Реферат на тему: Процессы теплопередачи при рафинировании хрома. теплопередача. Процессы теплопередачи при рафинировании хрома

• Название: Процессы теплопередачи при рафинировании хрома
• Анкор: Реферат на тему: Процессы теплопередачи при рафинировании хрома
• Дата: 28.11.2021
• Размер: 0.66 Mb.
• Имя файла: теплопередача.docx
• Тип: Реферат; #284747
• страница: 5 из 5

Тепловое излучение

Как известно, носителями лучистой энергии является электромагнитные колебания с длиной волны от малых долей микрона до многих километров. В зависимости от диапазона длин волн такие излучения известны под разными названиями: рентгеновские, ультрафиолетовые, световые, инфракрасные лучи, радиоволны. Примерная классификация их представлена в таблице 4.

Таблица 5

Длина волны	Вид излучения
0,05·10-6 мкм	Космическое
(05÷1,0)·10-6мкм	– излучение
10-6 - 20·10-3мкм	Рентгеновское
20·10-3 – 0,4 мкм	Ультрафиолетовое
0,4 – 0,8 мкм	Видимое
0,8мкм – 0,8 мм	Тепловое (инфракрасное)
0,2мм – Х км	Радиоволны

Это деление сложилось исторически: в действительности какой-либо резкой границы по длинам волн не существует.

С квантовой точки зрения лучистый поток представляет собой поток некоторых частиц-фотонов, энергия которых равна hv, где h = 6,62·10^-34 Дж·с – постоянная Планка и v – частота колебаний эквивалентного электромагнитного поля. Напомним, что длина волны связана с частотой колебаний vсоотношением v = c, где c – скорость распространения колебаний (в вакууме с = 3·10⁸ м/с).

Для нас в данной работе наибольший интерес представляют те лучи, возникновение которых определяется только температурой и оптическими свойствами излучающего тела. Такими свойствами обладают световые и инфракрасные лучи, т.е. лучи с длиной волны приблизительно от 0,5 до 800 мкм. Эти лучи и называют тепловыми, а процесс их распространения – тепловым излучением.

Природа тепловых и световых излучений одна и та же. Разница между ними лишь в длине волны; световые лучи имеют длину волны 0,4-0,8, а тепловые 0,8-800 мкм. Законы же распространения, отражения и преломления, установленные для световых лучей, справедливы и для тепловых. Поэтому, чтобы лучше себе представить какие-либо сложные явления теплового излучения, всегда закономерно проводить аналогию со световым излучением, которое нам больше известно и доступно непосредственному наблюдению.

Тепловое излучение свойственно всем телам, и каждое из них излучает энергию в окружающее пространство. При попадании на другие тела эта энергию частью поглощается, частью отражается и частью проходит сквозь тело. Та часть лучистой энергии, которая поглощается телом, снова превращается в тепловую. Та часть энергии, которая отражается, попадает на другие (окружающие) тела и ими поглощается. То же самое происходит и с той частью энергии, которая проходит сквозь тело. Таким образом, после ряда поглощений энергия излучения полностью распределяется между окружающими телами. Следовательно, каждое тело не только непрерывно излучает, но и непрерывно поглощает лучистую энергию.

В результате этих явлений, связанных с двойным взаимным превращением энергии (тепловая – лучистая – тепловая), и осуществляется процесс лучистого теплообмена. Количество отдаваемой или воспринимаемой теплоты определяется разностью между количествами излучаемой и поглощаемой телом лучистой энергии. Такая разность отлична от нуля, если температура тел, участвующих во взаимном обмене лучистой энергией, различна.

При одинаковой температуре этих тел вся система находится в так называемом подвижном тепловом или термодинамическом равновесии. В этом случае все тела системы также излучают и поглощают, только для каждого из них приход лучистой энергии равен ее расходу.

Виды лучистых потоков. Суммарное излучение, проходящее через произвольную поверхность Fв единицу времени, называется потоком излучения Q, Вт. Лучистый поток, испускаемый с единицы поверхности по всем направлениям полусферического пространства, называется плотностью потока излучения Е, Вт/м²:

E = dQ / dF.

Поток излучения и плотность потока излучения содержат лучи различных длин волн, поэтому эти характеристики излучения также называются интегральными. Излучение, соответствующее узкому интервалу изменения длин волн от до + d , называется монохроматическим.



