1. Su quale metodo di trasferimento del calore si basa il riscaldamento dei solidi? Conducibilità termica.B. Convezione.B.Radiazioni.2. Che tipo di trasferimento di calore

accompagnato dal trasferimento di materia?A. Conducibilità termica. B. Radiazione.B.Convezione.3. Quale delle seguenti sostanze ha la più alta conducibilità termica? Pelliccia. B. Albero. B. Acciaio 4. Quale delle seguenti sostanze ha la conduttività termica più bassa A. Segatura. B. Piombo. B. Rame.5. Nominare un possibile metodo di trasferimento del calore tra corpi separati dallo spazio senz'aria A. Conducibilità termica B. Convezione B. Radiazione 6. Una maniglia in metallo e una porta in legno sentiranno lo stesso calore al tatto ad una temperatura... al di sotto della temperatura corporea B. uguale alla temperatura corporea 7. Cosa succede alla temperatura di un corpo se assorbe tanta energia quanta ne irradia? Il corpo si raffredda.B. La temperatura corporea non cambia.8. In quale dei modi avviene il trasferimento di calore nei liquidi A. Conducibilità termica B. Convezione.B.Radiazioni.9. Quale delle seguenti sostanze ha meno A. Aria. B. Ghisa. B. Alluminio10. La capacità termica specifica dell'acqua è 4200 (J / kg * 0С). Ciò significa che ... A. per riscaldare l'acqua di massa 4200 kg di 1 ° C, è necessaria una quantità di calore pari a 1 JB. l'acqua di riscaldamento del peso di 1 kg per 4200 ° C richiede una quantità di calore pari a 1 J. B. l'acqua di riscaldamento del peso di 1 kg per 1 ° C richiede se11. combustione completa del combustibile.B. con combustione completa di combustibile del peso di 1 kg.12. L'evaporazione avviene... A. a qualsiasi temperatura B. al punto di ebollizione.B.a una temperatura specifica per ogni liquido.13. In presenza di vento si verifica l'evaporazione...A.più veloce.B. più lento.B. con la stessa velocità della sua assenza.14. L'efficienza di un motore termico può diventare del 100% se l'attrito tra le parti mobili di questa macchina viene ridotto a zero? Sì. B. No.15. Da quale polo del magnete escono le linee del campo magnetico? Da nord. B. Da sud. B. Da entrambi i poli.16. Alla sfera di un elettroscopio scarico portare, senza toccarla, un corpo carico di carica negativa. Quale carica acquisiranno le foglie dell'elettroscopio? Negativo. B. Positivo. B. Nessuno.17. Un atomo di idrogeno o qualsiasi altra sostanza può cambiare la sua carica di 1,5 cariche di elettroni? Sì. B. No.18. Quale immagine si ottiene sulla retina umana? Ingrandito, reale, invertito B. Ridotto, reale, invertito. Ingrandito, immaginario, diretto.G. Ridotto, immaginario, diretto.19. Cosa misura l'amperometro A) La resistenza elettrica dei conduttori B) La tensione ai poli della sorgente di corrente o in qualche parte del circuito La diffusione è: A) Il processo di aumento della temperatura B) Il fenomeno in cui le molecole di una sostanza si compenetrano tra le molecole di un'altra C) Il fenomeno in cui il corpo passa da uno stato solido a uno stato liquido D) Il processo di aumento la densità di un corpo21. Formula di efficienza:A) ŋ= An* 100%AɜB) ŋ= Aɜ * 100%AnB) ŋ= An * Aɜ100%D) ŋ= An * Aɜ * 100%22. Cosa dice la legge di Archimede A) La forza di galleggiamento che agisce su un corpo immerso in un liquido è uguale al peso del liquido spostato da questo corpo B) La forza di galleggiamento che agisce su un corpo immerso in un liquido è uguale alla velocità di questo corpo immerso in un liquido C) La forza di galleggiamento che agisce su un corpo immerso in un liquido, è uguale alla densità di questo corpo D) La forza di galleggiamento che agisce su un corpo immerso in un liquido è uguale al peso di questo corpo23. Che giornata) warm24. Dentro A) solo B) solo C) solo G) da quei 25. Quali delle seguenti sostanze sono conduttori? a) gomma; b) rame, c) plastica; d) vetro.26. Il corpo è elettrizzato solo quando … carica a) acquisisce; b) perde; c) acquista o perde.27. Quali delle seguenti sostanze sono dielettriche? a) gomma; b) rame; c) soluzione di acido solforico; d) acciaio.28. Corpi con carica probabile ......., e con carica opposta - .........a) ... respingono, ... attraggono, b) ... attraggono, ... respingono.29. La corrente elettrica si chiama ... A. Movimento di elettroni lungo un conduttore.B. Moto ordinato di elettroni lungo un conduttore.V. Moto ordinato di protoni lungo un conduttore.G. Moto ordinato di particelle cariche.D. Il movimento delle cariche elettriche lungo il conduttore.30. Che tipo di trasformazione dell'energia avviene durante il funzionamento di un macinacaffè elettrico?L'energia elettrica viene convertita... A. Nella chimica B. In meccanica. B. Nella luce. D. Nell'interiorità

1. quanta acqua può essere riscaldata con una caldaia da 10 gradi a 100 gradi Celsius, bruciando 0,6 kg di legna da ardere di betulla, se il 25% andasse a riscaldare l'acqua

calore rilasciato durante la combustione del legno

2. quanta legna ci vuole per bruciare per riscaldare un forno in muratura? L'efficienza della fornace è del 25%, la massa della fornace è di 1,5 tonnellate, nel processo di riscaldamento la temperatura della fornace cambia da 10 gradi a 70 gradi Celsius.

3. 175 g di acqua sono stati riscaldati su una stufa ad alcool da 15 gradi a 75 gradi Celsius. La massa iniziale della stufa ad alcool con alcool era di 163 g e, dopo il completamento del riscaldamento, era di 157 g. Trova l'efficienza dell'impianto di riscaldamento

4. In un recipiente di rame del peso di 0,5 kg, vengono riscaldati 2 litri di acqua, prelevati a una temperatura di 10 gradi Celsius. A quale temperatura si può riscaldare l'acqua bruciando 50 g di alcol (si presume che l'efficienza sia del 50%)?

5. Su una stufa con un'efficienza del 40%, è necessario far bollire 4 litri di acqua, la cui temperatura iniziale è di 20 gradi Celsius, in una padella di alluminio del peso di 2 kg Determinare il consumo di cherosene per riscaldare l'acqua e le pentole .

6. Qual è il rapporto tra le masse di alcol e benzina nella miscela se il calore specifico di combustione di questa miscela è 40 MJ / kg?

Nel paragrafo precedente, abbiamo scoperto che quando si lavora contro le forze di attrito, i corpi di sfregamento si riscaldano. Sono stati fatti molti esperimenti diversi per misurare con precisione la variazione di temperatura che si ottiene durante l'esecuzione di un determinato lavoro. Joule è stato uno dei primi a condurre tali esperimenti a metà del 19° secolo. Il suo dispositivo è mostrato in Fig. 365. La sezione del dispositivo è mostrata in forma semplificata in fig. 366. Le lame 1 ruotano in una nave con acqua, messa in moto con l'aiuto di un carico di massa, che è sospeso su una corda lanciata sopra il blocco 2. Quando il carico viene abbassato, le lame ruotano, passando attraverso i fori nelle partizioni 3, e, trascinando acqua, provocano attrito uno strato d'acqua contro un altro. Durante l'attrito, l'acqua e il recipiente vengono riscaldati; né l'acqua né altre parti del dispositivo subiscono altri cambiamenti. Quando un carico viene abbassato da un'altezza, la forza di gravità che agisce su di esso funziona pari a . All'inizio e alla fine dell'esperimento, tutte le parti del dispositivo - il carico, le pale, l'acqua - sono a riposo, in modo che, a seguito dell'abbassamento del carico, l'energia cinetica di tutti questi corpi non cambi .

Riso. 365. Dispositivo Joule

Riso. 366. Sezione del dispositivo Joule

Pertanto, tutto il lavoro perfetto provoca solo il riscaldamento dell'acqua, delle lame e di altre parti del dispositivo. Ciò consente di calcolare quanto lavoro deve essere speso per aumentare di un kelvin la temperatura di un'unità di massa d'acqua. Allo stesso tempo, Joule ha tenuto conto del fatto che, oltre all'acqua, vengono riscaldate anche le pale e la nave. Come viene preso in considerazione questo riscaldamento, considereremo ulteriormente.

Gli esperimenti di Joule sono stati ripetuti molte volte e le condizioni sperimentali sono state soggette a vari cambiamenti. Cambiarono la quantità di acqua versata, la massa dei carichi e l'altezza del loro innalzamento, i momenti delle forze agenti, ecc.. Con tutte queste misurazioni si otteneva sempre lo stesso risultato: riscaldare un chilogrammo di acqua per uno kelvin, è necessario fare un lavoro pari a 4,18 kilojoule.

