Трубчатый электрофильтр

.

Поточное перемешивание:

Поток изменяет величину и направление при поступлении (после ввода) на различные неподвижные детали. При таком виде перемешивания используется энергия потока жидкости. Поточное перемешивание требует затраты большого количества энергии и применяется в случае взаимной раствори­мости и.сравнительно низкой вязкости жидких компонентов смеси, т. е. при больших скоростях и относительно большой длине трубопровода.

Пневматическое (барботажное) перемешивание:

При пропускании через жидкость потока пузырьков газа (воздуха) она перемешивается. Особенно рекомендуется при-¹ менение этого метода в том случае, когда необходимо, чтобы газ (например, кислород воздуха) вступал в химическую реакцию с жидкостью.

В качестве перемешивающих устройств в этом случае аппа­раты оборудуют:

1) газораспределительными перфорированными решетками;

2) пористыми плитками;

3) барботерами или

4) эр­лифтами.

Барботер представляет собой трубу (либо систему труб) с отверстиями, свернутую в кольцо или спираль, по которой про­пускается сжатый воздух. Пузырьки сжатого воздуха, равномерно поднимаясь вверх через слой жидкости, перемешивают ее.

Эрлифт (воздушный подъемник) действует за счет сжа­того воздуха, который, поступая в нижнюю часть устройства, об­разует в ней воздушноводяную смесь, плотность которой меньше плотности воды. Пузырьки воздуха, двигаясь по центральной трубе, расширяются вследствие уменьшения давления, и скорость воздушноводяной смеси увеличивается, при этом смесь сыпучего материала с водой поднимается на нужную высоту и выводится из аппарата. В случае необходимости смесь возвращается в ап­парат и цикл движения повторяется.

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ.

Тепловым называют процессы, в которых происходит переход теплоты от одного вещества к другому. Вещества участвующие в тепловом процессе называются теплоносителями.

Горячим теплоносителем называется тот, который имеет более высокую температуру, и который в процессе теплообмена отдавая теплоту, охлаждается.

Теплоноситель, который в процессе теплообмена нагревается, называется холодным.

Разность температур между холодным и горячим теплоносителями называется температурным напором.

Эта разность температур является движущей силой тепловых процессов. Чем выше тем выше скорость протекания тепловых процессов.

Количество передаваемой теплоты за единицу времени называется тепловой нагрузкой.

Тепловые процессы бывают установившимися и не установившимися.

Установившиеся процессы – это такие, в которых количество передаваемой теплоты в течение времени не изменяется или за равные промежутки времени передается одинаковое количество теплоты. Такие процессы характерны для непрерывных химических производств.

Неустановившиеся процессы характерны для периодических производств, а так же для непрерывных процессов на стадии пуска и останова.

Различают следующие 2 способа передачи теплоты:

1. Путем непосредственного соприкосновения и смешения двух компонентов. Если нагревание происходит патом, то такой пар называется острым, т.е. он непосредственно входит в нагреваемую среду.

2. Путем передачи теплоты через теплопроводящую поверхность называемую стенкой. Если пар нагревает через стенку, то этот пар называется глухим.

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ТЕПЛОВЫХ

ПРОЦЕССОВ.

Определяем количество теплоты отдаваемое горячим теплоносителем, который охлаждается от температуры Т₁ до Т₂.

где G – расход горячего теплоносителя кг/с.

С – удельная теплоемкость Дж/кгК, по справочникам при средней температуре теплоносителя.

Количество теплоты, получаемое холодным теплоносителем.

Согласно закона сохранения энергии эти количества теплоты должны быть равны между собой.

В действительности часть теплоты теряется на компенсацию потерь в окружающую среду, и тогда

- для реальных процессов.

- для идеального процесса.

- для реального процесса.

С помощью уравнения теплового баланса можно определить неизвестный расход одного из теплоносителей, одну из недостающих температур. Количество подводимой или отводимой теплоты.

ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ.

