TEHNOLOŠKE OPERACIJE. Predavanje 9

Transcript

1 EHNOLOŠKE OPERACIJE Predavanje 9

2 RAZMENA OPLOE

3 Prenos toplote Provođenje (kondukcija) Strujanje (konvekcija) Zračenje (radijacija)

4 RAZMENJIVAČI OPLOE Količina toplote moţe da preďe sa jednog tela na drugo samo ako postoji temperaturna razlika U razmenjivaču toplote (R) hladniji medijum se greje, a topliji hladi U prehrambenoj i hemijsko-preraďivačkoj industriji najveću primenu imaju pločasti R, R sa cevnim snopom i dvocevni R Označavanje: - temperatura toplijeg medijuma indeks 1 - temperatura hladnijeg medijuma indeks 2

5 RAZMENJIVAČI OPLOE Kategorizacija i podela razmenjivača toplote vrši se prema: 1. Konstrukciji 2. Vrsti fluida 3. Broju prolaza 4. Smerovima tokova 5. Ulazu i izlazu fluida 6. Upotrebljenim materijalima za izradu itd.

6 Kategorizacija i podela razmenjivača toplote prema konstrukciji: Pločasti R Dvocevni R R sa cevnim snopom

7 Kategorizacija i podela razmenjivača toplote prema vrsti fluida: Fluidi koji se primenjuju su: vazduh, voda ili ulje (najčešće) azot, vodonik, gasovite smeše, korsantin, specijalna tehnološka ulja itd. (u posebnim slučajevima, prema tehnološkim zahtevima) U zavisnosti od izbora fluida, moguće su kombinacije u R: voda-voda vazduh-voda vazduh-ulje voda-ulje azot-voda voda-vodonik itd.

8 Kategorizacija i podela razmenjivača toplote prema broju prolaza: Po broju prolaza mogu biti: sa jednim, dva ili više (do osam) prolaza kroz cevi i do četiri prolaza fluida kroz meďucevni prostor

9 Kategorizacija i podela razmenjivača toplote prema smerovima toka: U zavisnosti od smera prenosa toplote razmenjivači mogu biti: - jednosmerni (istosmerni) - suprotnosmerni - unakrsni (pod uglom od 90 )

10 Jednosmerni (istosmerni) R t 1u t 2u t 1i t 2i t 1u - temperatura toplijeg fluida na ulazu u R t 1i - temperatura toplijeg fluida na izlazu iz R t 2u - temperatura hladnijeg fluida na ulazu u R t 2i - temperatura hladnijeg fluida na izlazu iz R

11 U istosmernom R temperatura hladnijeg medijuma na izlazu t 2i niţa je od temperature toplijeg medijuma na ulazu t 1u i temperature toplijeg medijuma na izlazu iz R t 1i t 2i < t 1i < t 1u t 2i > t 2u t u t1 u t 2u t i t 1i t 2i

12 Suprotnosmerni R t 1u t 2i t 1i t 2u t 1u - temperatura toplijeg fluida na ulazu u R t 1i - temperatura toplijeg fluida na izlazu iz R t 2u - temperatura hladnijeg fluida na ulazu u R t 2i - temperatura hladnijeg fluida na izlazu iz R

13 U suprotosmernom R temperatura hladnijeg medijuma na izlazu t 2i moţe biti veća od temperature toplijeg medijuma na izlazu t 1i zbog čega se suprotnosmerno strujanje više koristi. t 2i > t 1i

14 RAZMENJIVAČI OPLOE Jednačina bilansa toplote: dq m1 c1 d1 m2 c 2 d2 ( W ) gde je: dq - elementarno toplotno opterećenje (W) m 1 i m 2 - maseni protoci toplijeg i hladnijeg medijuma (kg/s) c 1 i c 2 - specifične toplote toplijeg i hladnijeg medijuma (J/kg K) 1 i 2 - temperature toplijeg i hladnijeg medijuma (K)

