100 о С меньше 0,2 Вт/м К. Основную теплоизолирующую роль в изоляции играет воздух. Задача состоит в снижении циркуляционных потоков в слое теплоизоляции. Снаружи теплоизоляцию покрывают специальными составами или фольгой. При выборе теплоизоляции необходимо учитывать способность материала поглощать влагу и выдерживать соответствующую температуру. Для изоляции очень горячих поверхностей может применяться многослойная теплоизоляция. На нагретые поверхности накладывается слой термостойкого материала, например, асбеста, а уже поверх него настилается слой минеральной ваты и т.д. При теплоизоляции аппаратов, находящихся в сырых помещениях, необходимо подбирать специальные негигроскопичные материалы, т.к. при насыщении влагой изоляционная способность материала снижается. При расчете теплоизоляции сначала устанавливают допустимые тепловые потери, они не должны превышать 3-5 % от тепловой нагрузки аппарата. Затем подбирают вид теплоизоляции и задаются температурой наружной поверхности, отвечающей санитарным нормам 1) для изолируемых поверхностей, расположенных в рабочей или обслуживаемой зоне помещений o 45 С - при температуре теплоносителя выше 100 С o 35 С - при температуре теплоносителя до 100 С для поверхностей оборудования и трубопроводов, содержащих вещества с температурой вспышки паров не выше 45 С 2) для изолируемых поверхностей, расположенных на открытом воздухе o 60 Сна открытом воздухе при штукатурном или неметаллическом покровном слое o 55 С - при металлическом покровном слое. Температуру на внутренней поверхности теплоизоляции можно принять равной температуре на внутренней поверхности стенки аппарата, те. пренебречь термическим сопротивлением металлической стенки с высоким коэффициентом теплопроводности Тепловой поток (в данном случае тепловые потери) в установившемся процессе одинаков и для слоя теплоизоляции и для теплоотдачи в воздухе. Тогда ) ( ) ( Т Т Т Т q ст общ ст апп из из пот , (11.31) где q пот - удельные тепловые потери, Вт/м 2 , 10 λ T из- коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, Вт/м K, из - толщина слоя теплоизоляции, м, общ - общий коэффициент теплоотдачи в окружающую среду конвекцией и излучением. Его можно определить по формуле Линчевского в интервале температур 30- 350 о С ст общ Т 058 0 3 9 , , , (11.32) Т апп - температура внутри аппарата, она же температура внутренней поверхности теплоизоляции, o C. Т ст - температура наружной поверхности слоя теплоизоляции, о СТ- температура наружного воздуха. Решая данную систему уравнений с ограничениями максимальных потерь тепла и ограничением на температуру наружной поверхности Т ст , находят толщину слоя теплоизоляции из 1 ЛЕКЦИЯ 12 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКАХ АДДИТИВНОСТЬ ТЕРМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ Теплопередача в поверхностных теплообменниках Поверхностными называют теплообменники, в которых перенос тепла от горячего теплоносителя к холодному осуществляется через разделяющую их поверхность. Это самый распространенный тип теплообменников, применяемых в химической промышленности. К ним относятся кожухотрубные, спиральные, оребренные, двухтрубные, пластинчатые и другие виды теплообменников. Процесс переноса тепла от горячего теплоносителя к холодному через границу раздела или через разделяющую поверхность (стенку) называется теплопередачей. Теплопередача - сложный процесс, включающий перенос тепла из ядра потока горячего теплоносителя к стенке (границе раздела, перенос тепла через стенку (границу раздела) и перенос тепла от стенки (границы разделав ядро потока холодного теплоносителя. Основное уравнение теплопередачи ср T T A К Q (12.1) где Q – тепловой поток в процессе теплопередачи, Вт A – поверхность теплообмена, м ∆T ср – средняя движущая сила процесса теплопередачи, о С; К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 ·К). Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через 1 м 2 теплообменной поверхности при разности температур между теплоносителями в 1 градус. Перенос тепла в пределах одной фазы (от стенки в ядро потока или из ядра потока к стенке) называется теплоотдачей. Описывается уравнением Ньютона (ур. 9.11). В процессе теплопередачи теплоносители могут изменять свою температуру вдоль поверхности теплообмена (при нагреве или охлаждении) или температура может оставаться постоянной (процессы кипения или конденсации при постоянном давлении. 