Жылу алмасу роцестери

МАЗМҰНЫ 

 

І. КІРІСПЕ..................................................................................................2

ІІ. ЖЫЛУ АЛМАСУ ПРОЦЕСТЕРІ.....................................................3

2.1 Жылулық тепе-теңдік, жылулық  баланс....................................4-5

2.2 Конвенция...................................................................................5-6

2.3 Қыздыру, суыту және конденсация..........................................7-9        

2.4 Кожухты трубалы аппарат..........................................................10        

2.5 Есеп...............................................................................................11

ІІІ. ҚОРЫТЫНДЫ.................................................................................. 12

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР........................................................ 13 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ         

 

    Жылу  өткізу түрлері нақты жылу алмасу аппараттарында күрделі жылу өткізу формасындағы түрлі қосылыстар түрінде  кездеседі.Оның математикалық суреттемесі  жылу өткізудің түрлерінің қатысуымен анықталады. Күрделі жылу өткізгіштің негізгі заңдылықтарын оқыту осы тараудың бұйымы болып табылады. Алғашында жылу алмастырғыштардың классификациясы, кейін жылу алмасу және жылу өткізу қарастырылған.       

Жылу  алмасу аппараттары деп ыстық  ортадан суыққа (жылу тасымалдағышы) жылу өткізу жабдығын айтамыз.      

Жылу  процестерінде жылу бір заттан екінші затқа беріледі. Жылу берілу процестерінеқатысушы заттар жылу беруші тасығыштар деп  аталады. Жылу алмасу процестерінде  жылу процестерінде жылу беруші жоғары температуралы зат ыстық жылу тасығыш деп аталады. Жылу процестерін жүргізудің негізінен екі әдісі бар:

жылу тасығыштарды тікелей тиістіру арқылы;

жылу тасығыштарды бөлетін қабырға арқылы жылу беру.

Жылу  беру процесінде жылу тасығыштары тікелей  тиіскенде жылу тасығыштар бір-бірімен араласуға түседі. Ал қабырға арқылы жылу берілсе жылу тасығыштар араласпайды олар өздеріне тиісті каналдармен бөлек жүріп отырады. Жылу тасығышты бөлуші қабырғаның беті жылу алмасу беті деп аталады.             

Жылу берілістің екі процесі болуы мүмкін.

1) тұрақталған; 

2) тұрақталмаған; 

тұрақталған процестерді стационарлық процестер  деп атайды. Стационарлық процесте аппарат ішіндегі әрбәр нүктелерде температура уақыт бойынша өзгеріске  түспейді.Тұрақталмаған процестер  стационарсыз процестер деп аталады. Стационарсыз процестерде аппарат ішіндегі әрбәр нүктенің температурасы уақыт бойынша өзгеріске түседі. Тұрақталған прцестер тұрақты режиммен жұмыс істеуші және үздіксіз істеуші аппараттарға тән болып табылады.      

Тұрақталмаған процестер периодты түрде жұмыс істеуші аппараттарға тән болып табылады және сондай-ақ бұл жағдай үздіксіз аппараттарды іске қосу және тоқтату кездерінде орын алады.            

Бір заттан екінші затқа  жылу беру мынадай жолдармен іске асырылады:       

1) жылу өткізгіштік арқылы;      

2) конверция арқылы;      

3) сәуле шығару арқылы;

Жылу өткізгіштік арқылы жылу беріліс сол заттың әрбәр бөлшектерінің тікелей тиісуі бойынша жылу беріліс іске асады. Мұнда энергия бір бөлшектен екінші бөлшекке сол бөлшектердің тербелмелі қозғалысының нәтижесінде беріледі.

