Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Общая характеристика тепловых процессовСодержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
Под тепловыми процессами и тепловой обработкой понимают нагревание и охлаждение сырья, продуктов, вспомогательных материалов и средств. Можно выделить несколько простых, но широко распространенных на практике тепловых процессов: · адиабатный – происходящий без теплообмена с окружающей средой; · изохорный – происходящий при постоянном объеме; · изобарный – происходящий при постоянном давлении; · изотермический – происходящий при постоянной температуре; · изоэнтропийный – при постоянной энтропии; · изоэнтальпийный – при постоянной энтальпии; · политропный – при постоянной теплоемкости. Теплообмен представляет собой перенос энергии в форме теплоты, происходящей между телами, температура которых различна, т.е. теплообменом называется самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным температурным полем. Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку называется теплопередачей. Теплоноситель – движущая среда (газ, пар, жидкость), используемая для переноса теплоты. Температурное поле – это совокупность значений температур во всех точках пространства в данный момент времени. Если в температурном поле температура является постоянной, поле наз. стационарным, если не постоянным, то нестационарным. Геометрическое место точек температурного поля с одинаковой температурой называется изотермической поверхностью. Температура изменяется по нормали к изотермической поверхности, причем .
Предел отношения изменения температуры к расстоянию () между изотермическими поверхностями по нормали называется температурным градиентом. (1). Связь между количеством передаваемой теплоты и площадью поверхности теплообмена определяется основным уравнением теплопередачи (2) которое для установившегося процесса имеет вид (3) Известны три способа передачи теплоты – теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Основной закон теплопроводности, установленный Фурье, гласит, что количество теплоты dQ, переданное теплопроводностью, пропорционально градиенту температуры , времени и площади сечения dF, перпендикулярного направлению теплового потока. (4) где - коэффициент теплопроводности среды, . Основной закон теплоотдачи – закон Ньютона гласит, что количество теплоты dQ, переданное от поверхности теплообмена к потоку жидкости (газа) или от потока к поверхности теплообмена, прямо пропорционально площади поверхности теплообмена F, разности температур поверхности и ядра потока (или наоборот) и продолжительности процесса . (5)
Движущей силой теплового процесса является разность температур. Тепло распространяется от среды с большей температурой к среде с меньшей. Следует отметить, что при теплопередаче от одного теплоносителя к другому перепад температуры не сохраняет своего постоянного значения вдоль поверхности теплообмена, поэтому пользуются средней разностью температур. Рис. 1 Схема тепловых потерь Выделим элемент поверхности dF, на которой происходит указанный процесс теплообмена. Количество тепла в единицу времени на элементе dF можно определить формулой. (6) В процессе теплообмена температура первого теплоносителя (ГС) понижается на величину: , (7) где с1 – теплоемкость ГС, Дж/кгК, G1 – масса ГС, кг. Без учета потерь температура второго теплоносителя (НС) повысится на величину: , (8) где с2 – теплоемкость ГС, Дж/кгК, G2 – масса ГС, кг. Вычитая одно из другого двух последних равенств, получаем: (9) Сделав подстановку из уравнения (1) в уравнение (4), и, преобразовав его, получим: (10) Согласно нашему рисунку, общее количество теплоты в единицу времени, переданное от одного теплоносителя и воспринятое вторым на всей поверхности F, имеет следующее выражение. (11) (12) Осуществляем подстановку уравнений (6) и (7) в уравнение (5), получаем (13) Проинтегрировав полученное выражение при условии постоянства коэффициента теплопередачи К, имеем (14) Если в числителе произвести перегруппировку, и, согласно чертежу обозначить , а , то получим , (15) где - среднелогарифмическая разность температур. Это соотношение справедливо как для прямотока, так и для противотока. При перекрестном токе вводится коэффициент Е, который определяется по соответствующим схемам графикам.
