Министерство  по образованию и науки РФ

Бийский технологический институт ( филиал) государственного

 образовательного  учреждения

высшего и профессионального образования 

«Алтайский  государственный технический университет

им. И.И. Ползунова» (БТИ Алт ГТУ ) 

Кафедра ТГВ ПАХТ

ИРЗ №5

Тепловые  процессы 

Вариант 11

 
 

Выполнила:

студент гр. ХТПК - 81                                                                                   Бочкарёв А.В

Проверил:                                                                                                           Пазников Е. А

к.т.н., профессор

 
 
 
 
 

2011

Оглавление 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Введение

    Большинство процессов химической технологии протекает  в заданном направлении только при  определённой температуре, которая  достигается путём подвода или отвода тепловой энергии (теплоты). Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты (нагревание, охлаждение, испарение (или кипение), конденсация и др.), называют тепловыми. Движущей силой тепловых процессов является разность температур более нагретого и менее нагретого тела. Аппараты, в которых осуществляются тепловые процессы, называют теплообменниками.

    В химической аппаратуре происходят процессы охлаждения, испарения и конденсации.

    Исследования  показали, что перенос теплоты является сложным процессом, поэтому при изучении тепловых процессов его расчленяют на более простые явления. Различают три вида переноса теплоты: теплопроводность, тепловое излучение и конвекция.

    Явление теплопроводности состоит в том, что перенос теплоты происходит путём непосредственного соприкосновения между микрочастицами (молекулами, атомами, электронами) - от частиц с большей энергией к частицам с меньшей энергией, т.е. процесс переноса теплоты теплопроводностью протекает по молекулярному механизму.

    Явление теплового излучения – это процесс распространения энергии с помощью электромагнитных колебаний. Источником этих колебаний являются заряженные частицы – электроны и ионы, входящие в состав изучающего вещества.

    Явление конвекции состоит в том, что перенос теплоты осуществляется вследствие движения и перемешивания макроскопических объёмов жидкости или газа. При этом очень большое значение имеют состояние и характер движения жидкости или газа.

    Обычно  в теплообменниках происходит сочетание рассмотренных видов переноса теплоты, причём в разных частях аппарата это сочетание может происходить по-разному. Например, в паровом котле от топочных газов к поверхности кипятильных трубок теплота передаётся всеми видами переноса – тепловым излучением, конвекцией, теплопроводностью. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Условные  обозначения 

 
 
 

   Задание 
 

   Рассчитать  выпарную установку для выпаривания G = 1 кг/с водного раствора NaOH от начальной концентрации С_н = 10 % до С_к = 60%. Давление греющего пара Р_г.п.= 0,7 МПа. Давление в последнем корпусе Р = 0,01 МПа. Число корпусов в выпарной установке n = 1. 

                                                    Технологический расчет.

 

1 Производительность  установки по выпариваемой  воде W:

       

2 Полезная разность  температур Dt_пол: 

    По  давлению греющего пара в выпарной установке Р_г.п. и давлению в барометрическом конденсаторе Р_б определяется их температура t_г.п. t_б.  

t_г.п. = 165 ⁰С                                                                                                 [1, табл.LVII, стр.549]

t_п.к. = 45,4⁰С                                                                                                 [1, табл.LVII, стр.549]

Р_г.п. = 0,7 МПа = Па = 7,1 кгс/см²

Р_п.к. = 0,01 МПа = ⁶ Па = 0,0977 кгс/см² 

    Для определения температуры кипения  t_кип. раствора в аппарате необходимо определить величины температурных депрессий.

   Величина  гидродинамической депрессии принимается  равной =1...2⁰С Þ = 1⁰С

   Температура вторичного пара в выпарном аппарате: 

   t_в.п. = t_п.к. + ,   t_в.п. = 45,4+ 1 = 46,4⁰С

       

    Величиной давления вторичного пара Р_в.п. определяется по температуре t_в.п. , так как t_в.п = 45,4⁰С,

то Р_в.п = 0,0977 кгс/см² = 0,95 10⁴Па                                                            [1, табл.LVI, стр.548] 

    Гидростатическая  депрессия обусловлена разностью  давлений в среднем слое раствора и на его поверхности.

    Давление  в среднем слое кипящего раствора:

    

 

   ρ_р – плотность раствора при температуре кипения;

   ε –  паронаполнение раствора. При пузырьковом  кипении ε = 0,4-0,6

   Н – высота кипятильных труб. Н = 4м. 

    При давлении раствора в среднем слое Р_ср. определяется соответствующая температура кипения растворителя t_ср.

   t_ср. = 60С = 333К                                                                                     [1, табл.LVII, стр.549] 
 

    Гидростатическая  депрессия: 

                 

    Величина  температурной депрессии:

 

r_ср – удельная теплота испарения испарителя при температуре раствора в среднем слое t_ср;

r_ср = 2377,6   кДж/кг                                                                                                                           [1, табл.LVI, стр.548]

 

- температурная депрессия раствора при атмосферном давлении. 

    Определяется  сумма температурных депрессий: 

    .

          

   Температура кипения раствора в корпусе установки:

    . 

   Полезная  разность температур:

   

           
 
 

    3 Коэффициенты теплоотдачи 

     Определим коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося  водяного пара к стенкам труб:

                                                                                     [1, 4.49а, стр.161] 
 

        
 

     λ=1,17                                                                                                [номограмма XI, стр.562]

     ρ_H2O=1012 кг/м³                               

     r = 2036 кДж/кг  = 2036ּ10³ Дж/кг

     µ = 0,414ּ10^-3   Паּс

     ∆t = 5⁰С 

   Определим коэффициент теплоотдачи от стенки труб к кипящему раствору: 

                                                                                             [1, 4.52а, стр.161]

   

    

   А_t = 7490                                                                                                        [1, табл.4.6, стр.162]

     

   Находим значение коэффициента теплоотдачи: 

    

где - суммарное термическое сопротивление равное термическому сопротивлению стенки и накипи:

   d_нак. = 0,0002м, l_нак. = 2 Вт/м×К

   d_ст. = 0,002м, l_ст. = 46,5 Вт/м×К 

     

   4 Тепловое уравнение потока Q: 

   Уравнение теплового баланса колонны: 

     

   c – коэффициент, учитывающий теплопотери от полезной затраченной   теплоты;

   i_вп – энтальпия вторичного пара при давлении Р_вп;

   с_в – удельная теплоемкость воды при температуре t_н.

   Начальная температура раствора:

      

    где

   

   

   С = С_в(1-С_к)+С_NaOH×С_к=4190(1-0,6)+698×0,6=2095                                    [1, стр.238]   

     
 
 

   5 Поверхность теплообмена  выпарного аппарата  F: 

   Поверхность теплообмена выпарного аппарата определяется из основного уравнения теплопередачи: 

      
 

   6 Расход греющего пара G_г.п.: