- •Предисловие
- •Введение
- •1. Организация санитарной защиты воздушного бассейна
- •1.1. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе
- •1.2. Предельно допустимые выбросы вредных веществ в атмосферный воздух
- •1.3. Требования при проектировании предприятий
- •1.4. Санитарная защита воздушного бассейна на предприятиях
- •1.5. Обоснование допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу
- •1.5.1. Факторы, влияющие на рассеивание вредных веществ в атмосферном воздухе и загрязнение приземного слоя воздуха
- •1.5.2. Обоснование допустимых выбросов при рассеивании вредных веществ через высокие источники
- •2. Процессы пылегазоочистных установок и аппараты для пылегазоулавливания
- •2.1. Общие положения
- •Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов
- •Интенсивность процессов и аппаратов
- •Моделирование и оптимизация процессов и аппаратов
- •Гидромеханические процессы
- •2.2. Общие вопросы прикладной гидравлики
- •Основные понятия
- •Некоторые физические свойства жидкостей (газов)
- •2.2.1. Гидростатика
- •Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера
- •После преобразования находим:
- •Таким образом, условия равновесия элементарного параллелепипеда выражаются системой уравнений:
- •Основное уравнение гидростатики
- •Некоторые практические приложения основного уравнения гидростатики
- •Давление жидкости на дно и стенки сосуда
- •2.2.2. Гидродинамика
- •Основные характеристики движения жидкостей. Скорость и расход
- •Гидравлический радиус и эквивалентный диаметр
- •Установившийся и неустановившийся потоки
- •В частном случае установившегося процесса, когда имеем:
- •Режимы движения жидкости. Распределение скоростей и расход жидкости при установившемся ламинарном потоке
- •Некоторые характеристики турбулентного потока
- •Уравнение неразрывности (сплошности) потока
- •Дифференциальные уравнения движения Эйлера
- •Дифференциальные уравнения движения Навье – Стокса
- •Уравнение Бернулли
- •Некоторые практические приложения уравнения Бернулли
- •Истечение жидкостей
- •2.3. Основы теории подобия
- •Условия и теория подобия. Подобное преобразование дифференциальных уравнений
- •Подобие начальных и граничных условий
- •Гидравлическое подобие
- •Для установившегося потока
- •Приближённое моделирование. Автомодельность
- •Модифицированные и производные критерии подобия
- •Гидравлические сопротивления в трубах
- •Потери напора на местные сопротивления
- •Свободное движение тел в газах и жидкостях Сопротивление движению тел в газах и жидкостях
- •Осаждение частиц под действием сил тяжести
- •2.4. Пылеулавливание
- •2.4.1. Параметры процесса пылеулавливания
- •2.4.2. Сухие пылеуловители
- •Принцип работы циклона
- •Основные характеристики цилиндрических циклонов
- •Расчёт циклонов
- •2.4.3. Мокрые пылеуловители
- •Принцип работы скруббера Вентури
- •Принцип работы форсуночного скруббера
- •Скрубберы центробежного типа
- •Принцип работы
- •Принцип действия барботажно-пенных пылеуловителей
- •2.4.4. Электрофильтры
- •Принцип работы двухзонного электрофильтра
- •2.4.5. Фильтры
- •Принцип работы рукавных фильтров
- •Туманоуловители
- •3. Очистка от промышленных газовых выбросов
- •3.1. Общие сведения о массопередаче
- •Равновесие в системе газ - жидкость
- •Фазовое равновесие. Линия равновесия
- •Материальный баланс. Рабочая линия
- •Направление массопередачи
- •Кинетика процесса абсорбции
- •Конвективный перенос
- •Дифференциальное уравнение массообмена в движущейся среде
- •Уравнение массоотдачи
- •Подобие процессов массоотдачи
- •Уравнение массопередачи
- •Зависимость между коэффициентом массопередачи и массоотдачи
- •3.2. Устройство абсорбционных аппаратов
- •3.3. Адсорбционная очистка газов Общие сведения
- •Равновесие и скорость адсорбции
- •3.3.2. Промышленные адсорбенты
- •Адсорбционная емкость адсорбентов
- •Пористая структура адсорбентов
- •Конструкция и расчёт адсорбционных установок
- •Расчет адсорбционных установок
- •3.4. Каталитическая очистка Общие сведения
- •Конструкции контактных аппаратов
- •Аппараты с взвешенным (кипящим) слоем катализатора
- •4. Тепловые процессы Общие положения
- •4.1. Температурное поле. Температурный градиент. Теплопроводность
- •Закон Фурье
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Теплопроводность плоской стенки
- •Теплопроводность цилиндрической стенки
- •4.2. Тепловое излучение
- •Закон Стефана – Больцмана
- •Закон Кирхгофа
- •Баланс теплового излучения
- •Взаимное излучение двух твердых тел
- •Лучеиспускание газов
- •4.3. Передача тепла конвекцией
- •Тепловое подобие
- •Численные значения коэффициента теплоотдачи
- •Сложная теплоотдача
- •4.4. Теплопередача Теплопередача при постоянных температурах теплоносителя
- •Теплопередача при переменных температурах теплоносителя
- •Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке Теплоносителей
- •4.5. Нагревание, охлаждение и конденсация Общие сведения
- •4.5.1. Нагревающие агенты и способы нагревания Нагревание водяным паром
- •Нагревание горячей водой
- •Нагревание топочными газами
- •Нагревание перегретой водой
- •Нагревание электрической дугой
- •4.5.2. Охлаждающие агенты, способы охлаждения и конденсации Охлаждение до обыкновенных температур
- •Охлаждение до низких температур
- •Конденсация паров
- •4.5.3. Конструкции теплообменных аппаратов
- •Расчет концентрации двуокиси серы
- •Пример расчета насадочного абсорбера
- •Пример расчёта теплообменника
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Макаров Володимир Володимирович
Уравнение теплопередачи при прямотоке и противотоке Теплоносителей
Рисунок 4.12 - Схема направления движения жидкостей 1 и 2 при теплообмене
Пусть с одной стороны стенки (см. рисунок 4.13) движется G1 более нагретого теплоносителя, имеющего теплоемкость С1. С другой стороны стенки в том же направлении движется G2 более холодного теплоносителя с теплоемкостью С2. Допустим, что теплоемкости постоянны и теплообмен между движущимся прямотоком теплоносителями происходит только через
разделяющую их стенку (поверхностью F). Процесс теплопередачи является установившимся. По мере протекания теплоносителей вдоль стенки их температуры будут изменяться вследствие теплообмена. Соответственно будет меняться и разность температур ∆t. Температуры теплоносителей обычно изменяются вдоль поверхности F. На поверхности dF (см. рисунок 4.12) более нагретый теплоноситель охлаждается на dt1 холодный теплоноситель нагревается на dt2.