Механизм переноса тепла теплопроводностью происходит главным образом в твердых телах металлах. Перенос тепла в металле можно объяснить следующим образом: при нагревании в нагретом месте ускоряется колебательное движение молекул, а это значит, что увеличивается их внутренняя энергия. При соударениях в результате колебаний часть энергии передается дальше по металлу, хотя перемещение частиц металла относительно друг другу не происходит. Теплопроводность жидкостей и газов очень незначительна.

ЗАКОН ФУРЬЕ.

Количество передаваемой теплоты прямо пропорциональна поверхности стенки и разности температур на обеих сторонах стенки и обратно пропорционально толщине стенки.

- для установившегося процесса.

- для неустановившегося процесса.

где F – площадь поверхности стенки, через которую происходит перенос теплоты

t_ст1 и t_ст2 – температура на обеих поверхностях стенки.

- толщина стенки в метрах.

- коэффициент теплопроводности.

Значение коэффициента теплопроводности для различных материалов приводится в справочниках. (Павлов 500 стр.)

Сталь обыкновенная – 46,5 Вт/(мК)

Сталь нержавеющая – 17,5 Вт/(мК)

Медь - 384 Вт/(мК)

Алюминий - 203,5 Вт/(мК)

Материалы, которые обладают низким коэффициентом теплопроводности используются в качестве теплоизоляционных материалов.

Асбест – 0,151 Вт/(мК)

Войлок – 0,047 Вт/(мК)

Стекловата – 0,035 -0,07 Вт/(мК)

Пенопласт – 0,047 Вт/(мК)

Кирпич красный – 0,077 Вт/(мК)

Кирпич белый – 0,81 Вт/(мК)

ПЕРЕДАЧА ТЕПЛОТЫ КОНВЕКЦИЕЙ.

Конвекция – это направленное движение молекул или частиц материала. Поскольку движение возможно только в газах и жидкостях в них конвекция присутствует, а в твердых телах конвекции нет.

Различают конвекцию:

1. естественную или свободную, которая возникает за счет разности пластичности за счет разности плотности в различных точках пространства вызванная разностью температур.

2. вынужденная или принудительная конвекция. Создается в газах с помощью вентиляторов, газодувов, а в жидкостях с помощью насосов. При вынужденной конвекции распространение теплоты происходит значительно быстрее, чем при свободной конвекции. При конвективном теплопереносе неизбежны непосредственные соприкосновения молекул, во время которых теплота передается теплопроводностью. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.

Количество передаваемой теплоты путем конвекции согласно закону Ньютона определяется по уравнению, которая называется уравнением теплоотдачи.

Для неустановившихся процессов:

Для установившихся процессов:

где - коэффициент теплоотдачи; F- площадь поверхности стенки;

t_част – частный температурный напор.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ.

1. Скорость движения теплоносителей вдоль поверхности стенок. Известно, что чем больше скорость движения теплоносителя, тем меньше толщина ламинарного пограничного слоя, следовательно, будет меньше тепловое сопротивление процессу переноса теплоты, тем выше будет коэффициент теплоотдачи.

2. Физические свойства теплоносителей: вязкость, удельная теплоемкость, плотность, теплопроводность температура.

3. Размеры и формы поверхности стенки. Формы поверхностей бывают: ребристые, плоские, цилиндрические и т.д. Причем орибрение производят с целью увеличения коэффициента теплоотдачи. Орибрение выполняется со стороны того теплоносителя, где коэф. теплоотдачи ниже.

В виду того, что на коэф. теплоотдачи влияют множество факторов, расчет коэф. теплоотдачи чисто аналитическим путем невозможен, поэтому коэф. теплоотдачи рассчитывают с помощью критериев теплового подобия.

КРИТЕРИИ ТЕПЛОВОГО ПОДОБИЯ.

1. Критерий Нуссельта. Характеризует теплообмен между теплоносителем и стенкой.

где d – диаметр трубопровода; - коэффициент теплопроводности теплоносителя.

2. Критерий Рейнольдса. Характеризует режим движения теплоносителя.

