Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 4 (1110091), страница 351
Текст из файла (страница 351)
Левая часгь соотношения (11) соответствует теплоте, поступающей в реактор с массовым потоком М, исходных компонентов (М,С,Т,) и тепловыделеыию в результате р-ции (й — уд, теплота р-цын, Р'-объем аппарата). В правой части ур-ния (11) первое слагаемое-теплота, отводимая с продуктами р-пин (МгСгТ,), и теплота, передаваемаа через теплообменную пов-сгь Р хладагенту с т-рой Т„. Коэф.
теплопередачи К 1Вт/(м' К) ) представляет собой величину, обратную термич. сопротывлеиню пути, по к-рому теплота 1048 отводится через пов-сгь Р; значения К зависят от толщины (Б) н теплопроводности ().) стенка я от коэф. теплоотдачн от реахц. массм к теплообменной пов-стн (а, ) н от нее к хлада- генту (аз)! К=(1/а, +8/А+ 1/аз)-'. (12) Коэф. а, и а рассчитывают по крятеряальным соотношениям конвективного Т. Концентрацию с в зоне р-цни определяют нз материального баланса по осн. компоненту: М, с, — хоехр(- Е,/ЯТ) Рс =.М с, (13) где с,-концентрадня на входе в аппарат. Решение системы трансдендентных ур-ннй (11)-(13) относительно т-ры Т реакц. массы показывает наличие трех возможных режимов: низко-, высокотемпературного н промежуточного. При первых двух режзьмах процесс м.б.
стационарным, причем во втором случае скорость р-цнн н степень хям. превращення будут высокими. Прн промежуточном значении т-ры процесс неустойчив и самопроювольно переходит в область устойчивых температурных режимов. После нахождения Тпо ур-няю (!3) определяют с. Аналогячно аналязируют иные варианты работы реакторов 1р-ции порядка выше первого, эндотермнческне, аднабатнческне (К = О), изотермнческяе (К - оэ), вытеснения н др. аппараты].
В нанб. сложных случаях для анализа вариантов используют вычислят. технику. Перемешяваняе жидких сред с помощью мех. мешалок применяют для выравнивания т-р н концентраций в объеме реаяц. массы н для интенсификации Т. со стенками аппаратов. Опытные данные о средних коэф. теплоотдачн представляют в виде: Хц = ВКа",з Р з(р/р„)'зГ,'~Г'з, где число Рейнольдса для перемешнвання Ке, = лйр/р; л и г(-частота вращения н диаметр мешалки; р н рг — коэф. дннамнч. вязкости персмешнваемой среды при т-рах среды н пов-стн Тл Г„Гз, ... — геом.
снмплексы, включающие осн. размеры аппарата н перемешнвающего устройства; В, и„а„ ... — параметры, к-рые зависят от типов мешалки и аппарата. Для ллеиочимх аллариглое ялтенсявность Т. между стекающей турбулентной пленкой жндкостя я теплообменной пов-стью определяется корреляц. соотношением: (а/~) (чз/и) цз О 047 Кеолэ Ргцз где Ке = 4Г/ж à — объемная плотносзь орошения на единицу шярнны пов-стн [мз/(м сц; ч — кянематич. вязкость жидкости; для иных условяй н режимов течения пленок коэф. я показателн степеней ур.ння м.б, другими. В ряде процессов, напр. каталнтическнх в неподвижном слое днсперсного каталязатора, важную роль играет интенсивность отвода (подвода) теплоты хнм. превращения от внутр.
участков слоя к его перяферня, теплоотвода от слоя к теплообменной пов-стн реактора н Т. между фильтрующимися через слой потоком реагентов н пов-стью частиц. Прн незначнт. скорости фильтрации коэффициенты эффективной (реальной) продольной н поперечной теплопроводности слоя )ч приблизительно одннаховы.
По мере увеличения скорости фнлътрацни сплошной фазы теплопроводность в направлении движення возрастает значительно быстрее я может превысить Х, в поперечном направленин в песк раз. Значения Х, находят опытным путем, хак н коэф. тсплоотдачн от всей массы слоя к теплообменным пов-стям (стенкам аппарата). Интенсявность межфазного Т. в неподвижном слое м.б. определена по соотношениям тяпа (10) с др.
значеняямн коэффициентов. Аналогичные процессы Т. происходят в аппаратах с движущимися слоями материалов, предназначенных для непрерывного контакта фнльтрующегося потока с днсперсным материалом. Нек-рые хнм.-технол, процессы (нагреванне, прокаливание, сушка, кристаллизация, растворение) осуществляются в потоке сплошной фазы (газ, пар нлн хапельная жидкость), несущем с собой мелкие твердые частицы.
Относят. схо- 1049 34 нимич. зла, ъ4 'П ПЛООБМЕН 529 рость фаз в вертикальных аппаратах, в к-рых проводятся указанные продессы, может существенно изменяться (от скоростя сплошной фазы до скорости осаждения частнц). В таких условиях коэф, межфазного Т. можно определить, напр., по соотношению: Хц= 0006!Кеавс ело где с — объемная концентрация твердой фазы, а в критерий Ке входит относит. скорость сплошного потока н частиц, рассчитываемая по ур-пням гцдродннамякн. В условиях псевдоожюкенного слоя (см.
