В теплообменниках смешения

При составлении тепловых балансов смесительных теплообменников (скрубберов, камер для кондиционировании воздуха и т.п.) необходимо учитывать теплоту испарения или конденсации влаги, так как в этих аппаратах изменение температуры воды непропорционально количеству тепла, полученного или отданного ей воздухом. Во многих случаях лишь часть этого тепла идет на нагрев или охлаждение воды, другая же часть идет на испарение или конденсацию паров воды. В зависимости от условий тепло- и массообмена при этом происходит увлажнение или осушение воздуха.

Уравнение теплового баланса скруббера согласно схеме, изображенной на рис 3, без учета потерь тепла в окружающую среду можно представить в следующем виде

L*H₁+G*t₂₁= L*H₂+(G+D W)*t₂₂,

Где L – расход воздуха,кг,ч;

H₁ и H₂ – энтальпия влажного воздуха на входе и выходе скруббера, кДж/кг;

G – количество воды, поступающей в скруббер, кг/ч;

t₂₁ и t₂₂ – температура воды на входе и выходе из скруббера,⁰С;

D W = (d₂-d₁)*L/1000 – количество влаги, сконденсирующейся из воздуха, или испарившейся из воды и увлажнившей воздух,кг/ч.

Если d₂<d₁, то происходит осушение воздуха и D W имеет знак плюс, если d₂>d₁, то происходит увлажнение воздуха и D W имеет знак минус

В большинстве практических случаев расчета скрубберов D W по сравнению с G и L составляет незначительную величину и при построении процессов тепло- и массообмена на H – d диаграмме ею пренебрегают.

Процеcc тепловлагообмена между воздухом и водой на H – d диаграмме можно представить себе как смешение воздуха двух состояний: воздуха, поступающего в аппарат для тепло- и массообмена, и воздуха, уже насыщенного влагой в пограничном слое капли воды, поступающей в аппарат, и имеющего температуру воды и влажность j=100%.

Процесс строится по ступеням в следующем порядке. На диаграмме наносится точка А, соответствующая начальным параметрам воздуха t₁₁ и Н₁, далее на линии j=100% отмечается положение точек C и D, соответстующих изотермам t₂₁ и t₂₂, равным начальной и конечной температурам воды. Начало процесса смешения воздуха с водой на Н- d диаграмме изображается прямой, соединяющей точку, характеризующую состояние воздуха, с точкой на линии j=100% , которая соответствует температуре воды. Затем в зависимости от направления движения теплоносителя проводится прямая между точкой А и точкой D, соответствующей температуре воды (t₂₂) при противотоке, или точкой С (t₂₁) при прямотоке. Далее на этой прямой принимается какое либо значение Нпра (промежуточная энтальпия), немного меньше или немного больше начальной энтальпииН₁, в зависимости от условия протекания процесса, но в пределах изменения энтальпий между точками А и D (или С).

Разность этих энтальпий не следует брать значительной, с тем чтобы на каждом последующем участке изменение температуры воды tпра, tпрб, tпрв и т.д. были настолько незначительными, чтобы направление линии смешения можно было считать постоянным.

По принятой таким образом величине Нпра из уравнения теплового баланса определяется значение промежуточной температуры воды tпр (величиной D W при этом пренебрегают).

Например, для условий противотока теплоносителей и обозначений, указанных на рисунке

tnpa = t₂₂ – L*(H₁-Hnpa)/G,

tnpб = tnpa – L*(Hnpa-Hnpб)/G, и т. п

После определения промежуточной температуры воды Тпра между точкой, соответствующей значению Нпра, и найденной на линии j=100% точкой, соответствующей Тпра проводится вторая прямая, на которой выбирается значение Нпрб. Таким образом. вычисляются значения Тпр и Нпр и строится ряд прямых до тех пор, пока по этим уравнениям не получается заданное начальное или конечное значение температуры воды t₂₁ или t_22. Энтальпия Нпрп, соответствующая конечной температуре, определяет конечные равновесные ей параметры воздуха.

При тепло- и массобмене воздуха с большими количествами воды конечная температура воздуха может значительно изменятся и быть ниже или выше температуры мокрого термометра.

Определение средней разности температур между теплоносителями в смесительных аппаратах по средней арифметической или средней логарифмической формуле может не дать правильного результата, так как эти уравнения не отображают действительного процесса тепло- и массообмена. Для определения средней разности температур в смесительных теплообменниках рекомендуется формула

,

Где b – отношение изменения температуры воздуха в ступени к полному изменению температуры его в смесительном аппарате,

Dtпр – разность температур теплоносителей для одной ступени, ⁰С