3. Критерий Прандтля. Характеризует физические свойства теплоносителей.

4. Критерий Грасхгофа. Характеризует режим движения теплоносителей при свободной конвекции.

где - кинематическая вязкость; - температурный коэффициент объемного расширения.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА .

1. В начале рассчитывают критерии Рейнольдса и Прандтля.

2. В зависимости от конкретных условий выбирают критериальное уравнение для расчета Нуссельта.

При

При

При

3. Вычислив критерий Нуссельта, находим коэф. теплоотдачи из критерия теплового подобия Nu.

ПЕРЕДАЧА ТЕПЛОТЫ ИЗЛУЧЕНИЕМ.

Перенос теплоты основан на превращении части внутренней энергии излучающего тела в энергию излучения в виде электромагнитных волн, которые распространяются в свободном пространстве.

Если для переноса теплоты теплопроводностью и конвекцией необходима материальная среда, то для передачи теплоты излучением такая среда не требуется.

Поскольку при передаче теплоты излучением имеет место и конвекция, то такой теплообмен между телами называют лучистым.

ЗАКОН СТЕФАНА – БОЛЬЦМЕНА.

Согласно закону количество излучаемой теплоты прямо пропорционально поверхности излучающего тела и в 4 степени его абсолютной температуры.

где Т – температура в Кельвинах; С - коэф. излучения данного тела;

ЗАКОН КИРХГОФА.

Устанавливает зависимость между излучательной способностью тела с его поглощательной способностью. Согласно закону эти свойства равны между собой, отсюда следует, что тела, хорошо излучающие теплоту, хорошо и поглощают ее.

СЛОЖНЫЙ ТЕПЛООБМЕН.

Рассмотрим совместную передачу теплоты конвекцией и теплопроводностью. Процесс теплообмена между двумя теплоносителями через стенку называется теплопередачей.

Представим, что процесс установившийся и определим количество передаваемой теплоты.

1. От горячего теплоносителя к стенке путем конвекции.

2. Через стенки путем теплопроводности.

3. От стенки к холодному теплоносителю путем конвекции.

- уравнение теплопередачи.

где К – коэф. теплопередачи.

- уравнение коэф. теплоотдачи с учетом загрязнения стенок.

СОВМЕСТНАЯ ПЕРЕДАЧА ТЕПЛОТЫ

КОНВЕКЦИЕЙ И ИЗЛУЧЕНИЕМ.

- общее количество тепла, отдаваемое в окружающую среду с нагретой стенки.

При выполнении расчетов, не требующих большой точности, общий коэффициент теплоотдачи рассчитывается по эмпирической формуле Лингевского.

ВИДЫ ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ.

В зависимости от направления движения теплоносителей вдоль поверхности теплообмена различают:

Прямоток – это когда оба теплоносителя движутся в одном направлении.

Если

тогда

Если

тогда

Противоток – это когда теплоносители движутся на встречу друг к другу.

Смешанный ток – встречается в многоходовых кожухотрубчатых теплообменниках.

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ.

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ.

Топливо – природные полезные ископаемые или получаемые на их основе горюче – органические вещества.

К твердым топливам относятся: каменный и бурый уголь, горючие сланцы, торф, древесина.

Жидкие топлива – это в первую очередь нефть и продукты ее термической или каталитической переработки бензин, газойль, масла и получаемые на их основе товарные топливные продукты.

Газообразные топлива включают природный газ, попутные газы нефтедобычи, а так же образующиеся во многих процессах углехимии, нефтепереработки и нефтехимии коксовый газ и генераторный газ и др.

Основной характеристикой топлива является теплота сгорания. Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяемое 1 кг топлива при его полном сжигании. Теплота сгорания зависит от химического состава топлива и условий его сжигания.

Теплота сгорания природных топлив:

торф 18800-2300 кДж/кг;

бурый уголь 25700-27600 кДж/кг;

каменный уголь 27000-32000 кДж/кг;

антрацит 33500-36000 кДж/кг;

горючие сланцы 30100-32700 кДж/кг;

нефть 41800-62700 кДж/кг;

природный газ 35000-45800 кДж/кг.