Жылу беріліс конверция арқылы жүргенде сұйық және газдардың бөлшектерінің қозғалуы бойынша іске асады. Мұндағы бөлшектердің қозғалысы сұйық көлемінің әрбір нүктелеріндегі тығыздықтарының айырмашылығы бойынша жүреді. Тығыздық айырмашылығы сұйық пен газ массасындағы температураның әртүрлі таралуына байланысты орын алады. Сәуле шашуға жылу беріліс электромагнит толқын түрінде энергияның ауысуы бойынша жүреді. Мұндай жағдайда жылулық энергия сәуле энергиясына айналады ол сәуле кеңістік бойынша өтеді және ол белгілі бір затқа кездескенде ол заттың сәулені жұтуына байланысты энергия қайтадан жылуға айналады. Бұл аталған жылу беріліс түрлері әдетте сирек кездеседі. Әдетте олар араласқан түрде болады . Қабырға арқылы жылу берілісте бостық жылу тасығыштан жылу қабырғаға конверциялық жолмен беріледі. Ол қабырға ішінде жылу өткізгіштік жолмен жылу беріліс жүреді.

 

ІІ. ЖЫЛУ АЛМАСУ ПРОЦЕСТЕРІ

2.1 Жылулық тепе-теңдік  немесе жылулық баланс      

Бір уақыт бірлігі ішінде бір заттан екінші затқа өтуші жылу мөлшері  жылулық ағын деп аталады. Ол Дж/сек пен өлшенеді. Жылу тасығыштардың арасында жылу алмасып жүрген кезде ыстық жылу тасығыштың энтальпиясы, яғни құрамы төмендейді. Ол суық жылу тасығыш энтальпиясына көтерідеді. Егер ыстық жылу тасығыштың мөлшерін м/сек  деп алсақ, ал бастапқы энтальпиясын І1 деп алсақ және соңғы энтольпиясын І2 деп алсақ (мұны Дж/сек) және суық тасығыштың мөлшерін дж/сек деп алсақ оның бастапқы энтальпиясын д1 , соңғы энтальпиясын  д2 (Дж/кг) деп алсақ, ыстық жылу тасығыштан суық жылу тасығышқа берілетін жылу мөлшерін QBт ден алсақ және қоршаған ортаға жоғалған жылу мөлшерін QBт деп алсақ онда жылу балансын біз  былай жазамыз:

GJ +gі= GJ + gі+Q (1)

G(J1-J2)=g(i1-i2)+Qж  (1а)

1а өрнегіндегі  G(J1-J2)= Qыстық (1б) деп алайық;Q –  ыстық жылу тасығыштан берілген жылу мөлшері болып табылады. Және суық тасығыштың қабылдаған жылу мөлшері .Сонда (1а) өрнегімізді былай жазуға болады:

Qыстық= Qсуық+Qжылу (2)  

 ыстық жылу тасығыш болып табылады. Берілген жылудың бір бөлігі  суық жылу тасығыштан өтеді,  және бір бөлігі қоршаған ортаға жоғалған жылу мөлшерін толықтыруға жұмсалады.

және (2) теңдеулер жылу балансының теңдеуі деп аталады. Жылу алмастырғыш аппараттарда жылу жоғалу аз мөлшерде болады (2-3 % -тен аспайды).  Сондықтан оны есепке алмаса да болады. Сонда 

Qыстық=Qсуық=Q

Q=G(І1 – І2) = g (i1 – i2)   (3)

Жылу  беріліс процесі жүру үшін ыстық  және суық жылу тасығыштар темперетураның біршама айырмашылығы болу керек. Осы  температуралар айырмасы жылу процесінің қозғаушы күші болып табылады және ол температуралық тегеурін деп аталады. Егер жылу тасығыштың температурасын Т деп белгілесек және суық жылу тасығыштың температурасын t деп белгілесек, онда температуралық тегеуірін                                                  θ = T – t      (4)

Температуралық  тегеуірін неғұрлым үлкен болса, соғұрлым жылу беріліс жылдам жүреді. Жылу мөлшері мұнда жылу алмасу бетіне Ғ температуралық тегеуірінге θ және уақытқа t тура пропорционал болып табылады.

Q = K F θ t  (5)

К –  пропорционалдық коэффициент жылу беріліс коэффициенті деп аталады.Жылу беріліс коэффиценті бір бет бірлігі ішінде және бір уақыт бірлігінде, температуралық тегеуірін бірге тең болғанда өтетін жылу мөлшерін көрсетеді. 