2 Аддитивность термических сопротивлений Перенос тепла через теплопередающую плоскую стенку при постоянной температуре теплоносителей в стационарном режиме Рассмотрим установившийся процесс теплопередачи от горячего теплоносителя 1 с постоянной температурой Т к холодному теплоносителю 2 с постоянной температурой Т через разделяющую их многослойную плоскую стенку. Стенка состоит из n слоев с различной теплопроводностью Ti и толщиной Тепловой поток через поверхность теплообмена А от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю постоянен и равен Q . Рис. Распределение температур в процессе теплопередачи через многослойную плоскую стенку Запишем выражения для теплового потока Q на различных стадиях теплопередачи. 1. Перенос теплоты из ядра потока горячего теплоносителя к стенке описывается уравнением Ньютона ) ( 1 Ст, (12.2) 1 - коэффициент теплоотдачи горячего теплоносителя, а Т Ст1 - температура стенки со стороны горячего теплоносителя. 3 2. Перенос теплоты через многослойную плоскую стенку n i i T i Ст Ст Т Т A Q 2 1 (12.3) Т Ст2 - температура стенки со стороны холодного теплоносителя. 3. Перенос теплоты от стенки в ядро холодного теплоносителя ) ( 2 Ст , (12.4) где 2 - коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя. Перепишем эти уравнения относительно разности температур Ст 1 1 (12.5) n i i T i Ст Ст A Q Т Т 2 1 (12.6) Ст 2 2 (12.7) Сложим уравнения (12.5) (12-7): A Q A Q A Q T T Т Т T T n i i T i Ст Ст Ст Ст 2 1 2 2 2 1 1 Получим 2 1 2 1 1 1 n i i T i A Q T T (12.8) Перепишем полученное уравнение относительно Q : A T T Q n i i T i 2 1 2 1 1 1 (12.9) Сравним полученное выражение с уравнением теплопередачи ) ( 2 К, (12.1) К -коэффициент теплопередачи (Вт/(м 2 К)) Тогда 4 2 1 1 К) Или 2 1 1 1 1 Величину обозначим как общее термическое сопротивление R, 2 1 1 1 n i Ti i R , (12.12) 2 Ст) где 1 1 1 r - термическое сопротивление переносу теплоты от горячего теплоносителя к стенке Ст - термическое сопротивление плоской многослойной стенки, состоящей из n слоев 2 2 1 r - термическое сопротивление переносу теплоты от стенки в холодный теплоноситель. Уравнения (12.10) (12.13) являются различными формами уравнения аддитивности термических сопротивлений при теплопередаче. Из уравнения аддитивности следует, что общее сопротивление теплопередачи складывается из суммы сопротивлений на отдельных стадиях теплопередачи. Общее термическое сопротивление теплопередачи R всегда больше термического сопротивления на отдельной стадии, в частности, R r 1 и R r 2 . Из этого следует, что коэффициент теплопередачи всегда меньше коэффициентов теплоотдачи К , К T 2 Чем меньше общее термическое сопротивление теплопередачи R, тем выше коэффициент теплопередачи и интенсивность теплообмена. В некоторых случаях теплообмена одно термическое сопротивление намного превышает остальные. Например, в процессах переноса тепла от горячей жидкости в трубах к окружающему воздуху, сопротивление теплоотдаче от стенки к воздуху намного 5 больше, чем сопротивление теплоотдаче внутри труб. Поэтому, значение коэффициента теплопередачи K T будет в основном определяться наименьшим значением коэффициента теплоотдачи в воздухе возд , те. K T ≈ возд Следовательно, для увеличения скорости переноса тепла необходимо воздействовать на ту стадию теплопередачи, в которой сосредоточено основное термическое сопротивление. В частности, поддерживать поверхности стенок свободными от загрязнений, увеличивать скорость и степень турбулизации теплоносителей и т.д. Перенос тепла через теплопередающую цилиндрическую стенку при постоянной температуре теплоносителей в стационарном режиме Рассмотрим процесс теплопередачи от горячего теплоносителя, движущегося внутри трубы, к холодному теплоносителю снаружи трубы. Горячий теплоноситель имеет температуру Т, холодный - температуру Т. Многослойная цилиндрическая стенка состоит из n слоев с различной теплопроводностью Ti и толщиной i . Процесс переноса теплоты установившийся Q = const. Рис. Распределение температур в процессе теплопередачи через многослойную цилиндрическую стенку 6 Запишем выражения для теплового потока Q на различных стадиях теплопередачи 1. Перенос теплоты из ядра потока горячего теплоносителя к стенке описывается уравнением Ньютона 1 1 1 1 1 1 Ст вн Ст вн T T l d T T A Q , (12.14) 1 - коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке, а Т Ст1 - температура стенки со стороны горячего теплоносителя, А вн - площадь внутренней поверхности трубы длиной l, d вн -внутренний диаметр трубы 2. Перенос теплоты через многослойную цилиндрическую стенку ) ( ) ( ln 2 1 1 2 Ст Ст n i i вн н Ti T T d d l Q (12.15) Т Ст2 - температура стенки со стороны холодного теплоносителя. 3. Перенос теплоты от стенки в ядро потока холодного теплоносителя ) ( ) ( 2 2 2 2 2 2 T T l d T T A Q Ст н Ст н (12.16) где 2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю, Ан- площадь наружной поверхности трубы длиной l, н – наружный диаметр трубы. Перепишем эти уравнения относительно разности температур l d Q T T вн Ст 1 1 1 ) ( (12.17) n i i T i вн н Ст Ст d d l Q T T ) / ln( ) ( 2 2 1 (12.18) l d Q T T н Ст 2 2 2 ) ( (12.19) Сложим уравнения (12.17)-(12-19): Получим н n i i T i вн н вн r Q d d r l Q T T 2 1 2 1 1 2 ) / ln( ) ( (12.20) l d Q d d l Q l d Q T T T T T T н n i i T i вн н вн Ст Ст Ст Ст 2 1 2 2 2 1 1 1 2 ) / ln( ) ( ) ( ) ( 7 Перепишем полученное уравнение относительно Q : ) ( ) ) / ln( ( 2 1 2 1 2 1 1 T T l r Q d d r Q н n i i T i вн н вн (12.21) Полученное уравнение является уравнением теплопередачи через многослойную цилиндрическую стенку К, (12.22) где ) ) / ln( ( н n i i T i вн н вн r r Q d d r K 2 1 1 1 (12.23) K r - линейный коэффициент теплопередачи, отнесенный к единице длины трубы (Вт/м К). Полученные уравнения на практике применяют для толстостенных трубу которых отношение наружного и внутреннего диаметров больше 2: d н /d вн >2. Если же отношение d н /d вн <2, то расчет с достаточной степенью точности можно проводить по уравнениям для плоских стенок) для среднего диаметра трубы d ср = (d н +d вн) /2. . 1 ЛЕКЦИЯ 13 РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ ТЕПЛООБМЕНА Определение коэффициентов теплоотдачи в процессах без изменения агрегатного состояния теплоносителя Теплообменные процессы без изменения агрегатного состояния теплоносителя - это процессы, связанные с нагреванием или охлаждением жидкостей, газов и паров. Теплота в этих режимах переносится совместно конвекцией и теплопроводностью. Различают теплоотдачу при вынужденной и при свободной конвекции. Вынужденное движение жидкостей и газов внутри труб Теплоотдача для установившегося движения внутри прямых труб при развитом турбулентном режиме ( Re > 10000): 25 0 43 0 8 0 021 0 , , , Pr Pr Pr Re , CT l Nu (13.1) ε l - поправочный коэффициент, зависящий от отношения длины трубы L к ее внутреннему диаметру d. Он учитывает влияние входного участка трубопровода на общий коэффициент теплоотдачи Рис Развитие профиля скоростей в круглой трубе v 0 < v 1 < v 2 < v max . 2 Входной участок, на котором формируется устойчивый профиль скоростей, создает дополнительную турбулентность, несколько увеличивающую интенсивность теплообмена. На длинных трубах ( L/d) >50 влияние входного участка можно не учитывать, а в коротких - влияние входного участка может привести к увеличению среднего коэффициента теплоотдачи в 2 раза. При ( L/d) >50 , ε l =1; при ( L/d)<50, ε l >1. Рис. Значение коэффициента ε l для коротких труб Все физические параметры, входящие в критериальное уравнение, находятся при определяющей температуре теплоносителя в трубе Т опр =Т ср = (Т вх +Т вых )/2, где Т вх - температура теплоносителя на входе в трубу, Т вых - температура теплоносителя на выходе из трубы. ст- критерий Прандтля, рассчитанный при температуре разделяющей стенки. Pr ст – это отношение учитывает направление теплового потока, те. принимает различные значения при нагревании или охлаждении теплоносителя. При нагревании температура стенки выше, чем температура теплоносителя, поэтому у стенки теплоноситель имеет вязкость ниже, чем в потоке. Это приводит к уменьшению толщины теплового пограничного слоя вблизи твердой