![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Регенеративные аппараты. Процесс теплообмена. Основы теплового расчета.
Регенераторный теплообменник – устройство в котором подача теплоты от 1 теплоносителя к другому происходит с помощью теплоаккумулирующей массы называемой насадкой. Насадка периодически омывается потоками горячего и холодного теплоносителей. В течение первого периода (нагрева)через аппарат пропускают горячий теплоноситель и при этом отдаваемая им теплота нагревание насадки. В течение 2 периода (охлаждения) через аппарат пропускают холодный теплоноситель который нагревается за счет теплоты насадки. Периоды нагрева и охлаждения продолжаются от нескольких минут до нескольких часов. Для осуществления непрерывного процесса теплопередачи от одного теплоносителя к другому необходимо иметь 2 регенератора. В качестве насадки Применяют огнеупорный кирпич, металлические листы, пластины, шары, фольгу и т.п В металлургических и стеклоплавильных печах большое распространение получили регенераторы с неподвижной насадкой из огнеупорных кирпичей. Для создания в рабочем пространстве таких печей; высоких температур (до 2500°С) требуется предварительный высокий подогрев воздуха и горючего газа (до 800— 1000" С), который трудно осуществить и металлических рекуператорах, из-за их недостаточной жаростойкости. Теплообмен в регенераторах. В регенераторе поверхность насадки попеременно воспринимает и отдает тепло. В течение периода нагревания или охлаждения изменяются температуры насадки как по толщине, так и по пути следования, причем после реверсирования регенератора или соответствующего перемещения подвижной насадки направление теплового потока в насадке изменяет знак.
В действительных условиях полные теплоемкости теплоносителей могут быть различными, что вызывает криволинейность графика изменения температур теплоносителей по длине насадки. Кроме того в действительных условиях температура в любой точке поверхности насадки за период нагревания изменяется по выпуклой кривой, а за период охлаждения— по вогнутой, вследствие чего средняя температура насадки за период нагревания выше, чем за период охлаждения ее. tн – t поверхности насадки, tг – t горячего теплоносителя tх – t холодного теплоносителя, tсп – изменение t среднего слоя насадки, При нагревание насадки прогревается каждый ее элемент, причем она аккумулирует теплоту (+Q). При охлаждении насадки аккумулированная теплота передается воздуху(-Q). Для ускорения этих процессов элементы нагревают и охлаждают симметрично с обеих поверхностей. Изменение температуры движущихся через насадку газовых сред согласуется с изменением температуры поверхности кирпича. Различие между этими элементами обусловлено условиями внешнего по отношение к элементам теплообмена. Температура средней плоскости кирпича tсп отстает от температуры поверхности tв. Это явление наступает не сразу после начала периода нагревания или охлаждения и определяется прежде всего теплофизическими свойствами материала элемента и его размерами. К началу периода охлаждения насадки температура поверхности элемента выше, чем в середине его. Проходящий воздух быстро снижает температуру поверхностных слоев элемента, и температура кирпича на некоторой глубине его оказывается более высокой, чем в середине и на поверхности, т, е. отдача тепла в этот момент в разных сечениях элемента идет в разных направлениях. Через некоторое время температура в середине элемента оказывается более высокой, чем в других сечениях, и тепловой поток направляется от середины кирпича наружу. Тепловой расчет регенераторов. Задачей теплового расчета регенератора является определение поверхности нагрева и веса насадки, Тепло, воспринимаемое поверхностью насадки регенератора за период нагрева, равняется: Q=α 1cp((t1cp —tнн)Fτ 1 „ кДж/период, где α 1 —коэффициент теплоотдачи от греющих газов (конвекцией и лучеиспусканием) к насадке, кДж/м2ч0С; t1cp и tнн —средние температуры греющего газа и поверхности насадки за период нагревания, °С; τ 1 -период нагрева, ч. Это количество тепла Q воспринимается насадкой и повышает температуру ее поверхности на величину Δ tн т, е- Q =F(δ /2)ρ cη a Δ tн, кДж/период, где δ —толщина стенки кирпича (вследствие обогрева насадки с двух сторон в данной форме учитывается половина толщины стенки, обозначаемая через R), м; ρ —плотность насадки, кг/м3; с —теплоемкость насадки, кДж/(кг-°С); Δ tн - изменение температуры поверхности насадки за период нагрева, " С; η a —коэффициент аккумуляции тепла, определяемый (по табл.) Для определения изменения температуры поверхности насадки пользуются следующей эмпирической зависимостью: Δ tн =φ (tнн - tн0) где tн0 —средняя температура поверхности насадки за период ее охлаждения (рис.); φ —коэффициент, равный 2, 2—3, 5 принимается в зависимости от материала насадки и режима работы аппарата.. В период охлаждения тепло, аккумулированное насадкой, передается нагреваемому воздуху: Q=α 2((tн0 —t2cp)Fτ 2 „ кДж/период, где α 2 - коэффициент теплоотдачи от поверхности насадки к нагреваемому.воздуху, кДж/м2ч0С; t2cp —средняя температура воздуха за период охлаждения, °С; τ 2 — период охлаждения, ч. Таким образом, получается следующих трех уравнение: Q ц = кц F (t1cp - t2cp ) кДж/цикл, Где кц —коэффициент теплопередачи регенератора: кц = 1/((1/ α 1 τ 1 +1/Rρ cη aφ + 1/ α 2 τ 2 )) 3.Тепловой расчет МВУ(располагаемая и полезная разности температур.) Целью теплового расчета является определение площади поверхности нагрева отдельных ступеней при заданных условиях теплового режима (температуре греющего пара, охлаждающей воды, раствора, начальной и конечной концентрациях раствора) или выявление оптимального режима работы установки при заданных площадях поверхности нагрева. В результате расчетов определяется: 1). расход греющего пара; 2). параметры пара и раствора по отдельным ступеням установки; 3). площади поверхностей нагрева отдельных ступеней; 4). количество отбираемого экстропара для предварительного подогрева раствора начальной концентрации. Расчет обычно проводят методом последовательных приближений. Общая располагаемая разность температур – это разность между температурой греющего пара t1, поступающего в первую ступень установки и температурой вторичного пара из последней ступени при входе в конденсатор: Δ tобщ = t1 – tк Полезная разность температур – это разность между общей располагаемой разностью и тепловыми потерями Рассмотрим изменение температуры в одноступенчатой выпарной установке: 1. Греющий пар: Греющий пар подается в установку с параметрами (.) а с температурой t1. ав – процесс конденсации пара, проходит при t1 = const. В случае использования перегретого пара его температура соответсвует (.)а', а линия а' а" – соответствует охлаждению перегретого пара. Процесс конденсации греющего пара при t1 = const по линии а-в'. Линия в-в' соответсвует охлаждению конденсата на выходе их выпарного аппарата. В тепловых расчетах обычно перегрев пара и охлаждение конденсата не учитывают. 2. Изменение температуры раствора: Раствор в греющих трубках кипит при разных температурах: tр' – температура кипения раствора в нижней части трубок; tр" – температура кипения раствора в верхней части трубок. tр' > tр" Изменение температуры кипения раствора происходит за счет неодинакового гидростатического давления раствора по высоте трубок. На поверхности кипящего раствора давление равно давлению пара над раствором. Давление в нижней части труб превышает давление пара на величину Δ Р2 = Н*ρ *g, где Н- высота столба раствора от нижней трубной решетки до поверхности испарения; ρ – плотность раствора. Средняя величина гидростатического давления, которая принимается в расчетах, определяется: Δ p= (hизб + hтр/2)ρ g, где hизб – высота слоя жидкости над греющими трубками. т.С – точка, характеризующая среднюю температуру кипения раствора в данной ступени многоступенчатой выпарной установки. Разность температур кипения раствора на нижнем и верхнем уровне греющих трубок является потерей общей разности температур в выпарной установке вследствие изменения гидростатического давления и называется гидростатической температурной депрессией – Δ 2. 3. Температура вторичного пара: соответствует (.) е - температура чистого растворителя при давлении в надрастворном пространстве.Температура вторичного пара всегда ниже температуры раствора на величину Δ 1, которая называется физикохимической температурной деп рессией. Вторичный пар из выпарного аппарата проходит через брызгоотделитель, запорную арматуру и тд при этом теряется давление пара на преодоление гидравлического сопротивления и понижается его температура. Температура вторичного пара при входе в конденсатор из-за этих потерь будет ниже его температуры над зеркалом испарения. Эта разность температур составляет 1-1, 5 градуса и называется Δ 3 – гидравлическая температурная депрессия. Полная температурная депрессия: Δ = Δ 1 +Δ 2 +Δ 3 Полезная разность температур в 1 ступенчатой выпарной установке: Δ tпол = Δ tобщ –(Δ 1 +Δ 2 +Δ 3) Полезная разность температур в многоступенчатой выпарной установке: Δ tпол = Δ tобщ –(∑ Δ 1 +∑ Δ 2 +∑ Δ 3) Тепловой расчёт МВУ (распределение полезной разности температур по ступеням установки) 1. F поверхности нагрева всех ступеней установки д.б. одинаковой F1=F2=…=Fn Суммарная полезная разность t для любой ступени многоступенчатой выпарной установки пропорциональна отношением тепл нагрузок коэф-ом теплопередачи данной ступени Δ tпол = Δ t1+ Δ t2+ …+ Δ tn или Q1/ k1 Δ t1= Q2/ k2 Δ t2= …= Qn/ kn Δ tn Следовательно Δ t2 = Δ t1 (Q2/ Q1)(k1/k2); Δ t3 = Δ t1 (Q3/ Q1)(k1/k3) Проссумировав левые и правые части данных равенств получаем, что для любой ступени МВУ полезная разность температур равна: Δ tп = Δ tпол(Qпkп/Σ Qiki) Т е суммарная полезная разность температур распределяется по ступеням при равенстве их площадей поверхностей нагрева пропорционально соотношению теповых нагрузок к коэффициентам теплопередачи. При равенстве тепловых нагрузок: Δ tп = Δ tпол(kп/Σ ki) 2. Суммарная F пов-ти нагрева всех ступеней уст-ки д.б. минимальной Fобщ= F1+F2+…+Fn =Fмин Полезная разн-ть t для любой ступени многоступенчатой выпарной уст-ки пропорц-на квадратному корню из отношения тепл нагрузок коэф-ом теплопередачи данной ступени Δ tп = Δ tпол√ √ (Qnk1/Σ Q1kn) При рав-ве тепл нагрузок Δ tп = Δ tпол√ (kп/Σ ki) 3. Суммарная F пов-ти нагрева д.б. минимальной и равна (наиболее желаемый вариант) F1=F2=…=Fn и F1+F2+…+Fn =Fмин Данное условие м.б. выполнено только в случае равенства Δ tпол во всех ступенях МВУ. Этого м. достичь только при определённых отборах экстра-пара из каждой ступени уст-ки. 4.Материальный баланс конвективной сушилки непрерывного действия с однократным использованием сушильного агента. Конвективные сушилки: Теплота к материалу в данных сушилках передаётся конвективно от СА, и эти сушилки получили распространение. В качестве сушильного агента (СА) могут использоваться: горячий воздух, топочные газы, инертные к высушиваемому материалу газы (гелий, азот, СО2), перегретый пар. При выборе СА необходимо руководствоваться следующим: 1. Воздух применяют в случаях, когда высушиваемый материал не ухудшает свои свойства в присутствии О2 и не подвержен разложению при высокой температуре. 2. Топочные газы целесообразно использовать при сушке термостойких материалов, не изменяющих своих свойств при соприкосновении с продуктами сгорания. При использовании топочных газов сушилки достаточно компактны. 3. Азот - используется редко, только в тех случаях когда нежелателен контакт высушиваемого материала, либо удалённого растворителя с О2. Данные сушилки обычно работают по замкнутому циклу. Оправданный начальный уровень СА 400 0С. 4. Перегретый пар, или пар удалённого растворителя, применяют при температурах от 150-180 0С.
|