Физико-химические превращения

К физико-химическим превращениям относятся процессы изменения агрегатного состояния и кристаллической структуры вещества, подвергаемого обработке. Наиболее часто в печах из процессов первой группы используются:

· Плавление - процесс перехода кристаллического твердого вещества в жидкое состояние. Плавление протекает при постоянной температуре (t _пл.), величина которой зависит от природы вещества и от внешнего давления.

· Испарение – процесс перехода вещества из жидкого в парообразное. Для однокомпонентных систем процесс протекает при постоянной температуре. Температура фазового перехода (t _исп.) также зависит от природы вещества и от внешнего давления. Многокомпонентные жидкости характеризуются постепенным переходом из жидкого состояния в газообразное, сопровождающимся ростом температуры парожидкостной системы, составы образующихся фаз определяются при этом условиями парожидкостного равновесия. Поэтому многокомпонентные жидкости характеризуются точками начала и конца кипения. Эти точки, полученные при постоянном давлении, используются, например, в качестве характеристик фракционного состава нефтяных фракций.

5. Принципы расчета и проектирования (подбора) печей

Энергия, необходимая для проведения технологического процесса, выделяется в технологических печах при сжигании топлива и подводится к обрабатываемому материалу или непосредственно в камере сгорания, или в специальной греющей камере. Конструкция и габариты камеры зависят от требований технологического процесса. Подвод тепла достигается при этом тремя видами теплообмена: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Порядок расчета технологической печи в значительной мере определяется конструкцией печи. Однако практически во всех случаях тепловой расчет предполагает выполнение нескольких этапов. Основными из них являются:

· Составление теплового баланса технологического процесса. Целью этапа является определение потребного расхода топлива и назначение основных теплотехнических характеристик печи.

· Расчет процесса горения топлива в греющей камере. В результате расчета определяются температура горения топлива, состав, температура, энтальпия и объем продуктов сгорания.

· Расчет процесса теплопередачи от факела горения топлива или от излучающей стенки к обрабатываемому материалу (к тепловоспринимающей поверхности). Этап заканчивается назначением конструктивных размеров печи.

Тепловой баланс процесса

В реальных условиях тепло, выделяющееся при сжигании топлива, никогда не используется полностью для технологических целей, поскольку часть его теряется (не используется полезно). Конечно, уравнение теплового баланса для каждого типа печи имеет свою специфику, но в общем случае оно имеет вид:

,                                     (5.1)

где  – приход тепла,  – полезно использованное тепло;  – потери тепла.

Количество теплоты, выделившееся в процессе сгорания 1 кг (или 1 м³ для газовой смеси) топлива называют теплотой сгорания. В реальных условиях полезно использовать всю теплоту сгорания не удается, поскольку часть её уносится с водяными парами в продуктах сгорания в виде скрытой теплоты парообразования воды . Это связано с высокой температурой отходящих газов. Предельно допустимая температура отходящих газов определяется условиями конденсации водяных паров в дымовых каналах (трубах). Выпадение конденсата в этих элементах нежелательно, поскольку оно сопровождается коррозией самих каналов и нарушением условий отвода дымовых газов. Поэтому различают высшую (полную) теплоту сгорания  и низшую теплоту сгорания .

Расшифровав эти составляющие, получим:

,                             (5.2)

где   – физическая теплота, внесенная с топливом;   – физическая теплота, внесенная с окислителем (воздухом);  – теплота, выделившаяся в технологическом процессе в результате реакций, протекающих в обрабатываемом материале;  – теплота, полезно используемая (искомая величина);  – теплота, теряемая с отходящими газами;  – теплота, недовыделившаяся в процессе сгорания топлива из-за химической неполноты его сгорания (из-за местного или общего недостатка окислителя);  – теплота, недовыделившаяся в процессе сгорания топлива из-за механической неполноты его сгорания (из-за уноса и потерь частиц топлива);  – теплота, теряемая в окружающую среду за счет теплопередачи от наружной поверхности печи;  – неучтенные потери;  – теплота, теряемая с охлаждающими агентами (при охлаждении стенок печи). Все составляющие баланса выражаются обычно в относительных единицах и имеют соответствующую размерность (например, кДж/кг топлива, кДж/с или в % от ).

Способы уменьшения каждого из вида потерь зависят от типа печей и особенностей технологического процесса.