ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообменники смешения из "Динамика процессов химической технологии" Тепловое равновесие емкости может быть нарушено в результате действия различных факторов. Так, при среднем постоянном значении количество подводимого тепла может претерпевать мгновенные изменения. Возможны колебания внешней температуры, приводящие к изменению тепловых потерь. Изменение потребления выходящей из емкости жидкости может увеличивать или уменьшать ее количество в емкости. Вследствие этого может изменяться количество тепла в емкости. Колебания нагрузки. могут повлечь за собой изменение теплоотдачи от жидкости к стенкам емкости или трубопровода. [c.200] Для выяснения возможности регулирования температуры при помощи теплообменников смешения необходимо написать уравнение теплового баланса для процесса теплопередачи. Некоторые возможные варианты нагревателей названного типа с идеальным перемешиванием (а—г) представлены в табл. 7 (см. вклейку). В первой графе приводятся схемы каждого нагревателя, во второй—даны дифференциальные уравнения, описывающие динамику процесса, в третьей—их изображения по Лапласу и в четвертой—структурные схемы, характеризующие тепловой процесс. [c.200] Теплообменник с идеальной теплоизоляцией. На схеме а показан теплообменник смешения, в котором осуществляется хорошее перемешивание жидкости объемом V и- теплосодержанием Ро р, оУ- В теплообменник поступают два потока нагретой жидкости. Поток жидкости с объемным расходом имеет температуру Т , а поток с объемным расходом 0 2—температуру Т . Если теплообменник снабжен переливом, то в нем содержится постоянный объем жидкости и отводимый поток Со равен сумме двух подводимых. Когда же жидкость вытекает из теплообменника под действием веса собственного столба, то полный подводимый поток С, + С.2 может быть сделан равным отводимому потоку Qa, если соответствующим образом регулировать уровень жидкости. [c.200] Передаточная функция 1/ts+1 описывает связь между температурой жидкости Т( ) и полным количеством тепла, подводимым в теплообменник. Форма оператора покрывает,, что рассматриваемый тепловой объект является инерционным звеном первого порядка. Передаточная функция характеризуется постоя 1Й времени t=1//Qq, которая представляет собой постоянную мени процесса перемешивания. Таким образом, величина т для основного процесса конвекции приблизительно равна отношению удерживающей способности к нагрузке, т. е. имеет тот же вид, что и для процесса перемещения материала, в частности перемещения жидкости, а не является специфической постоянной времени теплового процесса. [c.201] Таким образом, постоянная времени т для теплообменника. мешения с теплопотерями получается путем некоторого видоизменения постояной времени для теплообменников с идеальной изоляцией. Постоянная времени т всегда меньше величины т, так как член ЛЛ/р Ср, оСо всегда будет положительным числом. Однако форма передаточной функции, которая характеризует процесс, не изменяется. [c.201] Теплообменник со стенками, обладающими тепловой емкостью. Рассмотрим подробнее схему в. Здесь материал теплообменника (металл) обладает теплоемкостью с . Следует разобрать два случая. В первом случае учитывается теплоемкость металла, а изоляция между металлической стенкой и внешней средой предполагается идеальной (отсутствуют тепловые потери). Во втором случае считают, что между стенкой теплообменника и внешней средой теплообмен происходит путем теплопроводности. [c.201] При исследовании динамики тепловых процессов, аналогичных рассмотренным, иногда может оказаться весьма эффективным метод структурных схем. Так, структурная схема теплообменника, обладающего тепловой емкостью (схема е), может быть интерпретирована следующим образом. [c.202] Вторая составляющая потока тепла Я, м от жидкости к металлу также вычитается из потока тепла, подводимого к теплообменнику. Температура T(s) сравнивается с температурой металла T s). Произведение разности At на теплопроводность дает переносимое количество тепла Яж, м К величине Я, должно быть добавлено начальное значение количества тепла с ДО ), которое накоплено в металле. После установления полного потока тепла в точке суммирования количеств тепла, подводимых к металлу или отводимых от него, для получения температуры металла T (s) результирующий поток тепла к металлу ЕЯ интегрируют умножением на оператор 1/р Ср, Температуру металла сравнивают с температурой жидкости, выходящей из теплообменника. [c.202] Общим членом, входящим в эти две замкнутые цепи, является теплопроводность Нж, м Л, м Это вполне понятно, поскольку теплопроводность является единственным способом теплопередачи между жидкостью, находящейся в теплообменнике, и металлом его стенок. [c.203] Теплообменник со стенками, обладающими тепловой емкостью и теплопотерями за счет проводимости. Для исследования динамических свойств теплообменника с металлическими стенками, имеющими теплоемкость и допускающими теплопотери во внешнюю среду, требуется несколько видоизменить описанную структурную схему (схема в). Из температуры металла вычитается температура внешней среды Разность температур, умноженная на проводимость Gm, с между металлом и внешней средой, численно равна количеству тепла Я , с, теряемому теплообменником смешения. Сигнал, изображающий поток тепла Ям,с, должен быть подан обратно к точке суммирования количеств тепла, вследствие чего из теплового потока от жидкости к металлу Яж, и вычитается тепловой поток Я , с- После интегрирования разности ЕЯз путем умножения на оператор 1/рмСр, получают температуру металла Т . [c.203] Для теплообменника смешения с потерями тепла во внешнюю среду (тепловой емкостью металлических стенок которого можно пренебречь) сопрягающая частота равна обратному значению постоянной времени . (см. схему 6). Так как то сопрягающая чгстота ю ш. Следовательно, полоса пропускания частот указанного теплообменника смешения будет больше полосы пропускания частот теплообменника с идеальной теплоизоляцией. При периодическом изменении количества поступающего тепла температура в теплообменнике с плохой изоляцией изменяется в меньшей степени, чем в теплообменнике с идеальной изоляцией. [c.204] Однако при возрастании 0 , м по сравнению с величиной РоСр, о произведение КО- .и приближается к единице, поэтому корни знаменателя будут всегда вещественными. Наличие металлических стенок в теплообменнике смешения приводит к уменьшению крутизны кривой, характеризующей реакцию температуры теплообменника на возмущения по потоку тепла. [c.205] Вернуться к основной статье