 немесе           

(5)

Үздіксіз  процестерде жылулық жүктеме есебінде бір уақыт бірлігі ішінде берілген жылу мөлшері қарастырылады.

Q = kE θ

Жылу  алмасу процестерінде жылу тасығыш  температурасы немесе температуралық тегеурін өзгереді. Сондықтан (5,6) теңдеулерде  температуралық тегеуіріннің орташа мәні қойылады. (θорт)Егер жылу қабырға арқылы жылу өткізгіштік жолымен берілетін болса, онда белгілі бір жылу мөлшері Q, Ғ(бет ауданға) тура пропорционал, қабырғаның екі бетінің температурасының айырмасына және уақытқа тура пропорционал    

(уақытқа) тура пропорционал, ал  қабырға қалыңдығына кері пропорционал. Жылу өткізгіштік коэффициенті  бір өлшем уақыт бірлігі ішінде  қабырға арқылы оның екі бетінің t-ның айырмашылығы 1ºС болғанда және оның қалыңдығының бір өлшем бірлігіне тең бөлінген мәні  болып табылады. Бұл коэффициент қабырға материалының қасиетіне және температураға байланысты болады. Температура көтерілген сайын затты материалдардың көпшілігінің жылу өткізгіштігі өседі, ал сұйық материалдардың жылу өткізгіштігі төмендейді.

Кейбір  материалдардың жылу өткізгіштігі:

Материал
Болат, шойын	45
Тотықпайтын болат	17
Алюминий	200
Мыс	350
Латунь (қоспа)	85
қорғасын	35

Жылу  беріліс конверция арқылы жүргенде жылу тасығыш жүретін қабырғаның бетінде жұқа қабаттық ламинарлық шекаралық қабат пайда болады. Осы қабат арқылы жылу өткізгіштік жолымен өтеді, ал бұл қабаттан кейін жылу тасығыштың барлық масасы бойынша температура бірдей  болып келеді. Жылу тасығыштың барлық массасының ішіндегі температураның теңелуі сол жылу тасығыш бөліктерінің қозғалыс нәтижесінде  пайда болады. Егер жылу тасығыштың ағысы турбулентік жағдайда болса, онда араласу күшейтеді бұл жылу тасығыштың шекаралық қабатының жұқаруына әкеледі  және жылудың берілу мөлшерін ұлғайтады. Жылу тасығыштың негізгі массасының температурасы мен қабырға температурасының айырмашылығын θ жекелеген, онда өтетін жылудың мөлшеі қабырға бетіне Ғ тура пропорционал және жекеленген температуралық тегеуірінге θжек және уақытқа тура пропорционал болады.       

Жылу беру процесі ыстық жылу тасығышқа қабырға арқылы берілетін болсын. Ыстық жылу тасығыштың қабатында температура Т → tқаб1ге дейін төмендейтін болсын. Ал қабырға қалыңдығы арқылы tқаб1→ tқаб2 дейін төмендейді. Бұл жағдайда  жылу ыстық жылу тасығыштан қабырғаға конверция арқылы беріледі: ал қабырғадан суық тасығышқа да температура конверция бойынша өтеді және қабырға арқылы жылу өткізгіштік бойынша өтеді.

Q1=

Qқаб=

Q2=  

 

- бұл жылу тасығыштан қабырғаға  өткен және қабырғадан суық  тасығышқа өткен жылу тасығыш  коэффициенті болып табылады.

- қабырғаның жылу өткізгіштік  коэффициенті.

- қабырға қалыңдығы

Ғ- жылу өткізгіш беті. Бұл қабырға бетінің ауданына тең болады. Ал қабырға жазықтық болған жағдайда бет аудан тұрақты болып табылады.       

Процестің тұрақтылығы жағдайында ыстық жылу тасығыштан қабырғаға берілген жылу Q1 және қабырғадан өткен жылу Qқаб және қабырғадан суық жылу тасығышқа өткен Q2 жылу мөлшерлері бірдей болып келеді. 

