Aparatele termice folosite în industria chimică

Partea explicativa si de calcul.

1.1 Bazele teoretice ale procesului:

Aparatul dat esti destinat pentru condensarea aborilor apoaso-alcolice si pentru racirea destilatului pinla temperature necesara, si include asa procese cum este : Distilarea, Condensarea si Racirea.

Aparatele termice folosite in industria shimica servesc pentre realizarea unor operatii insotite de trecerea caldurii de la un loc la altul, dela o materie la alta: ele sint schimbatoare de caldura.

Majoritatea schimbatoarelor de caldura sint aparate in care sint delimitate doua spatii pentru circulatia celor doua substante participate la shimbul de caldura. Peretele care desparte cele doua spatii este suprafata de transmitere a caldurii sau suprafata de incalzire. Uneori suprafata despartitoare nu exista, shimbul de caldura intre substante facindu-se prin contact direct. Daca, in aceste din urma in urma cazuri, ambele substante sint fluide si formeaza faze destincte , shimbul dee caldura este insotit de shimbul de materie. Daca una dintre substante este solida, schimbul de caldura se face – cu exceptia sublimarii si desublimarii – fara schimb de materie.

Un shimbator de caldura trebue sa realizeze un schimb de caldura cit mai intens de caldura cu o cit mai mica pierdere de preseune a fluidului care circula in aparat. O Opierdere mare de preseune nu este un inconvenient cind fluidul se gaseste la preseune ridicata, impusa de alte conditii tehnologice. De obicei insa preseunea lichidelor corespunde inaltimii limitate a rezervuorului sau preseunii de pompare si se cere sa se gaseasca compromisul cel mai rational din punct de vedere economic intre bun shimbator de caldura si cit mai mic consum de energie la pompa.

Schimbatoare de caldura propriuzise se clasifica in doua grupe:

-recuperatoare, in care schimbul de caldura se face de la fluid cald la fluid rece, printr-un perete despartitor, in regimul stationar (permanent).

-regeneratoare, in care shimbul de caldura se face prin intermediul unui solid care inmagazineaza caldura de la fluidul cald si o cedeaza apoi fluidului rece, in regimul periodic.

Schimbul de caldura intre deferiti purtatori de caldura cel mai des are loc ca rezultat a urmatoarelor procese:

Incalzirea lichidului “racit” prin intermediul racirii lichidului “fierbinte”;

Incalzirii lichidului din cauza caldurii de condensare a aborului de incalzire;

Fierberea lichidului din cauza racirii lichidului “fierbinte”;

Fierbera lichidului din cauza caldurii de condensare a aburelor de incalzire.

Scopul principal a calculului constructive a aparatului este calculul schimbatorilor de caldura de suprafata si definirea marimii si configuratiei suprafetei de incalcalzire-aria acestei suprafete si, marimile geometrice a elementelor ei.

Mai jos vom examina ecuatiili si formule a proceselor de schimbul de caldura pe baza coror au fost efectuate calculele.

Cazurile principale de transferului de caldura

Pentru fie care din cazurile particulare a transferului de caldura in indrumare sunt date ecautiile caracteristice, cu ajutorul carora putem sa calculam coificientii transferului de caldura α_1 si α_2

In aparatele a industrii alimentrare cel mai des se intilnesc urmatoare cazuri de transferul de caldura :

Transferul de caldura convectiv in mediu monofazic:

Transferul de caldura la deplasarea libera a lichidului in volume mari;

Transferul de caldura la lichidul supus curgerii in interiorul tevilor;

Transferul de caldura la lichidul supus curgerii transversal imprejurul unui manunchi de tevi;

Transferul de caldura la transformarile fazice

Transferul de caldurala condensarea a aborelor curati la suprafete orizontale;

Transferul de caldurala condensarea a aborelor curati la exteriorul tevei orizontale;

Transferul de caldurala la fierberea lichidului in volume si in interiorul tevilor.

In deferite cazuri asupra asupra transferul de caldurala au nfluenta deferite factori, pentru transferul de caldura convective fara schimbul starii de agregare a substantei este caracteristic criteriul lui Reinolds

Nu= f(Re)

In acest sistem se tine seama de urmatori factori:

Regimul la care mediul este supus miscarii;

Defenirea marimii sistemului.

Formule de baz folsite la calculul :

Sarcina termica a partii de condensare:

Q_k=Q_sp∙r

Sarcina termica a partii de racire

Q_h=G_sp∙c(t_k-t_ohd )

Sarcina termica sumara

Q_(x-k)=Q_k+Q_x

Cheltueli apei de racire

G_b=Q_(x-k)/(C_B (t_k-t_n))

Viteza cu care se curge alcool in tevile sub forma de spirala

ω=V_sek/(2∙0,785d_int^2 ) t_con

Aria libera pentru trecerea apei

f_tr=f_k-f_ci-f_(t )

Suprafata shimbului de caldura a tevilor sub forma de spirala

F_sp=Q_x/(K∆t_med )

Lungimea tevei sub forma de spiral

L=f_sp/(πd_med )

Aria totala tuturor tevilor

F_t=0,785 d_ex^2 S

Preseunea dinamica a apei

〖∆p〗_di=(ω_v^2 ρ)/2

Regimul de curgere

Re=(ω_(a ) d_ech ρ)/μ

Coeficient de frecare

λ = f(Re)=64/Re

Pierderea de presiune din cauza frecarii

〖∆p〗_fr=λ l/d_ech ∆

Pierdirele de presiune cauzate de rezistente locale

〖∆p〗_(loc.r)=Σξ 〖∆p〗_din

Rezistenta hidraulica a partii de condensare

〖∆p〗_con= 〖∆p〗_fr+〖∆p〗_(loc.r)

Rezistenta hidraulica condensatorului-refregirent

〖∆p〗_re+〖∆p〗_con=〖∆p〗_tot.