18.4.Движущая сила тепловых процессов. Характер изменения температур различных сред при прямоточном и противоточном движении вдоль поверхности теплообмена.
Движущей силой тепловых процессов является разница температуры. Чем больше разница температур, тем быстрее идёт процесс теплообмена. Скорость теплового процесса можно описать как
Uп.т.=K* Δt/R
При расчёте процессов теплообмена и тепловых аппаратов необходимо знать величину Δt. Однако в процессе теплообмена температура сред меняется следовательно изменяется и величина Δt, которая зависит от направления относительного движения теплоносителя и нагревая материалов и их свойств.
Движение может быть прямоточным и противоточным. В некоторых случаях движение потока может быть перекрёстным, характер изменения температуры различных сред, при прямоточном и противоточном движении вдоль поверхности теплообмена проследим на рисунке.
Средний температурный напор Δtm при прямотоке и противотоке определяется как средняя логарифмическая разностьтемператур по формуле:
Δtm=Δt’-Δt”/(ln Δt’/ Δt”) или Δtm=Δt’-Δt”/(2,3 lg Δt’/ Δt”)
где - Δt’ – наибольшая разность температур между теплоносителями
Δt” – наименьшая разность температур между теплоносителями
Если температура теплоносителя изменяется незначительно Δt”/ Δt’>=0.5, то
Δtm=0,5*( Δt’+ Δt”)
Характер изменения температуры теплоносителя вдель поверхности теплообмена, зависит от соотношения между водяными эквивалентами.
18.5.Теплообменные аппараты. Классификация по принципу действия, по назначению и по режиму работы. Принципиальные схемы.
Теплообменные аппараты классифицируют:
1)по режиму работы: непрерывные и периодические
2)по назначению определённого технологического передела: тепловлажностные, сушильные, печные и плавильные
3)по принципу действия: смесительные, рекуперативные и регенеративные
В смесительных аппаратах теплоотдача осуществляется при непосредственном соприкосновении с нагреваемой средой.
В рекуперативных аппаратах тепло от горячего теплоносителя к обрабатываемой среде передаётся через разделяющую их стенку.
печь или сушилка с кипящи слоем камерная печь или сушилка
(смесительный аппарат) (рекуперативный аппарат)
туннельная печь шахтная печь
кассетная установка бункер для подогрева заполнителей бетона
19.Массообменные процессы: сушка
Сушка – комплекс явлений, связанных с тепло- и массообменном между материалом и окружающей средой, в результате чего происходит перемещение влаги из внутренней части изделия на поверхность и её испарение.
Характер изменения физико-химических свойств материала при сушке определяется количеством влаги в материале, формами её связи с материалом и режимами сушки.
По предложению Ребиндера в настоящее время общепринятой является энергетическая классификация форм связи влаги с материалом. По этой классификации все формы связи делятся на 3 группы:
1) химическая связь влаги с материалом;
2) физико-химическая связь;
3) физико-механическая связь.
Химически связанная влага входит в состав молекул в точных количественных соотношениях. Эта влага входит в состав кристаллической решётки материала. Она удаляется из кристаллической решётки только при высоких температурах. Она требует наибольшего количества энергии для разрушения связи с материалом по сравнению с другими видами связи.
Влагу, связанную с материалом физико-химическим способом, подразделяют на адсорбционно- и осмотически связанную. Эту влагу можно удалить при t<100 0C.
Физико-химическая связь материала присуща влаге, заполняющей макро- (r>10-5 см) и микро- (r<10-5 см) капилляры, а также смачивания и структурной влаге, захваченной механически при гелеобразовании. Эта влага удерживается в материале за счёт непрочных сил поверхностного натяжения и капиллярного давления.
Связь нарушается даже при воздушном хранении материала из-за разности парциального давления пара на поверхности материала.
Влагу, связанную с материалом физико-химическими силами, называют свободной, а две другие – связанными. В капиллярно-пористых преобладает микро- и макрокапиллярная влага, которая легко удаляется при сушке без существенного изменения объёма материала. В коллоидно-капиллярных пористых материалах создаётся осмотическая и капиллярная влага.
Материал имеет значительную усадку при сушке и набухает при увлажнении. При сушке из материала удаляется физико-химическая и физико-механическая влага. Химически связанная влага в процессе сушки не удаляется.