Q1= Qқаб= Q2=Q   (10a)

Үздіксіз  процестерде жылу тасығыштар барлық уақытта өзара қозғалыста болады. Олардың бағыттары әр түрлі болады. Жылу тасығыштар қозғалыстың негізгі түрлеріне тура ағыс және кері ағыс жатады. Тура ағыста екі жылу тасығыштар жылу алмасу беті бойынша жүреді және бағыттары бір болады. Ал кері ағыста жылу тасығыштар қарама-қарсы бағытта қозғалады. Тура және кері ағыстарда орташа температуралық тегеуірін температуралық тегеуіріндердің ең жоғарғы және ең төменгі мәндерінің орташа логарифмдік шамасы бойынша анықталады.       

Егер  - ның ге қатынасы.

<2   болса, онда тек орташа арифметикалық мәндері бойынша есептеуге болады.   

 
2.2 Конвенция      

Конвенция  дегеніміз – газ және сұйықтың макроскопиялық көлемдерінің қозғаласы  және араласу нәтижесінде жылу берілу процесі болып табылады. Жылу беріліс екі жағдайда болуы мүмкін.

Табиғи жағдай немесе еркін жағдай, мұнда сұйық немесе газ күйінің әртүрлі нүктелеріндегі тығыздықтардың айырмашылықтары бойынша жүреді. Бұл осы нүктедегі температуралардың айырмашылығы бойынша жүреді.

2)Еріксіз конверция бұл сұйық  немесе газдың бүкіл көлемдерінің  күшпенен қозғалу нәтижесінде  орын алады. Мұнда араластырғыштарды  пайдалану осылайша жүреді. Жылу  конвенция арқылы ауысқанда жылу  беру коэффициенті шекаралық  ламинарлық қабаттың кедергісімен және жылу тасығыштың негізгі массасы мен және шекаралық қабат арасындағы кедергілер бойынша анықталады.      

Жылу  беру коэффициентінің мәндері мына шамаларда болады:

Жылу  алмасу процесі	Коэффициент мәндері
Газдарды  қыздыру және суыту	10-50
Органикалық сұйықтарды қыздыру және суыту	50-1500
Суды  қыздыру және суыту	200-10000
Судың қайнауы	500-10000
Су  буының конденсациясы	4000-15000
Органикалық сұйықтардың буларының конденсациясы	500-2000

Жылу  беру коэффициентінің шамасын анықтаушы  негізгі факторларға мыналар жатады.

Жылу тасығыш қозғалысының сипаты және оның жылдамдығы. Жылу тасығыштың жылдамдығы ұлғайған сайын шекаралық қабаттағы ламинарлық қабаттың қалыңдығы төмендейді. Осыған байланысты оның жылу кедергісі азаяды, ал жылу беру коэффициенті ұлғаяды.

Жылу тасығыштың физикалық қасиеті, яғни оның тұтқырлығы, жылу өткізгіштігі, тығыздығы, меншікті жылу сиымдылығы. Әдетте жылу беру коэффициенті тұтқырлықтың азаюымен және жылу өткізгіштің ұлғаюымен жылу беру коэффициенті ұлғаяды және сол сияқты оның тығыздығы мен оның меншікті жылу сиымдылығы ұлғайған сайын ол да  ұлғаяды. Жылу тасығыштың физикалық қасиеті температураға байланысты өзгеретіндіктен жылу беру коэффициенті де осы температураға байланысты болады.

Жылу алмасу бетінің аумағы мен турі

Сонымен жылу беру коэффициентінің шамасы гидродинамикалық,

физикалық және оның геометриялық факторларымен  анықталады.       

Сондықтан жылу беру коэффициентінің осы факторларымен  байланысы өте күрделі болады және ол теориялық жолмен анықтала алмайды. Сондықтан жылу беру коэффициентін анықтау үшін эксперименттік  мәліметтер алынады. Олар ұқсастық теориясы көмегімен өңделеді. Осының нәтижесінде критерилік теңдеулер шығарылады. Ұқсастық теориясының жылу берілістің конвенциялық түріне қолданылуы мынадай критерийлермен анықталады.

