Тепловой баланс химического аппарата.

Тепловой баланс составляется для определения количества тепла, кото­рое отводится от аппарата или подводится к нему, а также для определения расхода теплоносителя и поверхности теплопередачи, которые обеспечивают требуемый тепловой режим.

Для химического аппарата в общем виде тепловой баланс записывается как:

Q₁ + Q₂ + Q ₃ + Q₄ = Q₅ + Q₆ + Q₇

 

Q₁ и Q₅ теплота вносимая и выносимая материальным потоком,

Q₂ - суммарное тепло, которое подводится к аппарату через поверхность теплопередачи,

Q₃- тепловые эффекты химических реакций,

Q₄ - тепловые эффекты физических процессов,

Q₆- тепловые потери в окружающую среду,

Q₇ - теплота, расходуемая на нагрев аппарата в нестационарном процес­се.

Искомой величиной в уравнении является Q₂. Если Q₂>0, то определяют подводимое тепло, если Q₂<0, то тепло отводится. По величине Q₂определя­ют необходимую поверхность теплопередачи:

 

 

q - теплота фазового перехода.

Рассмотрим методику расчета тепловых эффектов.

Тепловой эффект химических превращений определяется как: -мольный тепловой эффект, т.е. тепловой эффект реакции 1 кмоль вещества, или удельный тепловой эффект ^m - тепловой эффект реакции 1 кг вещест­ва.

-можно определить по тепловому эффекту реакции :

 

Например.

2А + ЗY -> 4В + Z + 80 кДж

 

Тепловые эффекты определяются экспериментально или рассчитывают­ся по ТД - ским закономерностям. Зависимость теплового эффекта от темпе­ратуры определяется по закону Кирхгофа:

Если изменение Н незначительно, то его температурную зависимость не учитывают.

 

Тепло материальных потоков

При расчетах выбирают некоторый основной уровень, для которого оп­ределяют величины: 273 или 298 К. Тогда теплота, вносимая в систему мате­риальными потоками, состоящими из т веществ, определяется:

(в К) (в °С)

G — массовый поток

Т, t - температура подачи исходных реагентов в аппарат

с"р - - массовая (удельная) теплоемкость j -го вещества.

Если в рассматриваемом температурном интервале теплоемкость можно считать постоянной, то Q рассчитывается:

Q₅ - рассчитывается аналогично.

Для расчета Q₆ существуют методики, но обычно принимают Q₆ в про­центах от тепловой нагрузки аппарата. Для периодических процессов тепло­вой баланс составляется на весь цикл работы аппарата, при этом Q₂ рассчи­тывается для самого напряженного момента работы аппарата.

Если в одном и том же аппарате осуществляется нагрев, а потом охлаж­дение материалов, то тепловой процесс может рассматриваться для каждого периода.

 

Определение основных параметров, размеров аппаратов

Основные размеры определяются расчетным методом и базируются на данных опытных, опытно-промышленных и промышленных установок. При этом должны соблюдаться принципы подобия систем, и для сложных систем используется приближенное моделирование.