Рисунок 12.
Пусть из всего количества энергии Q₀, падающей на тело, часть Q_A поглощается, часть Q_R отражается и часть Q_D проходит сквозь тело (рисунок 12), так что

Q_A+ Q_R + Q_D = Q₀.

Деля обе части этого равенства на Q₀, получаем:

Q_A/ Q₀ + Q_R / Q₀ + Q_D / Q₀ = 1 (а)

Первый член соотношения (а) характеризует собой поглощательную способность А, второй – отражательную способность R и третий – пропускательную способность тела D. Все эти величины имеют нулевую размерность и изменяются лишь в пределах от 0 до 1.

Если А = 1, то R = 0 и D = 0; это означает, что вся падающая лучистая энергия полностью поглощается телом. Такие тела называются абсолютно черными.

Если R = 1, то А = 0 и D = 0; это означает, что вся падающая лучистая энергия полностью отражается. При этом если отражение правильное, тела называются зеркальными; если же отражение диффузное – абсолютно белыми.

Если D = 1, то А = 0 и R = 0; это означает, что вся падающая лучистая энергия полностью проходит сквозь тело. Такие тела называются прозрачными или диатермичными.

Абсолютно черных, белых и прозрачных тел в природе нет; в применении к реальным телам эти понятия условны. Значения A, R, и Dзависят от природы тела, его температуры и спектра падающего излучения. Например, воздух для тепловых лучей прозрачен, но при наличии в нем водяных паров или углекислоты он становится полупрозрачным.

Твердые тела и некоторые жидкости (например: вода или спирты) для тепловых лучей практически непрозрачны (атермичны), т.е. D = 0, в этом случае:

A + R = 1 (б)

Из соотношения (б) следует, что если тело хорошо отражает лучистую энергию, то оно плохо поглощает, и наоборот.

Вместе с этим имеются тела, которые прозрачны лишь для определенных длин волн. Так, например, кварц для тепловых лучей непрозрачен, а для световых и ультрафиолетовых прозрачен. Каменная соль, наоборот, прозрачна для тепловых и непрозрачна для ультрафиолетовых лучей. Оконное стекло прозрачно только для световых лучей, а для ультрафиолетовых оно почти непрозрачно.⁶

То же относится и к понятиям поглощения и отражения. Белая по цвету поверхность хорошо отражает лишь световые лучи. В жизни это свойство широко используется: белые летние костюмы, белая окраска вагонов-ледников, цистерн и других сооружений, где инсоляция нежелательна. Невидимые же тепловые лучи белые ткань и краска поглощают так же хорошо, как и темные. Для поглощения и отражения тепловых лучей более значение имеет не цвет, а состояние поверхности. Независимо от цвета отражательная способность гладких и полированных поверхностей во много раз выше, чем шероховатых. Для увеличения поглощательной способности тел их поверхность покрывается темной шероховатой краской. Дл этой цели обычно применяется нефтяная сажа. Но и сажа поглощает всего лишь 90-96% падающей лучистой энергии, это еще не абсолютно черное тело. Такого тела в природе нет, но его можно создать искусственно. Свойством абсолютно черного тела обладает отверстие в стенке полого тела. Для этого отверстия А = 1 , ибо можно считать, что энергия луча, попадающего в это отверстие, полностью поглощается внутри полого тела. В дальнейшем все величины, относящиеся к абсолютно черному телу, мы будем отмечать индексом 0.

Заключение

В данной работе мы ознакомились с химическими и физическими свойствами электролитического рафинированного хрома. А также с протекающими процессами теплопередачи и теплообмена при рафинировании электролитического хрома и получения марки ЭРХ-1 с низким содержанием газообразующих примесей.

Был изучен процесс получения электролитического хрома путем электролиза с использованием хромового ангидрида. Представлен оптимальный температурный режим для получения наибольшей производительности электролиза. Способ получения электролитического хрома непрерывным методом включает получение питающего раствора, близкого к насыщенному, с мольным соотношением содержащихся в нем сульфатов хрома и сульфата аммония, близким к эквимолярному, подачу его в катодное пространство диафрагменного электролизера, проведение электролиза с получением отработанных католита и анолита. Суммарное уравнение химической реакции имеет вид:

CrO₃ + H₂O →Cr₀ + H₂↑ + 2O₂↑

При изучении этапа рафинирования электролитического хрома были рассмотрены химические отличия хрома марки ЭХ и хрома марки ЭРХ-1, основное оборудование печь сопротивления ОКБ-766, а также протекающие процессы теплопередачи. Изучены параметры обработки хрома при температуре от 1450 до 1500°С и времени обработки 12 часов.