стенки, и следовательно, благоприятствует теплообмену. Если теплоноситель охлаждается, то температура стенки будет ниже температуры теплоносителя. У стенки вязкость увеличится, увеличится и толщина пограничного слоя, те. произойдет торможение теплового потока. Если температурный напор невелик, то отношение Pr /Pr ст можно брать равным 1. В качестве определяющего линейного размера l в данном уравнении следует использовать внутренний диаметр трубы, d вн Если теплоноситель движется в змеевике, изготовленном из круглой трубы, то за счет изменения скорости внутри трубы по направлению и возникновению прижимного 3 течения, коэффициент теплоотдачи будет больше, чем в прямой трубе. Коэффициент теплоотдачи в змеевике α зм можно определить, вычислив предварительно коэффициент теплоотдачи в прямой круглой трубе пр той же длины, что и труба, из которой изготовлен змеевик. зм = пр (1+3,54( d вн /D)) D - диаметр витка змеевика. Для переходной области турбулентного режима (2320 Хаузена: 14 0 3 2 33 0 8 0 1 8 0 8 1 230 0235 0 , , , , Pr , Re , ст L d Nu (13.2) Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи при турбулентном течении для воды 1000-6000 Вт/(м 2 К); для воздуха 30-80 Вт/(м 2 К). Ламинарный режим течения в прямых трубах (Re < 2320) При ламинарном течении велико влияние естественной конвекции, различном при вертикальном или горизонтальном положениях трубы в сочетании с условиями теплообмена (нагревание или охлаждение жидкости. Описание такого теплообмена является достаточно трудной задачей. Интенсивность переноса теплоты резко снижается по сравнению с турбулентным движением. Роль естественной конвекции оценивается критерием Грасгофа: В газах влияние критерия Грасгофа может быть значительным из-за большой величины коэффициента объемного расширения β. Для расчета можно использовать следующее выражение 1 0 25 0 43 0 33 0 017 Свободная конвекция в большом объеме Тепло переносится только за счет естественной конвекции, которая вызывает перемешивание среды посредством замкнутых циркуляционных потоков в объеме 4 теплоносителя. В большом объеме конвективные потоки поднимающегося и опускающегося теплоносителей разграничены, что упрощает расчет. Уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи имеет вид А) Таблица 13.1 Значения коэффициентов в зависимости от режима теплообмена Режим GrPr A n Ламинарный < 500 1,18 0,125 Переходная область 500 - 2·10 7 0,54 0,25 Развитый турбулентный > 2·10 7 0,135 0,33 Определяющим линейным размером в критерии Грасгофа является - для горизонтальных труби сфер - их наружный диаметр - для вертикальных поверхностей - их высота. Значения физических параметров определяются при средней температуре между температурой теплоносителя и стенкой Т ср =(Т ст +Т)/2. Ориентировочные значения для воды при свободной конвекции 250 - 900 Вт/(м 2 К). Теплоотдача при поперечном обтекании труб Этот тип теплообмена наблюдается при нагревании или охлаждении теплоносителей в межтрубном пространстве кожухотрубчатых теплообменников. Для расчета используются следующие выражения Коридорное и шахматное расположение труб в пучке при Re < 1000: 25 0 36 0 5 0 34 ст, (13.5) при турбулентном режиме течения, то есть при Re > 1000 - для коридорных пучков 25 0 36 0 65 0 13 ст) - для шахматных пучков 25 0 36 0 6 0 40 0 , , , ) Pr (Pr/ Pr Re , ст Nu (13.7) В уравнениях (13.5) (13.7) определяющий линейный размер — наружный диаметр 5 трубы, нар. Значения физических параметров определяются при средней температуре между температурой теплоносителя и стенкой Т ср =(Т ст +Т)/2. Определение коэффициентов теплоотдачи при изменении агрегатного состояния теплоносителя Теплоотдача при конденсации насыщенных паров Теплоотдача при конденсации паров и теплоотдача при кипении представляют собой сложные процессы, протекающие при изменении агрегатного состояния теплоносителей и при постоянной температуре. В теплообменниках-конденсаторах используют более эффективную пленочную конденсацию (в отличие от капельной, которая происходит на хорошо смачиваемых поверхностях. При пленочной конденсации на стенке вследствие разности температур пара и стенки п - ст образуется плѐнка конденсата (Рис. 13.5), которая постепенно утолщается по мере стекания по вертикальной поверхности. При этом увеличивается и термическое сопротивление пленки. Рис. Теплоотдача при конденсации Рассмотрим стационарное ламинарное стекание пленки по вертикальной плоской поверхности. Примем температуру стенки ст постоянной по ее длине, физические свойства конденсата неизменными. 