Критерий  аттары	Формуласы	Физикалық мән-мағынасы
Нуссельт		Жылу тасығыш  қабырға арасында жылу алмасу процесін сипаттайды.
Рейнольдс		Жылу тасығыш  қозғалысының гидродинамикалық режимін сипаттап береді.
Прандтль		Жылу тасығыштың физикалық қасиеттерін сипаттап береді.
Грасгоф.	r=	Жылу тасығыштың еркін конверция кезіндегі қозғалу  режимін сипаттап береді.

 

  
  
  
  
  
2.3 Қыздыру, суыту  және конденсация      

Қыздыру химиялық технологияда көп қолданылатын амалдардың бірі болып табылады. Қыздырудың нәтижесінде химиялық және масса алмасу процестері жақсы жүреді. Температуралық және басқа жағдайларға байланысты қыздыру процесін жүргізу үшін мынадай әдістер қолданылады:

су буымен қыздыру;

газ түтінімен қыздыру;

аралық жылу тасығыштарды пайдалану;

электр ағынын пайдалану.      

Су  буы арқылы қыздыру әдісімен көбінесе қаныққан су буымен қыздыру қолданылады. Бұның су буының қысымы 1-1,72 МПа.

Кез келген аппарат жылуды тасымалдау үшін қолданылса (өте ыстық мекенде немесе суықта) онда ол жылу алмасу аппараты деп аталады. Өзінің қолданылуына қарай жылу алмасу аппараты мұздатқыш, конденсатты, қайнатқыш болып бөлінеді. Бірақ тәжірибеде жылу алмасу аппараттары жылуды регенерациялау басқалардан ажырату үшін (жылытқыштардан, мұздатқыштардан, буландырғыштардан және т.б.) ажырату үшін арналған. Орнатылған өтпелі жылу ағынының регенерациясы әрқашан экономикалық тиімді бола бермейді.      

Сұрақтарды  шешу кезінде жылу ағының регенерациясын таңдау құралдары, техникалық процеске қатысты дайындалған мұнай, газ, өндірісте санасу қажет экономикалық және технологиялық орнатылған шегі, жылу регенерациясын пайдасы, жылу алмасу орындарының төбесін өзара бөлу. Сондай-ақ төмендегі келесі заттар есте болуы қажет:

Ағынның регенерация дәрежесі үлкейген сайын пайдаланылған объекттегі шығынның жақстаруы және жалпы процесте қатысушы  (жанармай шығыны азаюы, ошақтың көлемі кемуі, мұздатқыштың суық өндіретін қуаты азаюы). Бірақ әркезде жанармай бағасына қарай экономикалық санақ жүргізіліп, су электр энергиясы және басқа да көрсеткіштерге қарай есеп жасалады.

Жылу (немесе суық) регенерациясының жылу алмасу дәрежесі үлкейген сайын, жылудың мөлшері прогрессивтітүрде өседі. Бұл ортаңғы температураның напорын төмендеуін шақырады, ал басқа кездерде де жылу тасымалдау коэффициентін төмендетеді. Температураның және ағынның мөлшері жеткілікті үлкен кезде жылу сұйығының ағынын қолдану қолайлы болады.

Жылу алмасудың төбесіндегі 1м2  бағасы, қызған ошақтың  1м2 төбесінен 7-9 есе кем болады. Жылу алмасудың төбесіндегі 1м2 орнатылған 1 сағ. 1700-2400 ккал (ортаңғы жылу қуатының ошағы 15000-17000 ккал/ м2  сағ жылуды орнату тиімді  болады). Мысалы, мына берілгендерконструктивті шешімдерге бөлінуі мүмкін, т.б. (қуаттың бір көлемге көбеюі, ауданға және қолданылатын аппараттың жасалуына қарай).

Мақсатты түрде жылу буын әсіресе конденсатты салыстырмалы жоғары температурада қолдану қажет. Бұл аппараттың осы будың әсерінен тез тотығуы мүмкін екенін еске алу қажет.

Бөлшекті өлшенген жылу бу өнімдерін қолдану қолайсыз болып келеді.       