Исследуя процессы теплопередачи и теплообмена, были выведены и изучены следующие понятия:

Теплопроводностью называют перенос теплоты (или внутренней энергии) при непосредственном соприкосновении тел (или частей одного тела) с различной температурой.

Тепловым излучением называется явление переноса теплоты в виде электромагнитных волн с двойным взаимным превращением – тепловой энергии в лучистую и обратно.

Основной закон теплопроводности гласит – если в твердом теле, неподвижной жидкости или газе температура в различных точках неодинакова, то, как показывает опыт, теплота самопроизвольно переносится от участков тела с более высокой температурой к участкам с более низкой температурой. Такой процесс называется теплопроводностью.

Процесс теплопроводности неразрывно связан с распределением температуры внутри тела. Поэтому при его изучении прежде всего необходимо установить понятия температурного поля и градиента температуры.

Температурное поле. Температура, как известно, характеризует тепловое состояние тела и определяет степень его нагретости. Так как тепловое состояние отдельных частей тела в процессе теплопроводности различно, то в общем случае температура t является функцией координат x, y, zи времени τ, т.е. t = ƒ (x, y, z, τ).

Градиент температур. При любом температурном поле в теле всегда имеются точки с одинаковой температурой. Геометрическое место таких точек образует изотермическую поверхность. Так как в одной и той же точке пространства одновременно не может быть двух различных температур, то изотермические поверхности друг с другом не пересекаются; все они или замыкаются на себя, или кончаются на границах тела.

Тепловой поток. Теплота самопроизвольно переносится в сторону убывания температуры. Количество теплоты, переносимое через какую-либо изотермическую поверхность в единицу времени, называется тепловым потоком Q. Тепловой поток, отнесенный к единице площади изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока q.

Закон Фурье. Изучая процесс теплопроводности в твердых телах, Фурье экспериментально установил, что количество переданной теплоты пропорционально падению температуры, времени и площади сечения, перпендикулярного направлению распространения теплоты. Если количество переданной теплоты отнести к единице площади сечения и единице времени, то установленную зависимость можно записать:

.

Выше представленное уравнение является математическим выражением основного закона теплопроводности – закона Фурье. Этот закон лежит в основе всех теоретических и экспериментальных исследований процессов теплопроводности.

Был рассмотрен пример процесса теплопередачи плоской стенки, а также цилиндрической стенки (тигля).

Тепловое излучение. Носителями лучистой энергии является электромагнитные колебания с длиной волны от малых долей микрона до многих километров. В зависимости от диапазона длин волн такие излучения известны под разными названиями: рентгеновские, ультрафиолетовые, световые, инфракрасные лучи, радиоволны.

Для нас в данной работе наибольший интерес представляют те лучи, возникновение которых определяется только температурой и оптическими свойствами излучающего тела. Такими свойствами обладают световые и инфракрасные лучи, т.е. лучи с длиной волны приблизительно от 0,5 до 800 мкм. Эти лучи и называют тепловыми, а процесс их распространения – тепловым излучением.

Список литературы:

1. 
   Н.Л. Глинка. Общая химия., 1965. 630с.
   
2. 
   М.А. Михеев., И.М. Михеева. Основы теплопередачи., 1977. 344с.
   
3. 
   В.И. Ляшков. Теоретические основы теплотехники., 2005. 171с.
   
4. 
   В.Ф. Леонова. Термодинамика., 1968. 158с.
   
5. 
   К.Б. Кондуков. Краткий курс термодинамики., 1973. 248с.
   

1^ Н.Л. Глинка. Общая химия., 1965. 630 с.

2^ М.А. Михеев., И.М. Михеева. Основы теплопередачи., 1977. 25с.

3^ В.Ф. Леонова. Термодинамика., 1968. 94с.

4^ К.Б. Кондуков. Краткий курс термодинамики., 1973. 188с.

5^ М.А. Михеев., И.М. Михеева. Основы теплопередачи., 1977. 250с.

6^ В.И. Ляшков. Теоретические основы теплотехники., 2005. 162с.