Основн. тепломассообмен. процессы и оборудование

Тепломассообме́н — дисциплина изучающая закономерности процессов теплообмена сопровождающихся переносом вещества, то есть, массообменом.

Основные тепломассообменные процессы: нагревание, охлаждение, испарение, конденсация, выпаривание, сублимация, плавление, сушка, разделение, ректификация, дистилляция.

Тепломассообменные аппараты -устройства, в которых осуществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому или от одних теплоносителей к другим.

Тепломассообменные установки классифицируются:

— по принципу действия (смесительные и поверхностные (рекуперативные и регенеративные));

— по назначению (нагревательные, охладительные, конденсационные, выпарные, ректификационные).

В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешивании горячего и холодного теплоносителей. Типичным примером таких теплообменников являются градирни тепловых электростанций.

В аппаратах поверхностного типа теплоносители разделены стенками, исполняющими роль промежуточного теплоносителя.

В рекуперативных теплообменниках горячая н холодная среда протекают одновременно и теплота передается через разделяющую их стенку (котлы, подогреватели, испарители, конденсаторы н др.). В регенеративных теплообменниках одна и та же поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается то горячим, то холодным теплоносителем.

В период контакта стенкн с горячим теплоносителем стенка нагревается, а в период подачн холодной среды охлаждается, нагревая среду за счет аккумулированной теплоты. К таким аппаратам относятся воздухоподогреватели газотурбинных установок, мартеновских и доменных печей

Теплоноситель

Среды, принимающие участие в теплопередаче, называются теплоносителями. Наиболее распространенные теплоносители – водяной пар, вода, иные жидкости и их пары, дымовые газы, воздух.

Выбор теплоносителя определяется рядом конкретных условий:

• назначением и характером теплового процесса (нагревание, охлаждение, испарение, конденсация и т.д.);

• конструкцией теплообменного аппарата;

• теплофизическими, химическими и эксплуатационными свойствами тепло- носителей;

• экономическими соображениями.

Теплоносители должны быть:

• химически стойкими в рабочем диапазоне температур и давлений;

• взрыво- и пожаробезопасными, не токсичными;

• удобно храниться, транспортироваться;

• достаточно доступными и дешевыми.

Основные теплофизические свойства теплоносителей:

• температура

• плотность, ρ, кг/м3;

• теплоемкость, ср, кДж/(кг∙К) или с'р, кДж/(м3*К);

• теплопроводность, λ, Вт/(м∙К) (влияет на коэффициент теплоотдачи тепло- носителя α, чем выше λ, тем больше α;

• теплота фазового перехода (парообразования, конденсации), r, кДж/кг (име- ет большое значение при теплообмене с фазовыми превращениями (кипение, конденсация), чем выше r, тем меньше расход теплоносителя);

• температура насыщения (кипения), ts, оС

Рекуперативные ТОА

Рекуперати́вный теплообме́нник — теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся навстречу друг другу по каналам, расположенным параллельно. При взаимодействии теплоносителей происходит теплообмен, в ходе которого охлаждающая среда нагревается до температуры нагревающей среды, а последняя охлаждается до температуры охлаждающей среды.

В свою очередь рекуперативные ТА классифицируются:

• по принципу организации движения теплоносителей на: прямоточные, противоточные, со смешанным током, с перекрестным током;

• по конструктивным особенностям: трубчатые и пластинчатые;

• по ориентации в пространстве: вертикальные, горизонтальные и редко наклонные.

Конструкция теплообменника:

Рекуперативный противоточный теплообменник состоит из двух полостей, контактирующих между собой своими стенками. Конструкция в целом может быть теплоизолирована от окружающей среды. Трубы располагают как рядом, так и одна в другой. Вследствие маленького температурного градиента между трубами, в соответствии с уравнением теплопроводности, удельный перенос тепловой энергии также маленький. Поэтому, для того чтобы среды успели достаточно провзаимодействовать, применяются специальные конструктивные приёмы, такие как увеличение длины труб^[1] или увеличение количества каналов, при котором увеличивается суммарная площадь. Поэтому к конструктивным недостаткам противоточного теплообменника следует отнести громоздкость конструкции.