15 Jednačina prolaza toplote za R: Q K A sr (W ) gde je: Q - elementarno toplotno opterećenje (W) K - koeficijent prolaza toplote (W/m 2 K) Δ sr - srednja logaritamska razlika temperatura (K) Srednja logaritamska razlika temperatura sr u i 2,3 log u i u i u ln i ( K )

16 ) ( ln ln W A K Q i u i u Potrebna površina razmenjivača toplote: ) ( 2 m K Q A sr

17 Ako je jedan od medijuma suvozasićena para, čija se temperatura ne menja tokom razmene toplote, uzajamni smer strujanja nema značaja

18 Ako je jedan od medijuma pregrejana para ili suvozasićena para, čiji se kondenzat hladi tokom razmene toplote, uzajamni smer strujanja ima značaj

19

20 Bilans toplote: ) ( W Q Q Q c m Q p k hl u i gde su: Q hl, Q k i Q p (W) - toplota hlaďenja pregrejane pare do temperature zasićenja, toplota kondenzacije i toplota pothlaďivanja kondenzata, pri čemu je: ) ( ' W c m Q i u p hl ) ( 1 ' W c m Q i k p c 1p i c 1k (J/kg K) - specifična toplota pregrejane pare i kondenzata (K) - temperatura zasićene pare ) ( 1 ' W c m Q i k k

21 Potrebna površina razmene toplote: ) ( 2 m A A A A p k hl ) ( 2 m K Q A hl s hl hl hl ) ( 2 m K Q A k s k k k ) ( 2 m K Q A p s p p p gde su:

22 Srednje logaritamske razlike temperatura: ) ( ln K hl i hl u hl i hl u hl s ) ( ln K k i k u k i k u k s ) ( ln K p i p u p i p u p s

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33 IZVORI I NOSIOCI OPLOE Grejanje je jedna od najčešćih operacija. Koristi se za: Ubrzanje hemijskih reakcija Uparavanje Destilaciju Sušenje... Kriterijumi za izbor grejnog medijuma su: emperatura grejanja Mogućnost podešavanja temperature medijuma oplotna postojanost Zapaljivost i otrovnost grejnog medijuma

34 Grejanje neposrednim izvorima toplote: Sagorevni gasovi Električna struja Grejanje posrednim grejnim medijumima: Posebni grejni medijumi Organski grejni medijumi Rastvor soli Ţiva i tečni metali opla voda Pregrejana voda Vodena para Mineralna ulja Rashladne sole

35 Sagorevni gasovi Moţe se postići temperatura grejanja > 1000 C Ne moţe se brzo podešavati temperatura grejanja Moguće je pregrevanje tečnosti Postoji opasnost kada se zagrevaju zapaljive i eksplozivne tečnosti emperatura sagorevnih gasova se podešava tako što se na izlazu iz loţišta meša sa hladnim vazduhom. UvoĎenjem vazduha povećava se udeo kiseonika, što ima za posledicu oksidisanje metalnih površina aparature Električna struja Moţe se postići temperatura grejanja do 3200 C Stepen iskorišćavanja je visok: 0,95 Cena je visoka

36 Posebni grejni medijumi Organski grejni medijumi, ţiva, smeše soli Ţiva Ţiva nije zapaljiva, ima visoku temperaturu ključanja. Zbog opasnosti ţivinih para sistem mora biti dobro zaptiven u kome mora vladati podpritisak Rastvor soli Koristi se smeša npr. NaNO 2, NaNO 3, KNO 3 Mineralna ulja Mineralna ulja imaju mali koeficijent prelaza toplote a. Postiţu se temperature do 250 C Rashladne sole o su fluidi koji nisu čista voda. Obično su mešavine nekog tipa glikola i vode (u koncentraciji 20-40%). Često se koristi propilen-glikol zbog manje toksičnosti, nego npr. etilen-glikol