Псевдоожижеиие) внутр. эффективная теплопроводность слоя значнтельна, что приводит практнческя к язотермичностн его объема. Макс. значение коэф, теплоотдачн а„от слоя к по~руженной в него нов-стя (нлн к стенке аппарата) м.б. вычислено нз равенства: Хц = 0,85 Аге'з + 0,006 Аго з Рг"' в к-ром Хц„= а„й/2;, Аг = 04з (р„— р„)/(р, ч ); 4 н р,-диаметр и плотность частиц; р„, и ).„„-плотн<кть и теплопроводность псевдоожнжаюшего агента. Интенсивность межфазного Т. может быть найдена нз выражений: Хц = 0,016(Ке/()цз Ргпз для Ке/ч < 200, Хц = 040(Ке/г)з!зРгпз для Ке/~ > 200 где ~ — порозность, нлн доля своб. объема, слоя; в выражение для числа Ке входит скорость потока в расчете на полное сечение аппарата.
Определение т-р дислерсной и сплошной фаз должно базироваться на дяфференц. ур-пнях тепловых балансов обеих фавн ур-пнях гядродинамнкн с использованием приведенных корреляций для а. Промышленные тепло- я хладоносвтеля. Нвнб. дешевыми н высокотемпературнымн (до 1000'С н выше) теплоноснтелями являются топочные газы — продукты окисления орг, топлив атм. воздухом; нх недостатки: малые а, большой уд. объем, загрязнение теплообменных пов-отей продуктами неполного сгорания топлив, Компактным, энергоемким теплоносителем служит водяной пар (чаше в насыш. состояняи), обладающий пря конденсация высоким а и позволяющий осуществлять нагревание до !50-!70'С; его недостаток — значит.
возрастание давления с ростом т-ры, что требует повыш. мех. прочности аппаратуры. Горячая вода, используемая для нагревания обычно до 100'С, как теплоноснтель существенно уступает водяному пару по энергоемкости, но не требует применення парогенератора. Нагреванне до более высоких т-р без значит. повышению давления можно осуществлять с помощью жидких (илн парообразных с конденсацией) теплоносителей, имеющих низкое давление паров: днфеннльная смесь, нли даутерм (содержнт по массе 26,5$ч днфеннла и 73,5'А лнфеннлоксида),— до 360*С; минеральные масла — до 250 — 280'С при атм.
давлении; расплавы солей, напр. тройная нитритнитратная смесь (40~4 ХаХОм 7'~о ХаХОз, 53% КХОз ), — до 500 — 530'С; кремннйорг. жндхости (гл. обр. ароматич, эфиры ортокремнневой х-ты) — до 300'С. Достоинства элехтрич. нагрева: компактность и простота устройств, удобство регулирования т-ры, возможность достижения высоких т-р (до 3000'С при нспользованнн электрич.
дуги); недостаток- относительно высокая стоимость. В качестве охлаждающих сред применяют воду н атм. воздух. При воздушном охлаждении необходимы большие поз-стн Т. я значит. расход воздуха. Ддя охлаждения до т-ры ниже 15-20'С используют водные р-ры солей (ХаС1 нлн СаС!з), предварительно охлаждаемые в холодильных установках до — 70'С. Для охлаждения до т-ры порядка — 180'С применяют сжиженный воздух (подробнее см.
Холодильные процессы). Теплообмевяые аппараты, или теплообменникн, предназначены для передачи теплоты от одних теплоносителей к другим н подразделяются на рекуперативные, смеснтельные я регенератнвные. 1050 ; И-холодили Г 0-воле в хон. е )1 ) 1 1052 )пс) Устройство теплообменннков. В рекуперативяых аппаратах, наиб.
распространенных в хнм. технологии, теплоносители проходят по разл. объемам, разделенным твердой (обычно металлической) стенкой, через к-рую происходит Т. В смесит. аппаратах оба теплоносителя одновременно поступают в один объем и обмениваются теплотой непосредственно через пов-сть раздела фаз. В регенеративных аппаратах в единств. рабочий обьем сначала поступает горячий теплоноситель, нагреваюуций массу твердого материала (кирпичную кладху или массу металла), а затем в тот же объем подается ныреваемая среда, к-рая воспринимает теплоту от нихретого материала. В зависимости от технол. ннзначеняя различают теплообменники: а) нагреватели (охладители), в к-рых теплоносители не изменяют фазового состояния; б) испарители (кипятильники) и конденсаторы, предназначенные дгп( изменении фазового состоянии теплоносителей; в) для осуществления одновременно Т.
н хим;технол. процесса (выпарные аппараты, кристаллизаторы, химические реакторы и др.). Кроме того, теплообменники классифицируют: по относнтелъному направлению движения теплоносителей-прямо- и протнвоточные, смептанного тока (движутся взаимно перпендикулярно), перекрестного тока с частичным прямо- н противотоком; по характеру работы во времени-с установившимся и неустановившимся тепловыми режимами.
Среди рекулеративных теплообменников различают аппараты с теллообменной пов-стью: а) из прямых, витых, гладких или оребренных труб, заюлоченных в общий кожух (кожухотрубиые аппараты); б) в виде прямых труб, орошаемых снаружи жидким теплоносителем, обычно водой (оросительные аппараты), или из труб в форме змеевиков, погружаемых в жушкнй теплоносителзб в) нз листовых материалов (с рубашкой на наружном корпусе аппарата, пластннчатые, пластинчато-ребристые, спиральные теплообменвики); г) из иеметаллов (из полимерных материалов или графита, эмалированные аппараты и др.).
В кожухотрубных теллообменниках (рис. 2) Т. ивтенсифицируется увеличением скорости теплоносителей путем уста- вовки в межтрубном пространстве поперечных перегородок и создания неся. ходов для теплоносителя, движущегося по внутритрубному цозостранству. Число труб достигает 3800, пов-сть Т.-1800 м, избыточное давление — 4 МПа. 1 е 6 Рве. 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
