Тепловые балансы теплообменных аппаратов

Тепловой расчет начинается с определения тепловой нагрузки аппарата и расхода одного из теплоносителей. Тепловой нагрузкой называется количество теплоты, переданное от горячего теплоносителя к холодному. Тепловая нагрузка определяется из уравнения теплового баланса, в идеальном случае

(1-18)

Общий вид теплового баланса:

(1-19)

Уравнение теплового баланса с учетом потерь:

(1-21)

Где - потери теплоты от стенок аппарата в окружающую среду.

Из практики известно, что тепловые потери составляют обычно 2 – 3% количества подведенного тепла. Их можно учесть коэффициентом :

(1-22)

В зависимости от заданного процесса уравнения тепловых балансов имеют различный вид.

Для подогревателей. Если нагрев одного из теплоносителей происходит за счет охлаждения другого теплоносителя, т.е. аппарат работает без изменения агрегатного (фазового) состояния теплоносителей, то уравнения теплового баланса имеют вид:

(1-20)

где и - массовые расходы теплоносителей, не изменяющих агрегатного состояния; и - теплоемкости теплоносителей; , , и - начальные и конечные температуры теплоносителей.

В этом случае расход греющего теплоносителя по известному расходу нагреваемого теплоносителя выразится как

(1-23)

Если известен расход греющего теплоносителя, то расход нагреваемого будет определяться из следующего выражения:

(1-23)

Если нагрев одного из теплоносителей происходит за счет конденсации греющего насыщенного пара, то

(1-20а)

Где - количество греющего пара; - энтальпия греющего пара; - энтальпия конденсата.

В этому случае расход греющего пара выразится как

(1-23а)

А расход нагреваемого теплоносителя будет определяться из выражения

(1-24а)

Для испарителей. Нагрев и охлаждение теплоносителей сопровождаются изменением их агрегатного состояния, например, насыщенный пар, нагревая жидкий теплоноситель до состояния кипения и последующего интенсивного испарения, сам конденсируется:

(1-25)

где - теплота, израсходованная на нагрев холодного теплоносителя до температуры кипения; - теплота, затраченная на испарение кипящей жидкости; - температура кипения холодного теплоносителя; - скрытая теплота испарения теплоносителя.

Расход греющего пара

(1-23а)

А расход холодного теплоносителя

(1-27)

При наличии продувки испарителя следует учесть потерю тепла с продувкой.

Для конденсаторов. В аппаратах этого типа более нагретый теплоноситель охлаждается с изменением агрегатного состояния. Например, пары аммиака, охлаждаясь, конденсируются, и жидкий аммиак выходит с заданной температурой. Теплота от горячего теплоносителя чаще всего отводится холодной водой:

(1-25)

Где - теплота, выделяющаяся при охлаждении перегретых паров до насыщенного состояния; - теплота, выделяющаяся при конденсации насыщенного пара; - теплота, выделяющаяся при охлаждении горячей жидкости до заданной температуры; - энтальпия перегретого пара; - энтальпия сухого насыщенного пара.

Расход охлаждаемого теплоносителя определяют из выражения

(1-27)

Расход холодного теплоносителя определяют из выражения