6 Внесем соответствующие изменения в уравнение Фурье-Кирхгофа (10.26): 2 2 2 2 2 2 z T y T x T a z T v y T v x T v t T z y x - движение стационарное v x , v y равны нулю, т.к. жидкость движется вниз по стенке вдоль оси z - температура изменяется только по оси x - температура стенки постоянна. Тогда (13.8) (13.9) (13.10) где Си С – константы интегрирования Уравнение (13.10) описывает распределение температур в пленке конденсата. Оно аналогично уравнению теплопроводности в плоской стенке и также представляет собой уравнение прямой. Количество теплоты, проходящее через элементарную площадку А этой пленки, определяется по формуле dA T T Q d ст пл пл (13.11), где пли теплопроводность и толщина пленки конденсата, соответственно. Это же количество теплоты можно выразить с помощью уравнения теплоотдачи dA T T Q d ст пл (13.12) Тогда коэффициент теплоотдачи при конденсации пара равен = пл δ (13.13) Из гидродинамики течения пленки известно, что толщина пленки жидкости δ зависит от высоты H стенки, по которой стекает плѐнка конденсата, и от физических свойств конденсата, и определяется как 0 t T 0 0 2 2 2 2 z T y T 2 2 0 dx T d a 0 z T 1 C dx dT 2 1 C x C T 7 4 2 4 g r H T T п ст п пл (13.14) где и - соответственно плотность и коэффициент динамической вязкости жидкости – конденсата, п – теплота парообразования. Тогда коэффициент теплоотдачи можно найти последующим формулам - при конденсации на вертикальной поверхности 4 2 3 1 H T T g r k ст п п пл пл (13.15) - при конденсации на горизонтальной трубе 4 2 3 2 нар ст п п пл пл d T T g r k (13.16) Согласно экспериментальным результатам k 1 = 1,13; k 2 = 0,728 (для одиночной трубы k 2 = 0,728 n (для пучка n труб, коэффициент n - справочная величина. Все физические константы в уравнениях (13.14 13.16) относятся к конденсату при его средней температуре между температурой конденсации и температурой стенки. Теплоотдача при кипении Кипение – это процесс интенсивного парообразования за счет подвода теплоты к кипящей жидкости. Для возникновения кипения необходимо, чтобы температура жидкости была выше температуры насыщения пара, а также наличие центров парообразования. Различают кипение на поверхности нагрева и кипение в объеме жидкости. Кипение на твердой поверхности идет с образованием паровой фазы в отдельных местах поверхности обогрева и обусловлено подводом теплоты к жидкости от соприкасающейся с ней поверхностью. Объѐмное кипение возникает при значительном перегреве жидкой фазы относительно температуры насыщения. Наиболее важным в химической технологии видом кипения является кипение на поверхности. Механизм кипения на поверхности сложнее, чем при обычной конвекции. Перенос теплоты и массы осуществляется пузырьками пара из пограничного слоя в объѐм жидкости. Интенсивность теплоотдачи очень велика. Различают два режима кипения пузырьковый I и пленочный II. 8 Рис. Теплоотдача при кипении На Рис представлена типичная зависимость коэффициента теплоотдачи кипи удельной тепловой нагрузки кип от температурного напора при кипении жидкости ∆T = ст- кип (ст и кип соответственно температура стенки со стороны кипящей жидкости и температура кипения. В области АВ перегрев жидкости мал ( ∆T ≥ 5 К, мало число активных центров парообразования, интенсивность теплообмена низка. При дальнейшем повышении ∆T увеличивается число активных центров парообразования, и коэффициент теплоотдачи резко возрастает (отрезок ВС). Эту область называют областью пузырькового или ядерного кипения. Этот режим работы является основным для промышленных теплообменников-кипятильников. При дальнейшем увеличении ∆T происходит слияние пузырьков пара на поверхности нагрева. Поверхность как бы покрывается пленкой пара, плохо проводящей теплоты. Это - область пленочного кипения. Коэффициент теплоотдачи резко снижается ( в десятки раз. Совершенно очевидно, что пленочный режим