Критерии теплового подобия (16) Критерий Нуссельта , где - коэффициент теплоотдачи, , l – линейный размер, м, - коэффициент теплопроводности, . Характеризует интенсивность теплообмена на границе раздела фаз. Необходим для расчета коэффициента теплоотдачи. Критерий Фурье , (17) где а - коэффициент температуропроводности, , - время, с. Характеризует связь между скоростью изменения температурного поля размерами и физическими характеристиками среды в нестационарных процессах. Критерий Пекле , (18) где - скорость движения среды, участвующей в теплообмене, м/с, Характеризует отношение количеств тепла, которое распространяется в потоке жидкости конвекцией и теплопроводностью Критерий Прандтля (19) Характеризует теплофизические величины потока жидкости. Критерий Грасгофа , (20) где - температурный коэффициент объемного расширения жидкости или газа, К-1. Характеризует гидродинамический поток жидкости в условиях естественной конвекции, которая будет происходить под действием разности плотностей холодного и горячего потока. Критерий Нуссельта является определяемым, а все остальные критерии определяющие. . Цель интенсификации тепловых процессов заключается в повышении эффективности работы аппаратов и снижении расхода ими тепловой энергии. Задачи интенсификации предусматривают экономию энергии путем оптимизации технологически процессов, а именно интенсификация теплообмена связана с коэффициентом теплоотдачи и термическим сопротивлением стенки. Основным способами повышения коэффициента теплоотдачи являются: 1. Правильный выбор теплового аппарата. 2. Обеспечение турбулентного режима движения теплообменных сред в аппарате (применяют турбулизирующие вставки, перемешивающие устройства). 3. Замена свободной конвекции на принудительную. 4. Своевременный и полный отвод конденсата из паровых пространств, а также несконденсированных паров. 5. Оптимизация формы и размеров продукта, подвергаемых тепловой обработке. 6. Снижение термического сопротивления стенок аппарата за счет удаления накипи и пригара продукта. Классификация аппаратов В пищевой промышленности широко распространены тепловые процессы - нагревание и охлаждение жидкостей и газов и конденсация паров, которые проводятся в теплообменных аппаратах (теплообменниках). Теплообменными аппаратами называются устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому для осуществления различных тепловых процессов, например, нагревания, охлаждения, кипения, конденсации или более сложных физико-химических процессов – выпаривания и ректификации. Из-за разнообразия предъявляемых к теплообменным аппаратам требований, связанных с условиями их эксплуатации, применяют аппараты самых различных конструкций и типов, причем для аппарата каждого типа разработан широкий размерный ряд поверхности теплообмена. Широкая номенклатура теплообменников по типам, размерам, параметрам и материалам позволяет выбрать для конкретных условий теплообмена аппарат, оптимальный по размерам и материалам. В качестве прямых источников тепла в химической технологии используют главным образом топочные газы, представляющие собой газообразные продукты сгорания топлива, и электрическую энергию. Вещества, получающие тепло от этих источников и отдающие его через стенку теплообменника нагреваемой среде, носят название промежуточных теплоносителей. В пищевой промышленностичислу распространенных теплоносителей относятся водяной пар и горячая вода, а также так называемые высокотемпературные теплоносители - перегретая вода, минеральные масла, органические жидкости (и их пары), расплавленные соли, жидкие металлы и их сплавы. В качестве охлаждающих агентов для охлаждения до обыкновенных температур (10-300С) применяют в основном воду и воздух. По основному назначению ТА делят на собственно теплообменники, где тепловой процесс является основным и реакторы, где тепловой процесс является вспомогательным, а основной процесс может быть либо физико-химический, либо биохимический. Все теплообменные аппараты по способу передачи тепла разделяются на две большие группы: поверхностные теплообменные аппараты и аппараты смешения. В поверхностных аппаратах передача тепла от одного теплоносителя к другому осуществляется с участием твердой стенки. Процесс теплопередачи в смесительных теплообменных аппаратах осуществляется путем непосредственного контакта и смешения жидких и газообразных теплоносителей. Поверхностные теплообменные аппараты в свою очередь подразделяют на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных аппаратах тепло от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку из теплопроводного материала. В регенеративных теплообменных аппаратах теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева, которая в один период нагревается, аккумулируя тепло «горячего» теплоносителя, а во второй период охлаждается, отдавая тепло «холодному» теплоносителю. Рекуперативные теплообменные аппараты классифицируются по следующим признакам: · По роду теплоносителей в зависимости от их агрегатного состояния: паро-жидкостные; жидкостно-жидкостные; газо-жидкостные; газо-газовые; паро-газовые. · По конфигурации поверхности теплообмена: трубчатые аппараты с прямыми трубками; спиральные; пластинчатые; змеевиковые. · По компоновке поверхности нагрева: типа «труба в трубе»; кожухотрубчатые; оросительные аппараты. Теплообменные аппараты поверхностного типа, кроме того классифицируются по назначению (подогреватели, холодильники и т.д.); по взаимному направлению теплоносителей (прямоток, противоток, смешанный ток и т.д.); по материалу поверхности теплообмена; по числу ходов и т.д.
|
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-30; просмотров: 1719; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.142.172.250 (0.01 с.) |