Выполнение энергетической программы будет обеспечиваться путем выполнения ряда основных положений, к которым относится:

- активная энергосберегающая политика на базе ускоренного научно-технического прогресса, всемирная экономия топлива и энергии, обеспечение энергоемкости комплекса;

- ускоренное развитие ядерной энергетики для производства электрической и тепловой энергии и высвобождения дополнительных ресурсов органического топлива;

- организация промышленного производства искусственных жидких топлив на основе угля, сланца, и природного газа;

- обеспечение роста ресурсов моторных топлив, прежде всего путем увеличения глубины переработки нефти и одновременного сокращения расхода мазута электростанциями. Предусматривает так же широкое использование в качестве моторных топлив сжатого и сжиженного природного газа.

Нагревающие агенты и способ нагревания.

Обычно используется насыщенный водяной пар. Он обладает высокой удельной теплотой парообразования.

Важным достоинством насыщенного водяного пара является постоянство температуры его конденсации при данном давлении, что позволяет точно поддерживать температуру нагревания, а так же в случае необходимости легко ее регулировать, изменяя давление греющего пара. Водяной пар дешев, доступен, нетоксичен, и пожара безопасен.

Использование перегретого пара допускается при том условии, что нагрев пара невелик(20-30⁰ С). Перегретый пар в процессе теплообмена переходит в состояние насыщенного пара, а затем конденсируется.

Существенным недостатком является то, что рост температуры его насыщения связан с повышением давления.

Применяют насыщенный водяной пар для нагревания до температур 150-180⁰ С при давлении 0,5-1,2 МПа.

Расход острого пара определяется из уравнения теплового баланса:

где D_n – расход греющего пара, кг/c; G – расход нагреваемой жидкости; С – средняя удельная теплоемкость нагреваемой среды;

Q_пот – потери теплоты от стенок в окружающую среду; I_n – удельная энтальпия греющего пара; С_В – удельная теплоемкость конденсата.

Расход глухого пара определяют по формуле из уравнения теплового баланса:

где I_K – удельная энтальпия конденсата.

Типы конденсатоотводчиков:

1. устройство подпорной шайбы со вставным ниппелем.

2. термостатический конденсатоотводчик с сильфоном.

3. термостатический игольчатый конденсатоотводчик конструкции АВ.

4. поплавковый конденсатоотводчик с закрытым поплавком.

5. поплавковый конденсатоотводчик с открытым поплавком.

Конденсатоотводчик устанавливают ниже теплообменника и снижают обводной линией, позволяющей проводить ремонт без остановки теплообменного аппарата.

Горячая вода.

Горячую воду используют для нагрева до 100⁰ С.

Коэф. теплоотдачи при нагревании горячей водой во много раз ниже, чем коэф. теплоотдачи конденсирующего пара.

Иногда для нагревания до температуры 350⁰ С применяют нагретую воду, однако это связано с высоким давлением, что резко снижает экономичность теплообменного аппарата.

В теплообменных установках с обогревом горячими жидкостями обычно применяется циркуляционный способ обогрева, при котором теплообменник и источник теплоты образуют замкнутую систему, в которой циркулирует жидкий теплоноситель вода или высококипящие жидкости.

Различают естественную и принудительную циркуляции.

При естественной циркуляции теплоноситель циркулирует за счет разности его плотностей в нагретом и охлажденном виде.

1- печь;

2 – теплообменник;

Нагретый в печи 1 теплоноситель за счет снижения плотности поднимается в теплообменник 2, где отдает теплоту, при этом плотность повышается, и теплоноситель возвращается в печь для следующего нагревания.

При принудительной циркуляции жидкость перекачивается по замкнутому циклу с помощью насоса, за счет чего увеличивается скорость циркуляции и соответственно интенсивность теплообмена.