20. Методика расчета теплообменника.

20. Методика расчета теплообменника.

При расчете и моделировании теплообменной аппаратуры одной из задач является сопоставление нескольких вариантов оформления процесса теплопередачи, отличающихся конструкцией аппарата, его расположением, режимом движения теплоносителей, температурным режимом. Цель расчета - выбрать лучший вариант, а при достаточно большом их числе - оптимальный. Основные этапы расчета: выбор подлежащих сопоставлению аппаратов; выполнение для каждого из них теплового, гидравлического и экономического расчетов; анализ полученных результатов и рекомендация к использованию аппарата, обладающего наибольшим числом преимуществ.  

Тепловой расчет теплообменных аппаратов

В первичные исходные данные для расчета теплообменного аппарата входят расходы теплоносителей, их начальные и конечные температуры. Недостающие величины определят из теплового баланса. Теплофизические и другие свойства теплоносителей, имеющие существенное значение для выбора и расчета теплообменного аппарата, предполагаются известными. Однако этих данных для расчёта теплообменного аппарата недостаточно. Необходимо дополнительно знать его некоторые конструктивные характеристики, например, диаметр кожуха и теплообменных труб, количество труб и ходов по трубам, расстояние между перегородками в межтрубном пространстве и др.

Ориентировочный расчет теплообменника

Ориентировочный (приближенный) расчет теплообменника включает в себя определение расхода технологического теплоносителя и определение площади поверхности теплообмена по приближенному (практическому) значению коэффициента теплопередачи, взятому из справочной литературы. По рассчитанной площади поверхности выбирают теплообменник.

Подробный расчет теплообменника

Подробный расчет теплообменника ведется по следую щей схеме. Вначале выполняется ориентировочный расчет. Далее определяют проходные сечения, задаваясь скоростью нагревающегося (или охлаждающегося) теплоносителя: По этим данным выбирают тип теплообменника или несколько разных, для последующего технико-экономического сравнения. Затем определяют коэффициенты теплоотдачи и коэффициент теплопередачи. Расчетные соотношения для коэффициентов теплоотдачи зависят от вида конвективного теплообмена, геометрических характеристик аппарата, физических свойств теплоносителей и режимов их движения. Определение коэффициентов теплоотдачи α 1 и α 2, поверхностной плотности теплового потока q, а также температур поверхностей стенки t_СТ1 и t_СТ2 выполняют, используя систему уравнений:

21. Массообмен. Фазовое равновесие. Уравнение материального баланса, рабочих и равновесных линий.

Массообмен- процесс переноса одного или нескольких веществ из одной фазы в другую (происходит с помощью конвективной и молекулярной диффузии, поэтому является диффузионным).

Совокупность всех гомогенных частей системы, имеющих одинаковый химический состав и одинаковые макроскопические свойства, называется фазой.

Система называется равновесной, если:
- макроскопические свойства системы со временем самопроизвольно не изменяются;
- в системе отсутствуют макроскопические потоки теплоты, вещества и другие;
- энергия системы минимальна.

Типы фазовых равновесий:

· Тепловое равновесие означает, что все фазы вещества в системе имеют одинаковую температуру.

· Механическое равновесие означает равенство давлений по разные стороны границы раздела соприкасающихся фаз. Строго говоря, в реальных системах эти давления равны лишь приближенно, разность давлений создается поверхностным натяжением.

· Химическое равновесие выражается в равенстве химических потенциалов всех фаз вещества.

Уравнение материального баланса: