În procesele termice, căldura este transferată de la o substanță la alta. Aceste substanțe implicate în procesele de transfer termic se numesc purtătoare de căldură. Substanțe cu temperatură mai ridicată, în care căldura de transfer de căldură de proces, sunt numite hot media de transfer de căldură, și substanțe cu un mai mic, care primesc căldură - transfer de căldură rece media.
Există două metode tehnologice principale pentru realizarea procesului termic.
1. Prin contactul direct al lichidelor de răcire (rareori efectuate)
2. Transferul de căldură prin perete (purtătoarele de căldură în acest caz nu se amestecă și fiecare se deplasează prin canalul său)
Transferul de căldură în cel de-al doilea caz are loc prin:
Transferul de căldură prin conductivitatea termică se realizează prin transferul căldurii cu contact direct al particulelor individuale ale corpului. În acest caz, căldura este transferată de la o particulă la alta, ca rezultat al mișcării vibraționale a particulelor, fără a le mișca unul față de celălalt. Metoda este în principal pentru metale. Transferul de căldură prin conductivitatea termică este descris de legea Fourier. Cantitatea de căldură care trece prin conductivitatea termică este direct proporțională cu timpul, gradientul de temperatură și suprafața normală cu direcția transferului de căldură.
dQ = - # 955; d # 964; dF
# 955; (lambda) este coeficientul de conductivitate termică. Semnul "-" indică faptul că temperatura scade în direcția x (direcția de transfer de căldură)
Coeficientul de conductivitate termică are următoarele valori
Conductivitatea termică a unui perete plat (țeavă) poate fi calculată după cum urmează:
- cantitatea de căldură care trece prin perete
l este grosimea peretelui
transfer de căldură prin convecție se produce în particulele lichide și gaze prin deplasarea acestora în funcție de mișcarea particulelor datorită mișcării de densitate fluid sau gaz sau diferite lor la diferite puncte.
Transferul de căldură prin acest strat limită respectă legea Fourier
# 916; - grosimea stratului limită, t0 - temperatura la limita stratului = t1
Valoare = # 945; în acest caz se numește coeficientul de transfer de căldură
# 945; Este cantitatea de căldură pe care un perete de 1 m 2 o ocupă în 1 oră și la o diferență de temperatură de 1 ° C.
calcul # 945; - problema este dificilă, deoarece grosimea stratului laminar este determinată în mod incorect datorită limitelor difuze ale stratului. În acest strat, transferul de căldură are loc atât prin convecție, cât și prin conductivitatea termică. În cazul general # 945; este o funcție a multor variabile.
Să analizăm acum transferul de căldură prin perete.
Cu transfer de căldură la starea de echilibru
Adăugăm partea dreaptă și partea stângă, # 964; vom transfera în partea dreaptă, # 945; # 955; - în stânga
= K - coeficient de transfer de căldură prin perete
Transmiterea căldurii prin radiație are loc prin intermediul undelor electromagnetice. În acest caz, energia termică devine radiantă și apoi din nou în căldură după absorbția energiei radiante de către un alt corp. Corpurile care absoarbe toată energia sunt numite corpuri absolut negre. Corpurile care reflectă complet energia sunt numite corpuri absolut albe. Acestea sunt concepte pur teoretice. Emisiile fac obiectul legii Stefan-Boltzmann.
Transferul de căldură prin radiație este un proces de transfer de căldură sub formă de unde electromagnetice (fotoni). Acest tip de căldură are loc în trei etape: energia internă a corpului este mai întâi transformată în energie radiație, care, în a doua fază este distribuit în spațiu, iar a treia fază a energiei radiației este convertit înapoi în absorbant fluxul radiant temperatura corpului. Schimbul de radiații are loc între toate corpurile și este singurul mod posibil de a transfera Q într-un vid. La temperaturile tipice în inginerie, cantitatea principală de căldură este radiată în domeniul infraroșu.
Când fluxul de radiații lovește corpul, acesta este împărțit în 3 părți: Enoch absorbit. Eotrul reflectat și Erop ratat
unde A este absorbția corpului, R este reflexia corpului și D este transmisia corpului.
Pentru A = 1; R = D> 0 - corpul este absolut negru
R = 1; A = D = 0 - corpul este absolut alb
D = 1; A = R = 0 - corpul este diathermic (transparent)
În natură, nu există nici un corp absolut negru, nici un corp absolut alb. Proprietatea unui corp absolut negru are o deschidere în peretele corpului gol.
Cantitatea de căldură radiată de organism pe unitate de timp este proporțională cu suprafața corpului și cea de-a patra putere a temperaturii sale absolute:
C - coeficient de radiație
Dacă două corpuri se află la o anumită distanță unul față de celălalt și T1 C h = 5 • 10 - 8 kcal / m 2 • h • (gradul K) 4 Cb = 1 • 10-8 kcal / m 2 • h • (grade K) 4
# 949; - gradul de negru
De exemplu, # 949; cupru = 0,023; # 949; azbest = 0,96.
Aparatele pentru schimbul de căldură sunt utilizate la fel ca și pentru recuperarea căldurii (regeneratoare și recuperatoare).
Deoarece legile de inginerie de căldură prin radiație pentru cel mai important este legea Stefan-Boltzmann: cantitatea de energie emisă pe unitatea de suprafață corpuluinegru pe unitatea de timp este proporțională cu puterea a patra a temperaturii absolute:
unde # Emisivitatea unui corp absolut negru.
Atunci când aplicați legea organismului gri:
și raportul lor este gradul de apropiere a corpului de un corp absolut negru
Dintre toate tipurile de energie consumate în industria chimică, primul loc aparține energiei termice. Gradul de utilizare a căldurii în timpul procesului chimico-tehnologic este determinat de KPD termic:
unde Qm și Qp, respectiv, cantitatea de căldură consumată teoretic și practic pentru reacție.
Utilizarea resurselor secundare de energie (deșeuri) crește KPD. Deșeurile energetice sunt utilizate în industria chimică și în alte industrii pentru diverse nevoi.
Deosebit de importantă în industria chimică este utilizarea căldurii produse de reacție care iese din reactoare pentru a preîncălzi materialele care intră în aceleași reactoare. O astfel de încălzire se realizează în aparate numite regeneratoare, recuperatoare și cazane de căldură reziduală. Ei acumulează căldura gazelor reziduale sau a produselor și o dau la dispoziție pentru realizarea proceselor.
Regeneratoarele funcționează periodic cu camere care funcționează cu o duză. Pentru un proces continuu, este necesar să aveți cel puțin 2 regeneratoare.
Gazul fierbinte trece mai întâi prin regeneratorul A, își încălzește duza și el însuși este răcit. Gazul rece trece prin regeneratorul B și se încălzește din încărcătura încălzită anterior. După încălzirea duzei în A și răcirea în B, obloanele sunt închise etc.
Recuperatorii reactanți, alimentat în schimbătorul de căldură, unde căldura datorită produsului pla te-fierbinte ce iese din vasul de reacție, și apoi furnizat în reacție-torr. Transferul de căldură are loc prin pereții tuburilor schimbătorului de căldură.
În cazul cazanelor cu căldură reziduală, căldura gazelor de eșapament și a produselor de reacție este utilizată pentru producerea de abur.
Gazele fierbinți se deplasează prin conductele situate în corpul cazanului. Există apă în spațiul intertubular. Aburul rezultat, care trece prin dezumidificator, iese din cazan.