Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Составление теплового балансаПроизводственные 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.
|