Тепловой баланс теплообменного аппарата определяется выражением
Обновлено: 05.07.2024
Тепловой расчет начинается с определения тепловой нагрузки аппарата и расхода греющего или охлаждающего теплоносителя. Тепловой нагрузкой называется количество тепла, переданного от горячего теплоносителя к холодному. Очевидно, что
В зависимости от заданного процесса тепловые балансы имеют различный вид.
Уравнение теплового баланса в общем виде можно записать в виде равенства
Для холодильников
Для подогревателей
Для испарителей
Для конденсаторов
Для холодильников
Согласно уравнениям (9.3) и (9.4) , . Тогда
где –расход горячего теплоносителя, кг/с; c– средняя удельная теплоемкость горячего теплоносителя, Дж/(кг град); (для газа c = cр ); t1 и t2 – начальная и конечная температуры горячего теплоносителя, град; –расход охлаждающей воды, кг/с; cв –средняя удельная теплоемкость охлаждающей воды, Дж/(кг град); и –температура охлаждающей воды на выходе из аппарата и на входе в аппарат, град.
Из уравнения теплового баланса
определяется расход охлаждающей воды (кг/с):
Для подогревателей
Нагрев одного из теплоносителей происходит за счет конденсации греющего водяного насыщенного пара:
где Д– расход греющего пара, кг/с; i1 – теплосодержание (или энтальпия) греющего пара (находится из таблиц насыщенного водяного пара), Дж/кг; теплосодержание конденсата, Дж/кг; – расход нагреваемого вещества, кг/с; c– удельная теплоемкость нагреваемого вещества, Дж/(кг град); и – начальная и конечная температуры вещества, град.
Уравнение теплового баланса
где – потери тепла от стенок аппаратов в окружающую среду, Вт.
Из практики известно, что потери тепла составляют 2 - 3 % от подведенного тепла и учитываются коэффициентом h = 0,97 - 0,98:
Тогда расход греющего пара (кг/с)
Для испарителей
Нагрев холодного теплоносителя производится с изменением его агрегатного состояния, т.е. жидкость переходит в пар, в то же время горячий теплоноситель (например, насыщенный пар), отдавая тепло также изменяет агрегатное состояние – конденсируется:
где Q1 – тепло, израсходованное для нагрева холодного тепло– носителя до температуры кипения, Вт; Q2 – тепло, затраченное для испарения кипящей жидкости, Вт.
где G – расход холодного теплоносителя, кг/с; с– удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг град), – температура кипения холодного теплоносителя, град; t1 – начальная температура холодного теплоносителя, град; r – скрытая теплота парообразования теплоносителя, Дж/кг.
Уравнение теплового баланса
Расход греющего пара (кг/с)
Для конденсаторов
В этих аппаратах происходит процесс охлаждения горячего теплоносителя с изменением агрегатного состояния. Например, технологическое вещество (пары этилового спирта), охлаждаясь конденсируются и жидкий этиловый спирт выходит с заданной температурой t2 . Тепло от горячего теплоносителя чаще всего отводится холодной водой:
где Q1 – тепло, выделяющееся при охлаждении перегретых паров от до насыщенного состояния , Вт; Q2 – тепло, выделяющееся при конденсации насыщенного пара, Вт; Q3 – тепло, выделяющееся при охлаждении горячей жидкости от до заданной температуры t2 , Вт; W– расход охлаждающей воды, кг/с; – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг град).
где G– расход горячего теплоносителя, кг/с; – удельная теплоемкость при постоянном давлении для перегретого пара, Дж/(кг град); r– скрытая теплота конденсации горячего теплоносителя, Дж/кг; c– удельная теплоемкость горячего теплоносителя Дж/(кг град). Уравнение теплового баланса:
Если охлаждающая вода попадает в межтрубное пространство и внешние стенки аппарата имеют температуру, мало отличающуюся от температуры окружающей среды, то тепловые потери ничтожно малы и их не учитывают.
Из уравнения (9.19) определяем расход охлаждающей воды (кг/с):
Если в процессе теплообмена есть дополнительные условия, осложняющие процесс, например, дополнительный приход или расход тепла за счет химической реакции или превращения вещества, то их нужно учесть в тепловом балансе.
Читайте также: