Автоматизация технологических процессов основных химических производств

(11).

• Следствие из законов Дальтона и Бойля:

(12),

где р_i - парциальное давление компонента в газовой смеси;

v_i /V_см - парциальный объем компонента в единице объема газовой смеси;

P_см - общее давление смеси.

Физические параметры и скорости движения теплоносителей.

Удельные теплоемкости.

• Размерности удельных теплоемкостей с:

; ;

.

• Зависимости удельных теплоемкостей от температуры:

• для заданной температуры Т:

c=a₁+b₁*T+c₁*T² (1),

где a₁, b₁, c₁ - коэффициенты для данного вещества.

• для заданного диапазона температур:

(2),

где Т₁ и Т₂ - заданный интервал температур.

• Молярная удельная теплоемкость твердого тела:

(3),

где n - число атомов в молекуле.

• Теплоемкости газов:

• c_p - при p = const или c_v при V=const.

• (4),

где М - масса 1моля газа (кг/моль);

R - универсальная газовая постоянная, R=1,985 ккал/((кг/моль)*град).

• Для воздуха : c_p=1,4*c_v.

Теплота испарения

• Эмпирические формулы для расчета молекулярной теплоты испарения (в ккал/кг или кал/г):

r_исп= 21*T_кип; (5а)

r_исп= T_кип*(9,5*lgT_кип-0,007*Т_кип); (5б)

r_исп= T_кип(8,75+4,571*lgТ_кип) (5в).

• Эмпирическая формула для расчета теплоты испарения r_исп2 для температуры Т₂ ,:

(6),

где r_исп2 - искомая теплота испарения при температуре Т₂;

r_исп1 - известная теплота испарения при температуре Т₁;

к - поправочный коэффициент, k=f(T₁,T₂,T_крит).

• Определение теплоты испарения по энтропийным диаграммам:

r_исп=i_жидк- i_газ (7),

где i_жидк, i_газ - теплосодержание, дж/кг (или ккал/кг).

Плотности для жидких и газовых теплоносителей.

• Эмпирическая формула для определения плотности жидкости ρ_t при заданной температуре t_ср:

ρ_t = ρ₀-β_t*(t_ср-20^○С) (8),

где ρ₀ - плотность жидкости при t₀=20^○С;

β_t - температурная поправка на 1^○С

• Для чистых жидкостей ρ_t можно найти по формуле:

(9),

где  - коэффициент объемного расширения жидкости, град^-1;

t=t_ср-t₀ - разность между температурой среды и t=20^C.

• Плотность газов при 0°С и 760 мм рт ст. на основании закона Авогадро:

(10)

или

(11),

где М – молекулярный вес газа.

• Плотность смеси _см при заданных температуре и давлении:

_см=b₁*₁+ b₂*₂+… *_n (12),

где b₁… b_n - объемные доли компонентов;

₁ _n - плотности компонентов, кг/м³.

Коэффициенты теплопроводности.

• Коэффициент теплопроводности для жидкостей при отсутствии справочных данных:

(13),

где

А=3,58*10^-8 - для ассоциированных жидкостей;

А=4,22*10^-8 - для неассоциированных жидкостей;

с - удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг*град);

• - плотность жидкости, кг/м³;

М - молярная масса, кг/кмоль.

• Коэффициент теплопроводности смеси жидкостей:

(14),

где а₁…а_n - массовые доли компонентов в смеси;

₁…_n - коэффициенты теплопроводности компонентов, вт/(м*град).

Вязкость теплоносителей.

• Зависимость вязкости газов _t от температуры:

(15),

где ₀ - вязкость при 0С;

Т - температура в К;

С - константа.

• Вязкость газовых смесей _см:

(16),

где М_i - молярные массы компонентов смеси, кг/кмоль;

_i - динамические вязкости компонентов, Па*с;

- объемные доли компонентов в смеси.

• Вязкость смеси неассоциированных жидкостей:

(17),

где _i - вязкости компонентов смеси, Па*с;

m_i - молярные доли компонентов в смеси, кг/кмоль.

• Вязкость разбавленных суспензий:

(18),

где _ж - вязкость чистой жидкости, Па*с;

- объемная доля твердой фазы в суспензии.

Скорости теплоносителей.

• Средние скорости движения среды:

(19),

где ^лин_ср - средняя линейная скорость, м/с;

^м_ср - средняя массовая скорость, кг/(м²*с);

Q - объемный расход, м³/с;

G - массовый расход, кг/с;

S - площадь сечения потока, м².

• Зависимость между массовой и линейной скоростью:

(20),

где  - плотность среды.

• Рекомендуемые скорости:

• для жидкостей в трубах диаметром 25-57мм от (1,5-2) м/c до (0,06-0,3) м/с.

• Средняя рекомендуемая скорость для маловязких жидкостей составляет 0,2-0,3 м/с.

• Для газов при атмосферном давлении допускаются массовые скорости от 15-20 до 2-2,5 кг/(м²*с), а линейные скорости до 25м/с;

• для насыщенных паров при конденсации рекомендуются до 10 м/с.

Тепловая нагрузка аппарата.

• Тепло, отдаваемое более нагретым теплоносителем Q₁, затрачивается на нагрев более холодного теплоносителя Q₂ и на потери в окружающую среду Q_пот.:

Q₁= Q₂+ Q_пот. (1)

• Так как Q_пот= 2-3%, то им можно пренебречь и считать:

Q₁ = Q₂ = Q (2),

где Q – тепловая нагрузка аппарата.

• Уравнение теплового баланса аппарата.

Q = G₁*(I_1Н-I_1К) = G₂*(I_2К-I_2Н) (3),

где G₁ и G₂ - массовые расходы теплоносителей, кг/с;

I_1Н и I_2Н - начальные энтальпии теплоносителей, дж/кг;

I_1К и I_2К и - конечные энтальпии теплоносителей, дж/кг.

• Энтальпии теплоносителей:

I_i=c_i*_i (4).

• Тепловой баланс аппарата при использовании теплоносителей, не изменяющих агрегатного состояния:

Q = G₁*с₁*(_1Н-_1К) = G₂*с₂*(_2К-_2Н)


29-04-2015, 04:00