Бұл жағдайларда қолайсыздықты анықтау  үшін жылу алмасу технологиялық процесте бауды енгізу көптеген инженерлік және экономикалық факторларға байланысты болып келеді.       

Жұмысшылардың мекені салыстырмалы көп диапазондағы  температурада және қысымда және әртүрлі жылу алмасу параметрлерінде  мінезделген.

Берілген мөлшерде жылуды бірінші мекеннен екінші мекенге тасымалдау жылу алмасудың жоғары температурасында қамтамасыз етіледі.

Жұмысқа қабілетті және жеткілік сенімді аппараттар берілген термодинамикалық параметрлі жұмысшы мекені (қысым, температура, көлем) фазалық жағдайына байланысты болмайды.

Тұрақты жұмыс аппараты процесс кезінде жұмыс мекенінің физикалық құрамы жылу алмасу кезінде өзгеруі (тұтқырлық, тығыздық, жылу өткізгіш, фазалық жағдайы, т.б.) мүмкін.

Жылу алмасудың төбесі химиялық тұрақтылығы жеткілікті кезде және жұмыс мекеніне басқа да аппараттар элементтері құрылыста әсер етуі мүмкін.

Жылу алмасудың төбесін көру мүмкіндігі жылу алмасу процесі кезінде тұрып қалудан тазартудың оңайлығы.

Жеткілікті артық тығыздық, жұмыс орнында қысымның өзгеруінен және жылу алмасу температурасының кейбір жерлерде деформациялануынан қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.

Негізгі кіші көлемде металл ыдысты аппарат жылуға ауыртпалық түскенге арналған.

Жылу алмасу үлкен коэффициентті үлкен жылдамдық кезінде гидравликалықта кішігірім жоғалтады.       

Жылу  алмасу әртүрлі сұраныстарға байланысты аппаратына қойылатын келіспеушіліктер: (жылу алмасудың жоғары коэффициенті ағынның үлкен жылдамдығы жоғары гидравликалық кемуі және т.б.) әртүрлі технологиялық процестеріне сұраныстар жылу алмасу аппаратына қойылатын технологиялық өзгешелігі.       

Жылу  алмасу өткізетін фазалық қалпы  жұмыс мекенінде (қыздырғыштар, мұздатқыштар және салқындатықштар өзгеріссіз қалуы).

Бір уақытта жылу алмасуды технологиялық процесте өткізу (абсорберлер, франкционерлер конденсаторы, изотермиялық процесте салмағы ауысуы және аппарат қолданғанда).

Бұдан бөлек  жылу алмасу ажырату: жұмыс мекеніне қарай (бу және газ сұйығы).

Мінезіне қарай аппараттыңм режимінің температурасы (режимде орнатылған жылу алмасудың үздіксіз жұмысы, режимде орнатылған жылу, жылу алмасу қозғалысы).

Құбырлардан жасалған жылу алмасу құрылысының белгісіне қарай мыналардай болып бөлінеді: құбырдан құбырға жылу алмасуы, ауада салқындатылатын, қоршауда жылжымайтын, жүзетін басымен, компенсатор арқылы ұзартылған.       

Мұнай және газ өндірісінде жылу алмасудың  келесі түрі көп таратылған.

жылу алмасу кезінде құбырдың қабы қатты түрі, тігінен орындалған және көлденең бір жүретін немесе көп жүретін вариант.

жылу алмасудың негізгі осындай жылу алмасудың қатты түрі аппараттың сыртқы құбырына біріктірілген сырттағы және қоршаудағы температураның қысымын болдырмау үшін үлкен температураның айыпмашылығы қолданылып жатқан жылу алмасуда кемітілген айырмашылығы 50˚С температура аралығында болуы керек. Басқа да кемшіліктердің қатарына жоғары құбырдың сыртын тазалауға мүмкін еместігі және т.б. жылу алмасудың қатты түрін тек құбырлардың қабатына былғымайтын мекенде қолдануға болады.       

