Определение тепловой нагрузки аппарата.

Тепловой нагрузкой теплообменного аппарата является та часть теплоты, которая непосредственно передается от горячего теплоносителя через стенку и воспринимается холодным теплоносителем (без учета тепловых потерь в окружающую среду).

Эта часть теплоты непосредственно определяется по уравнению теплового баланса, составляемого для каждого конкретного теплообменного процесса. Для нахождения тепловой нагрузки рекомендуется, используя изображение аппарата с обозначением всех материальных потоков и их теплофизических характеристик, составить тепловой баланс и решить его. Наилучшим вариантом составления теплового баланса считается табличный вариант с использованием в качестве основной теплофизической характеристики потока – его энтальпии. На рис. 3.1 и в таблице 3.1 представлен вариант схемы двухходового кожухотрубчатого теплообменника и таблица теплового баланса.

 

Рис. 3.1 Схема двухходового кожухотрубчатого теплообменника

 

Таблица 3.1

Таблица теплового баланса

 

Стати прихода теплоты, (Вт)	Статьи расхода теплоты, (Вт)
1. С горячим теплоносителем: 2. С холодным теплоносителем:	1. С горячим теплоносителем: 2. С холодным теплоносителем:

 

Составление уравнения теплового баланса:

(3.1)

(3.2)

При расчете теплового баланса в случае хорошей тепловой изоляции теплообменного аппарата величиной тепловых потерь пренебрегают или принимают их равными от теплоты, отдаваемой горячим теплоносителем. Тогда уравнение 3.2 примет вид:

(3.3)

Для решения теплового баланса необходимо уметь рассчитывать энтальпию потоков теплоносителей на входе в аппарат и на выходе из него. Энтальпии потоков определяются их составом и агрегатным состоянием теплоносителей:

1. Энтальпия газов и жидкостей:

(3.4)

где - удельная массовая теплоемкость газа или жидкости (берется при соответствующей температуре теплоносителя).

2. Энтальпия смеси рассчитывается по закону аддитивности:

(3.5)

где - энтальпии индивидуальных веществ, - массовые доли компонентов в смеси, кг/кг.

3. Энтальпия насыщенных паров:

(3.6)

где , , , - соответственно теплоемкость конденсата, температура кипения и энтальпия конденсата.

4. Энтальпия перегретых паров:

(3.7)

где - теплоемкость пара, - температура перегретого пара.

5. Энтальпия смеси паров рассчитывается в соответствии с законом адитивности.

Тепловую нагрузку Q в соответствии с заданными технологическими условиями можно найти из уравнения теплового баланса для одного из теплоносителей:

а) если агрегатное состояние теплоносителя не меняется:

(3.8)

где 1 – теплоноситель с большей средней температурой (горячий);

2 – теплоноситель с меньшей средней температурой (холодный);

 

б) при конденсации насыщенных паров без охлаждения конденсата или при кипении:

(3.9)

в) при конденсации перегретых паров с охлаждением конденсата:

(3.10)

где — энтальпия перегретого пара.

Если какой-либо технологический параметр, не указан в исходном задании (расход одного из теплоносителей или одна из температур), его можно найти с помощью уравнения теплового баланса для всего аппарата в целом, приравнивая правые части уравнений (3.7) — (3.10) для горячего и холодного теплоносителей.