Рисунок 4.13 - Изменение температуры теплоносителей при параллельном токе
Уравнение теплового баланса для элемента поверхности dF имеет вид
dQ = G1СР1 (- dtx )= G2 Cp2 dt2
или
dQ=W1(-dt1)=W2dt2
где W1 и W2 водяные эквиваленты, равные:
W1=G1C1
W2=G2C2
Знак « - » указывает на охлаждение более нагретого теплоносителя в процессе теплообмена, следовательно,
и
Сложим эти выражения и
обозначим
.
Тогда получим
или
d(∆t)=-dQm вместе с тем dQ=KdF∆t,
поэтому
d(∆t)= -К dF ∆t m.
Разделим переменные и проинтегрируем полученное выражение в пределах изменения ∆t вдоль всей поверхности теплообмена
от t1Н – t2Н =∆tН до t1К – t2К =∆tК и dF от 0 до F.
При этом принимаем K=const.
Тогда
или
где ∆tH - начальная разность температур (на одном конце
теплообме нника);
∆tK - конечная разность температур (на противоположном конце
теплообме нника)
Уравнение теплового баланса для всей поверхности теплообмена примет вид
откуда
и
Подставим выражение т в уравнение. При этом получим:
Откуда находим
(4.48)
Сравнивая Q с основным уравнением теплопередачи, находим:
Q=K∆tcp F.
Тогда получаем
(4.49)
Из уравнения
следует,
что
∆tk=∆tне-mkF
Путем рассуждений, аналогичных приведенным выше, может быть получено уравнение теплопередачи для противотока жидкостей, подобное уравнению (4.49). Однако при противотоке теплоносителей (см. рисунок 4.13) уравнение теплопередачи имеет вид
откуда
Рисунок 4.14 - Противоток теплоносителей
4.5. Нагревание, охлаждение и конденсация Общие сведения
В процессе очистки газов широко распространены тепловые процессы — нагревание и охлаждение жидкостей и газов и конденсация паров, которые проводятся в теплообменных аппаратах (теплообменниках).
Теплообменниками называют аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ к другим. Вещества, участвующие в процессе передачи тепла, называются теплоносителями. Теплоносители, имеющие более высокую температуру, чем нагреваемая среда, и отдающие тепло, принято называть нагревающими агентами, а теплоносители с
более низкой температурой, чем среда, от которой они воспринимают тепло, — охлаждающими агентами.
В качестве прямых источников тепла используют главным образом дымовые газы, представляющие собой газообразные продукты сгорания топлива, и электрическую энергию. Вещества, получающие тепло от этих источников и отдающие его через стенку теплообменника нагреваемой среде, носят название промежуточных теплоносителей. К числу распространенных промежуточных теплоносителей (нагревающих агентов) относятся водяной пар и горячая вода, а также так называемые высокотемпературные теплоносители — перегретая вода, минеральные масла, органические жидкости (и их пары), расплавленные соли, жидкие металлы и их сплавы.
В качестве охлаждающих агентов для охлаждения до обыкновенных температур (10...30 °С) применяют в основном воду и воздух.
Выбор теплоносителя зависит в первую очередь от требуемой температуры нагрева или охлаждения и необходимости ее регулирования. Кроме того, промышленный теплоноситель должен обеспечивать достаточно высокую интенсивность теплообмена при небольших массовых и объемных его расходах. Соответственно он должен обладать малой вязкостью, но высокими плотностью, теплоемкостью и теплотой парообразования. Желательно также, чтобы теплоноситель был негорюч, нетоксичен, термически стоек, не оказывал разрушающего влияния на материал теплообменника и вместе с тем являлся бы достаточно доступным и дешевым веществом.
Во многих случаях экономически целесообразным оказывается утилизация тепла некоторых полупродуктов, продуктов и отходов производства, которые используются в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах.