Кейбір  жағдайларда екі мақсатқа  байланысты процесс жүреді, яғни суық жылу тасығышты  қыздыру үшін және ыстық жылу тасығышты  суыту үшін қолданады. Бұл процестер  жүретін аппараттар жылу алмастырғыштар деп аталады. Жылу алмастырғыш аппараттар жылу беру әдісі бойынша мынадай түрлерге бөлінеді:

беттік – мұнда екі жылу тасығыш қабырға арқылы бөлінеді. Жылу сол тасығыш қабырға арқылы беріледі.

Регенеративтік – мұнда жылу беру процесі ыстық жылу тасығыштан суық жылу тасығышқа уақытбойынша бөлек жүреді,яғни жылу тасығыш ұңғышақтары алма кезек қыздыру және суыту жүреді.

Араластырғыштар – мұнда жылу алмасу екі жылу тасығыштытікелей араластыру арқылы жүреді.      

Жылу  тасығыштардың агрегаттық жағдайына  қарай жылу алмсулар былай бөлінеді:

Газдар арасындағы жылу алмасу аппараттары

Бу және газ арасындағы жылу алмасу аппараттары

Газ және сұйық арасындағы жылу алмасу

Бу және сұйық арасындағы жылу алмасу

Сұйықтар арасындағы жылу алмасу аппараттары       

Беттік  жылу алмасу мынадай түрлерге бөлінеді:

1. Түтіктік	а) Қораптық түтіктік ә) Түтік ішіндегі түтік б) Шашыратқыш в) Батушы
2. Пластиналық	-
3. Спиральдық	-
4. Аппарат қабырғалары арқылы пайда  болу беті	-
5. Қырлы қабырғалық жылу алмасу	-

 

  
  
  
2.4 Кожухты трубалы аппарат      

Химиялық  технологияда ең көп тараған кожухты  трубалы кеңістік пен трубааралық  кеңістікті анық айыра білу керек. Трубалы  кеңістікте бір жылу тасығыш жүреді, ал трубаралықта басқа жылу тасығыш  болады. Труба кеңістігі трубааралықтан осы трубалар бекітілген трубалық тормен және трубалар қабырғаларымен бөлінген. Трубалық және трубааралық кеңістіктер бір-бірімен байланыспайды.      

Кожухты жылу алмастырғыштар тік және көлбеу орналасқан болуы мүмкін. Біржүрістің (трубалы және трубааралық кеңістік бойынша) жеңіл нұсқаларының бірі суретте көрсетілген. Жылу тасығыштың үздіксіздігі жылдамдығын арттыру мақсатында, сондай-ақ қысқа трубаларды қолдануда көпжүрісті жылу алмастырғыштар жүреді; екіжүрісті жылу алмастырғыштың сызбасы (трубалы кеңістік бойынша) суретте келтірілген. Қорап пен трубаның температурасының үлкен айырмашылығы олардың температуралық  ұзартуларымен термиялық кернеулерінің пайда болу айырмасы, кезінде көрінеді олар трубалық торлардағы трубалардың бекітілуінің тығыздығының бұзылуына әкеледі. Осы кернеулерді азайту үшін түрлі өтемдеуші жабдықтар қолданады. Бұларға мысал ретінде линзалық компенсаторлар қолданылады. Олар жылу алмастырғыштар қорабында орнатылады: линзалар («гармошка» тәрізді ) кеңейту мен сығуға емес, бұрылыста жұмыс істейді; кернеудлің осы түрі құрылыммен жеңіл жұмыс атқарады. Температуралық кернеулер кормпенсациясының басқа да әдістері бар, сонымен бірге басқа оларға тәуелсіз құрылымдары да бар.   
  
  
  
 

 

 

 

 

2.5 Есеп      

Мысал VII. 1.     NaCl ерітіндісін қыздырудың жылу алмасу бетін анықтау. Ерітінді  t1’ = 15 ˚C тан     t1˝ =50˚C қа дейін жылу есебінен қыздырылады, сол ерітіндіге бастапқы температурада t2′=90˚C беріледі. Ерітінді таралымы G1=G2=5 m/сағ ; NaCl ертінідісінің меншікті жылу сыйымдылығы с=3950дж/(м2*град);  жылу беру коэффициенті  k=400 вm/(м2*град). Жылу алмасу беті есебін жылу тасмалдағыштың ағыны ретінде де, сондай-ақ қарсы ағыны ретінде жүргізуге болады.       

