Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Составление теплового баланса





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Производственные процессы протекают при заданных темпера­турных условиях, причем температура проведения процесса может быть как выше, так и ниже температуры окружающей среды. В основе уравнения теплового баланса любого процесса или аппарата положен закон сохранения энергии, согласно которому количество теплоты ΣQ', поступающей в данный процесс (если в нем нет превращения в другой вид энергии), равно количеству теплоты, выделившейся в про­цессе ΣQ". Если все тепло или часть его превращается в другой вид энергии, например, в механическую работу или работу электрического тока, то эта работа должна входить в одно из значений ΣQ. В наиболее общем виде уравнение теплового баланса можно представить следую­щим образом:

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5,

где Q1 - теплота входящих в аппарат веществ, кДж (ккал);

Q2 - теплота физических и химических превращений, проте­кающих в данном аппарате, кДж (ккал);

Q3 - теплота, необходимая для нагревания аппарата, в котором протекает процесс, кДж (ккал) (сумма этих трех статей теплового баланса составляет приход тепла);

Q4 - теплота выходящих из аппарата продуктов, кДж (ккал);

Q5 - потери тепла в окружающую среду, кДж (ккал) (сумма этих статей дает расход тепла).

Величина Q2 может входить в расход тепла, если она является отрицательной.

Подсчет каждой из указанных величин является одной из глав­ных задач при расчете технологического процесса и аппаратуры.

Теплота входящих в аппарат веществ

Q1 подсчитывается по уравнению:

где MS - количество веществ, входящих в аппарат, кг, м3, или моль (берется из данных материального баланса);

i - теплосодержание веществ при данной температуре;

- средняя теплоемкость веществ при температуре их поступле­ния в аппарат;

t - температура веществ при поступлении их в аппарат.

Величина средней теплоемкости ( ) должна быть взята или под­считана в соответствии с величиной MS: если MS взято в килограм­мах, то следует взять в кДж/кг (ккал/кг); если MS взято в м3, то - в Дж/м3 (ккал/м3) и т.д.

Значение теплоемкости для большинства веществ зависит от их температуры и давления, а в случае газов оно зависит также и от того, протекает ли данный процесс при постоянном объеме или при посто­янном давлении. В большинстве случаев приходится иметь дело не с чистыми веществами, а с их смесями. Теплоемкость и теплосодержание смесей обычно неизвестны, так как в специальных таблицах приводят­ся теплоемкости и теплосодержание только для чистых веществ. Поэтому в случае подсчета величины Q1 для смесей, состоящих из нескольких компонентов, формула принимает следующий вид:

или

или

или

где - количество каждого компонента в отдельности;

- общее их количество, которое равно:

m1, m2, m3,… - доля каждого компонента в единице объема или веса всей их смеси;

- соответствующие средние теплоемкости;

i1, i2, i3,… - соответствующие теплосодержания.

 

Теплота химических и физических превращений

Эта величина включает или теплоту протекающих химических реакций, или теплоту превращения веществ из одного агрегатного со­стояния в другое (например, из жидкости в пар или твердое тело), или теплоту растворения и т.д., или же и то и другое одновременно. Значе­ния тепловых величин (тепловой эффект реакции, теплоты парообра­зования и т.д.) всегда берутся из таблиц и диаграмм, где они даются в калориях для определенных условий и отнесены к определенному ко­личеству вещества. Эти табличные данные часто приходится пересчи­тывать для тех условий работы (температуры и давления), при кото­рых будет работать рассчитываемый аппарат. Величины, входящие в значение Q2, могут быть положительны и отрицательны.

Положительные значения этих величин следует относить к при­ходу тепла, отрицательные - к расходу.

Теплоту химических реакций, выражающуюся количеством тепла, которое выделяется или поглощается при их протекании, опре­деляют чаще всего с помощью закона Гесса, математическая интерпре­тация которого приводит к простому равенству:

где qp – теплота реакции, кДж/моль (ккал/моль);

Σqk – сумма теплот образования из элементов, образовавшихся в результате химического взаимодействия, кДж/моль;

Σqn – сумма теплот образования из элементов соединений, вступающих в химическое взаимодействие, кДж/моль.

Таким образом, вычисление теплот химических реакций сводится к простым арифметическим действиям, если только известны теплоты образования из элементов соединений, вступающих в реакцию и образующихся в результате ее.

К теплотам физических и физико-химических процессов, с кото­рыми приходится иметь дело при расчетах химической аппаратуры, следует отнести: теплоту испарения, теплоту плавления, теплоту гид­ратации, теплоту растворения и теплоту разведения (разбавления). Значения величин теплот физических превращений берут, как правило, из справочников. Эти данные для большого числа процессов можно найти в таблицах и номограммах [4].

Теплота, подающаяся к аппарату извне

Эта величина подсчитывается в зависимости от конкретных условий, т.е. от того, что именно и в каком виде является носителем тепловой энергии.

Количество тепла, необходимое для нагревания отдельных частей аппарата, определяется по формуле:

где G – масса отдельных частей аппаратов, кг;

с – теплоемкости отдельных частей аппарата, кДж/кг·К;

- средняя температура отдельных частей аппарата в конце нагревания, ºС;

- начальная температура отдельных частей аппарата, ºС.

Теплота уходящих из аппарата продуктов

Подсчитывается совершенно так же, как и количество теплоты Q1.

Тепловые потери в окружающую среду

Вызываются теплопроводностью стенок аппарата, переходом тепловой энергии в лучистую и конвекцией. В основе подсчетов вели­чины Q5 лежат законы теплопередачи. В большинстве случаев основ­ные потери тепла происходят за счет теплопроводности стенок аппара­та. Эти потери рассчитываются по уравнению:

- в случае плоских стенок:

- в случае цилиндрических стенок:

где Δt - разность температур между внутренней t1 и внешней t2 стенками аппарата Δt = t1 – t2;

F - поверхность стенки, м2;

ρ - толщина стенки, м;

L - длина стенки цилиндра, м;

ri - внутренний радиус стенки цилиндра, м;

ra - внешний радиус стенки цилиндра, м;

τ - время, ч;

λ – коэффициент теплопроводности материала стенки, ккал/ч·ºС.

Для твердых тел значение λ берут из таблиц; для жидкостей и газов коэффициент теплопроводности чаще всего рассчитывается по формулам:

- для жидкостей:

- для газов:

где γ - удельный вес жидкости;

С - средняя удельная теплоемкость жидкости;

- средние удельные теплоемкости газов при постоян­ных давлении и объеме;

М - молекулярный вес жидкости;

η - вязкость жидкости или газа в сантипуазах.

Следует отметить, что при составлении теплового баланса произ­водственных процессов иногда величиной Q5 задаются на основе прак­тических данных или же определяют ее как разность между суммой:

(Q1 + Q2 + Q3) и Q4.

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.