кипения крайне нежелателен. Значения ∆T, коэффициента теплоотдачи и удельной тепловой нагрузки, соответствующие переходу от пузырькового режима к пленочному, называют критическими. В специальной литературе приводятся эмпирические зависимости, а также опытные данные, позволяющие определить эти критические значения. Скорость переноса теплоты при кипении зависит от многих разнообразных факторов (физических свойств жидкости, давления, температурного напора, свойств 9 материала поверхности нагрева и многих других, учесть влияние которых на процесс и свести их в единую зависимость крайне сложно. Поэтому в литературе приводятся рекомендации многих авторов, которые на основе различных физических моделей получили расчетные зависимости для определения коэффициента теплоотдачи при кипении. Часто эти зависимости имеют следующий вид 6 0, Аq кип (13.17) Коэффициент А - сложный комплекс многих величин, влияющих на интенсивность переноса теплоты при кипении. Поскольку в настоящее время нет достаточно надежных обобщенных уравнений для расчета при кипении, решая конкретную задачу определения коэффициента теплоотдачи при кипении, следует обращаться к специальной литературе. 1 ЛЕКЦИЯ 14 ВЗАИМНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ РАСЧЕТ ДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ Взаимное направление движения теплоносителей В зависимости от конструкции теплообменных аппаратов, можно выделить четыре случая взаимного движения теплоносителей в них. 1. Прямоток. Рис Прямоток Теплоносители движутся вдоль поверхности теплообмена строго водном направлении по параллельным траекториям, такой режим можно реализовать в теплообменнике типа "труба в трубе 2. Противоток. Рис. Противоток Теплоносители движутся вдоль поверхности теплообмена по параллельным траекториям, ново встречным направлениях. Такой режим также можно реализовать в теплообменнике типа "труба в трубе. 2 3. Перекрестный ток. Рис. Перекрестный ток Такой режим возможен в оросительном теплообменнике, когда один теплоноситель движется по горизонтальной трубе, а второй омывает эту трубу сверху, вертикально, под прямым углом 4. Смешанный ток. Все остальные случаи движения теплоносителей относят к смешанному току движение в многоходовых кожухотрубчатых теплообменниках, пластинчатых и пр. Рис. Смешанный ток В большинстве теплообменников температура теплоносителя вдоль поверхности теплообмена изменяется, это приводит к тому, что в разных сечениях теплообменного аппарата разность температур (движущая сила) будет различной. Для того, чтобы можно было использовать уравнение теплопередачи вида T A К Q T , для случаев переменной движущей силы в теплообменнике вместо ΔТ необходимо использовать усредненное значение ΔТ ср - среднюю разность температур в аппарате, которая будет зависеть от взаимного направления движения теплоносителей. 3 Определение средней разности температур в теплообменнике при прямотоке Выведем формулу для расчета средней разности температур на примере прямотока. Рассмотрим теплообмен через плоскую стенку, где с одной стороны стенки горячий теплоноситель с расходом m 1 (кг/с) и теплоемкостью с р1 (Дж/(кг К)) , ас другой стороны стенки- холодный теплоноситель с расходом m 2 (кг/с) и теплоемкостью с р2 Дж кг К)). Рис. Профиль температур при прямотоке Примем допущения. 1. Процесс теплообмена стационарный 2. Теплоемкости теплоносителей с р1 и с р2 постоянны 3. Коэффициент теплопередачи не изменяется вдоль всей поверхности теплообмена 4. Теплоносители движутся в поршневом режиме, те. их движение описывается моделью идеального вытеснения 5. Потери теплоты отсутствуют. На Рис. изображен профиль температур горячего 1 и холодного 2 теплоносителей вдоль поверхности теплообмена Т 1н , Т 1к (о С- температура горячего теплоносителя на входе и на выходе из теплообменника Т 2н , Т 2к - температура холодного теплоносителя на входе и на выходе из теплообменника dA - элементарная поверхность 4 теплообмена (м dT 1 , dT 2 - изменение температур горячего и холодного теплоносителя на элементарной поверхности dA. Запишем уравнение теплового баланса для элементарной поверхности dA: 2 2 2 1 1 1 dT c m dT c m dQ P P ) ( (14.1) Получим 1 1 1 P c m dQ dT (14.2) 2 2 2 P c m dQ dT (14.3) ) ( 2 2 1 1 2 1 1 1 P P c m c m dQ dT dT (14.4) 2 2 1 1 2 1 1 1 P P c m c m T T d dQ ) ( (14.5) Выразим dQ из основного уравнения теплопередачи, считая, что перенос теплоты на элементарном участке dA происходит при постоянных температурах теплоносителей. dA T T K dQ T ) ( 2 1 (14.6) Приравнивая dQ из ур. (14.5) и (14.6), получим dA T T K c m c m T T d dQ T P P ) ( ) ( 2 1 2 2 1 1 2 1 1 1 (14.7) dA c m c m K T T T T d P P T 2 2 1 1 2 1 2 1 1 1 ) ( (14.8) A P P T T T T T dA c m c m K T T T T d K K H H 0 2 2 1 1 2 1 2 1 1 1 2 1 2 1 ) ( (14.9) A c m c m K T T T T P P T к к н н 2 2 1 1 2 1 2 1 1 1 ln (14.10) 5 Запишем уравнение теплового баланса для всего теплообменника ) ( ) ( н к P к н P T T c m T T c m Q 2 2 2 2 1 1 1 1 , (14.11) отсюда получим (14.12) ΔТ б и ΔТ м - большая и меньшая, если сравнивать численно, разность температур на концах теплообменника. A Q T T K T T м б Т м б ) ( ln (14.13) или Ср T м б м б T T A K T T T T A K Q ln (14.14) тогда м б м б Ср T T T T T ln (14.15) ΔТ Ср - средняя разница температур в теплообменнике. ΔТ м < ΔТ Ср < ΔТ б Если рассмотреть движение теплоносителей в режиме противотока, то выражение для расчета средней движущей силы (средней разницы температур) получилось бы точно такое же, только при противотоке требуется определить и сравнить разницу температур на концах аппарата для выявления ΔТ б и ΔТ м . При прямотоке большая разница температур всегда будет на входе. Q T T Q T T T T Q T T Q T T c m c m м б к к н н н к к н P P ) ( ) ( ) ( 2 1 2 1 2 2 1 1 2 2 1 1 1 1 6 Рис. Профиль температур при противотоке Если ΔТ б /ΔТ м ≤ 2 то, с достаточной для инженерных расчетов точностью ΔТ Ср можно определять как среднее арифметическое между ΔТ б и ΔТ м. ΔТ Ср = (ΔТ б +ΔТ м )/2 . (14.16) Для остальных случаев движения теплоносителей в теплообменниках, те. для перекрестного и смешанного токов, среднюю разницу температур определяют, используя движущую силу при противотоке ΔТ Ср прот : ΔТ Ср смеш = ΔТ Ср прот · φ , (14.17) где φ -коэффициент, который зависит от степени изменения температур и конструкции теплообменника, φ < 1. Коэффициент φ является справочной величиной. Следует отметить, что средняя движущая сила при перекрестном или смешанном токе всегда будет ниже движущей силы при противотоке, но выше чем при прямотоке ΔТ Ср прямоток < ΔТ Ср смеш < ΔТ Ср противоток Движущая сила при различных видах теплопередачи. Влияние направления движения теплоносителей 1. Первый теплоноситель - насыщенный пар - конденсируется, второй кипит 7 Рис. Процесс кипение – конденсация движение теплоносителей в двухтрубном теплообменнике и соответствующий профиль температур 8 2. Первый теплоноситель - насыщенный пар - конденсируется, второй - нагревается Рис. Процесс конденсация пара – нагревание жидкости или газа движение теплоносителей в двухтрубном теплообменнике и соответствующий профиль температур 3. Первый теплоноситель охлаждается, второй – нагревается Рис. Процесс охлаждение – нагревание жидкостей или газов движение теплоносителей в двухтрубном теплообменнике и соответствующий профиль температур 9 Если температуры теплоносителей изменяются вдоль аппарата, то противоток обладает преимуществом по сравнению с прямотоком - При противотоке достигается бòльшая средняя разность температур при одних и тех же соответствующих начальных и конечных температурах теплоносителей - При противотоке холодный теплоноситель можно нагреть до более высоких температур, снизить его расход и затраты на его перемещение. 1 ЛЕКЦИЯ №15 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛИ Проведение многих технологических процессов, осуществляемых в химической промышленности, часто бывает связано с необходимостью подвода или отвода тепловой энергии. Для решения этой задачи применяют различные теплоносители, представляющие собой жидкие или газообразные вещества, отдающие тепловую энергию в теплообменных аппаратах (теплообменниках. Промежуточные теплоносители используются для транспортировки тепловой энергии от еѐ источников (печей, где теплота выделяется при сгорании топлива) к аппаратам, потребляющим тепловую энергию. ТЕПЛОНОСИТЕЛИ ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ На Рис 15.1 приведены основные теплоносители, а также их рабочий температурный интервал. Самые высокие температуры имеют газообразные теплоносители(дымовые газы. Второй класс теплоносителей составляют пары жидкостей, которые в процессе теплообмена конденсируются (водяной пар, пары высококипящих органических жидкостей, пары металлов лития, калия, кадмия и ртути. Третий класс теплоносителей – это жидкие теплоносители вода (в том числе перегретая и находящаяся под давлением высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ, представляющие собой органические жидкости с высокими температурами кипения (этиленгликоль, глицерин, нафталин и его производные, дифенил и его производные) и их смеси (например, дифенильная смесь минеральные масла ионные теплоносители, представляющие собой расплавы солей (например, нитрит-нитратная смесь кремнийорганические жидкости жидкометаллические теплоносители (ртуть, расплавы щелочных и щелочноземельных металлов, расплавы свинца, висмута, кадмия, сурьмы, олова). Также для нагревания сред возможно применять электрический ток. Аппараты для нагрева электрическим током обладают многочисленными преимуществами наиболее компактны из всех теплообменников, имеют широкий интервал температур нагрева, им присуща легкость регулировки и контроля. Однако стоимость единицы тепловой энергии, полученной при нагреве электрическим током, в несколько раз выше стоимости единицы тепловой энергии, полученной при сжигании топлива. Поэтому на химических предприятиях, где есть возможность получать тепловую энергию от тепловых станций, нагрев электрическим током не применяют. Используют его лишь на малотоннажных установках, там, где нет подведѐнных линий паропроводов. 2 Рис. Рабочие интервалы температур теплоносителей и нагрева электрическим током. Дымовые газы Основным источником тепловой энергии на химических предприятиях служат печи, где производится сжигание топлива (природного газа, каменного угля, мазута и т.д.) Рис. Продуктом работы печей является тепловая энергия, которая служит для нагревания промежуточного теплоносителя в радиационной зоне печи. Образующиеся дымовые газы (смесь продуктов сгорания топлива с воздухом) либо отдают теплоту в конвективной зоне печи, либо направляются к потребителям. Из-за трудностей транспортировки дымовых газов (больших тепловых потерь) потребляющие тепловую энергию дымовых газов аппараты размещают рядом с печами. Рис. Схема трубчатой печи 1 – удаление шлака 2 – воздух 3 – факел сгорающего топлива радиационная зона печи 5 – трубчатка радиационной зоны печи 6 – дымовые газы 7 – конвективная зона печи 8 – трубчатка конвективной зоны печи 9 – отработанные газы 3 Достоинства дымовых газов как теплоносителей 1) Наиболее высокий из всех теплоносителей рабочий интервал температур (для печных и топочных дымовых газов 400÷1 000 С, для отработанных газов 300÷500 С. 2) Относительно низкая стоимость, благодаря получению непосредственно сжиганием топлива. Недостатки дымовых газов как теплоносителей 1) Малая удельная объѐмная теплоѐмкость (около 1,5 кДж/(м 3 ·К)), что вызывает необходимость пропускания через аппараты больших объѐмов газов. 2) Низкие коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке (менее 50 Вт/(м 2 ·К)), что приводит к необходимости создания в аппаратах больших поверхностей теплоотдачи. 3) Неравномерность нагрева и сложность регулирования нагрева из-за значительного изменения температуры дымовых газов в процессе теплообмена. 4) Загрязнение поверхности теплопередачи продуктами сгорания 5) Коррозия стенок аппарата вследствие высоких температур и содержания коррози- онно-активных веществ (воды, остатков кислорода, оксидов серы и азота) в дымовых газах. 6) Экологическая опасность (загрязнение атмосферы продуктами сгорания топлива оксидами азота, серы и фосфора, а также выброс в атмосферу парниковых газов. Область применения Дымовые газы, получаемые при сжигании твѐрдого, жидкого или газообразного топлива основной источник тепловой энергии на химических предприятиях. Другие теплоносители, являющиеся промежуточными теплоносителями (такие как водяной пар, горячая вода, ВОТ и др, получают тепловую энергию от дымовых газов. |