Шешім.  VII. 2 теңдеуін қолданамыз.

Q = k F ∆tcp

Уақыт бірлігімен берілген жылу мөлшерін  жылу балансынан анықтаймыз.

Q = G1c (t″1-t′1)= 5000/3600 * 3950 (50-15) = 192 000 вт      

Салқындатылған ерітіндінің соңғы температурасын t2′  жылу балансынан табамыз.

G1c(t″1-t′1)= G2c(t2′-t2″)

Мұнда  (G1=G2)

t2″ = t2′ + t1′ - t1″ = 90+15-50=55˚C

Жылу  алмастырғыштағы температураның өзгеруі:      

Тіке  ағын                                                              Қарсы ағын      

90→55                                                                    55→90      

15→50                                                                    15→50

∆t0=90-15=75                                                                 ∆t0=55-15=40

∆tF=55-50=5                                                                   ∆tF=90-50=40

VII. 7 теңдеуі бойынша орташа температуралық ағын:

Тіке  ағын үшін                  

∆tcp = (90-15-(55-50)) / ln(90-15)/(55-50)= 25.8˚C

Қарсы ағын үшін                  

∆tcp′ = 40˚C 

Тіке  ағын кезіндегі жылу алмасу беті                   

F = Q/k ∆t=192 000/ (400*25,8) = 18,6 м2

Қарсы ағын кезіндегі жылу алмасу беті                   

F′ = Q/(k ∆t′)= 192 000/ (400*40) = 12 м2  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
ҚОРЫТЫНДЫ      

 

    Температураның  жылу алмасуды бойлай сапалы өзгеруі, жылуды жеткізу бөлімі бойынша болады. Технологиялық есеп қатарында міндетті түрде локальды температура жылу тасығыш Т немесе t жылу алмасудың үстіңгі әртүрлі нүктелерінде болады, басынан айтатын болсақ – мөлшерлі заңдылықтар мен олардың Ғ өзгеруі. Бұл соңғы температура Т және t экплуатациясы. Иллюстрация кірісінің сыйымдылығы олардың қозғалысы алдында өзгеріссіз, агрегаттық күйде болады.

Стадиялар алмасу процесін құратындар, олар қиын үлгімен бір-бірімен байланысқан болуы мүмкін: бір жүйелі, параллельді, жүйелі-параллельді. Осылай алмасу алдында жылу 5 жүйелі стадияға бөлінеді, олар үш жүйелі және екі параллельді. Әр стадия өзінің сапалығына жауап береді; біршама стадияларда оның сапалығы жіберіліп алынады. Жалпы жағдайда жылу алмасудың сапалылығы, интенсивтілігі онвң құрайтын интенсивті стадияға байланысты, бұл тәуекелділік негізгі екі жақты жеке стадия болып келеді.Жылу алмасу рекуперативтік жылудың алмасуында өтеді, толық 5 жүйелі стадияларды алады. Жұмыс зонасында ыстық жылу тасығышпен, алмасу оның шектелген жылудың үстіндегі қабырға арқылы, қабырға арқылы, оның суық үстіндегі шегі бар қабықшаның негізінде өтеді.Жылу берудің коэффициенті әсер ету әбден мүмкін  а1 немесе жоғары көрсеткіштегі жылу алмасу, оның дамуы кішкене жіберілген тәсілдермен жасайды.Стадиялық емес процестер мына белгімен бөлінеді: қор жинаудың пайда болуы бірліктің құрылуымен түсіндіріледі. Стадиялық емес процестер сонымен қатар (периодтық, жартылай үзілісті) жіберілетін тәсілдер түсінігі қолданылады.       

Периодты  процестерде жіберілетін қабілеттер жалғастырушы процеске қатысты болады. Жылудың есептік белгісі бойынша  емес, оның сапасы бойынша.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР:

 

   Аэров М. Э., Тодес О. М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. Л.: Химия, 1968.