Тема 4.4: Розрахунок поверхні теплообмінника та затрат

Мета заняття: Ознайомитись з методикою визначення середньої різниці температур теплообмінних середовищ, навчитись розраховувати площу теплообмінного апарату.

Навчальні цілі:

Знати: Фізичну суть теплових процесів. Будову, принцип дії теплообмінної апаратури.

Вміти: Підібрати теплообмінник за заданими вихідними умовами. Література для самопідготовки: Л-1, ст. 131-134.

Хід заняття:

Теоретичні відомості:

Щоб підібрати теплообмінний апарат заданої продуктивності, необхідно розрахувати його площу, а по ній визначити геометричні розміри

1. Поверхню теплопередачі F у теплообмінниках розраховують за основним рівнянням теплопередачі:

З нього:

де: Q— кількість теплоти, яка передається:

F - площа теплопередачі: м²;

- середня різниця між температурами теплоносія і середовища (середній температурний напір): °с;

k - коефіцієнт теплопередачі (табличні дані) Поверхня теплопередачі залежить від напрямку руху теплоносія і середовища вздовж поверхні теплообміну.

Рух робочих середовищ може бути прямотечійним (в одному напрямку) і протитечійним (в протилежні напрямки).

2. Визначення середньої різниці температур Δt

а) При прямотечійному русі:

На рисунку зображений найпростіший теплообмінник типу "труба в трубі". В ньому робочі середовища (пара і вода) рухаються в одному напрямку. Як визначити

1. Будуємо систему координат .

2. На осі і° відкладаємо початкові температури води і пари

3. Протягом певного часу τ проходить теплообмін. Проведемо лінію паралельну вісі t , нанесемо на ній кінцеві значення температур води і пари

4. З'єднаємо початкові і кінцеві значення температур кожного середовища (води з водою, пари з парою), при цьому вказуємо напрямок руху кожного середовища стрілками

5. Знаходимо різниці початкових і кінцевих температур: - більшу, - меншу.

b) При протитечійному русі.

В цьому разі:

Якщо відношення , то середню різницю температур знаходимо, як середнє арифметичне:

Якщо , то середню різницю температур

визначаємо, як середнє логарифмічне:

3. Затрати тепла можна визначити:

де: с - питома теплоємність носія: ^Дж/_кг.◦_С

т - кількість холодного середовища (матеріалу): ^кг/_сек;

t_п t_к- початкова і кінцева температури холодного середовища: .◦_С

Визначаємо поверхню теплопередачі:

а) для прямотечійного руху:

,

б) для протитечійного руху:

,

Після проведених розрахунків, необхідно зробити висновок - теплообмінник з якою поверхнею (протитечійний рух чи прямотечійний) є більш економічно вигідним.

Індивідуальне завдання.

В теплообмінному апараті охолоджуються жирні кислоти конденсатом. Кількість жирних кислот 206 + №. теплоємність жирних кислот 2,3 ^кДж/_кг.◦_С, початкова температура жирних кислот 200 + №, °С, кінцева - 120 °С - №, °С. Початкова температура конденсату 65 °С, кінцева - 95 °С. Коефіцієнт теплопередачі 300 ^вт/_м².◦_С Знайти площу теплопередачі при прямотечійному та протитечійному рухах.

Контрольні питання:

3. При яких умовах може відбуватись тепловий процес?

4. Як може передаватись тепло від одного тіла другому?

5. Головне рівняння теплопередачі.

6. Як визначити кількість тепла при нагріванні, охолодженні, випарюванні?

7. Дати характеристику процесам стерилізації, конденсації.

8. Охарактеризувати будову, принцип дії кожухотрубних підігрівачів, змійовикового підігрівача, підігрівача типу "труба в трубі".

9. Чим відрізняються процеси випарювання і випаровування?

10. Що таке самовипаровування?

11. Як впливає вакуум на температуру кипіння розчинів?

12. Яка пара називається вторинною?

Висновки:

Оцінка ________

“______” ______________ 20___р _____________

Практичне заняття №5.