Oltre all'esperimento descritto, molti altri esperimenti sono stati effettuati dallo stesso Joule e da altri ricercatori, volti anche a stabilire un collegamento tra un cambiamento di temperatura e il lavoro svolto. È stato osservato il riscaldamento del gas, che si verifica a causa del lavoro svolto durante la compressione; è stato determinato il riscaldamento dei dischi metallici che sfregano l'uno contro l'altro determinando contemporaneamente il lavoro svolto per superare l'attrito, ecc. Il confronto dei risultati di questi esperimenti presenta una certa difficoltà, poiché in esperimenti diversi sono stati riscaldati corpi molto diversi.

Vedremo più avanti (§209) come il riscaldamento che ne deriva può essere ridotto ogni volta al riscaldamento della stessa sostanza, come l'acqua. Se viene effettuato un tale confronto, da tutti gli esperimenti descritti e molti simili si può trarre una conclusione estremamente importante: se la scomparsa dell'energia meccanica non provoca alcun cambiamento nello stato dei corpi (ad esempio fusione, evaporazione, ecc. ), salvo variazione di temperatura, la bolletta energetica è di 4,18 kilojoule, la temperatura di un chilogrammo di acqua sale sempre di un kelvin.

Pertanto, gli esperimenti di Joule confermano la legge di conservazione dell'energia in senso esteso. Con tutti i movimenti, sia senza attrito che accompagnati da attrito, la somma delle energie cinetiche, potenziali e interne di tutti i corpi partecipanti non cambia. Chiameremo questa somma l'energia totale dei corpi o semplicemente la loro energia.

Considera un esempio. Lascia che una palla di piombo penda a una certa altezza sopra una piastra di piombo. L'energia di questo sistema è costituita da: a) l'energia potenziale della palla; b) l'energia interna della palla e del piatto. Ora lascia che la pallina cada sul piatto e, con il suo impatto, provochi il riscaldamento. L'energia potenziale della palla diminuirà, ma l'energia interna del piatto e della palla aumenterà. L'energia totale rimane invariata.

203.1. Nel dispositivo Joule, come si può vedere in Fig. 365 e 366, la velocità dei pesi in discesa è molte volte inferiore alla velocità delle lame. Qual era lo scopo di un tale dispositivo?

CONFERENZA 10

RISCALDAMENTO, EVAPORAZIONE, RAFFREDDAMENTO E CONDENSA

10.1. IL RISCALDAMENTO

riscaldamento Viene chiamato il processo di aumento della temperatura dei materiali fornendo loro calore. I metodi di riscaldamento diffusi nella tecnologia alimentare sono il riscaldamento con acqua calda o altri fluidi termovettori, vapore saturo, gas di combustione e corrente elettrica.

Per questi scopi vengono utilizzati scambiatori di calore di vari modelli.

Riscaldamento con acqua utilizzato per aumentare la temperatura e pastorizzare i prodotti alimentari a temperature inferiori a 100 0C. Per il riscaldamento a temperature superiori a 100 ° C, viene utilizzata acqua surriscaldata sotto pressione eccessiva. L'acqua è un refrigerante conveniente ed economico, non corrosivo con elevata capacità termica e coefficiente di trasferimento del calore. Solitamente, il riscaldamento con acqua viene effettuato attraverso la parete dell'apparato che separa il liquido di raffreddamento e il prodotto.

Quando viene riscaldato con acqua o altri liquidi, come olio, vettori di calore organici, viene spesso utilizzato il metodo di riscaldamento a circolazione. Secondo questo metodo, l'acqua calda (o altro liquido di raffreddamento) circola tra il riscaldatore e lo scambiatore di calore, in cui emette calore. La circolazione può essere naturale o forzata. La circolazione naturale si verifica a causa della differenza di densità dei refrigeranti caldi e freddi.

Più efficiente è il metodo di riscaldamento a circolazione forzata, che viene effettuato mediante una pompa.

Per riscaldare le serre durante la coltivazione di cetrioli, pomodori e altre verdure, viene utilizzata l'acqua calda, che è lo spreco degli impianti di produzione che utilizzano il calore.

Un altro metodo di riscaldamento con liquidi caldi è il riscaldamento con bagni riscaldanti, che sono apparecchi incamiciati. La camicia è riscaldata da fumi, riscaldamento elettrico o vapore saturo ad alta pressione fornito alla batteria.

Tra i liquidi organici altobollenti, per creare alte temperature vengono utilizzati oli minerali (fino a 250 ... 300 ° C), tetraclorobifenile (fino a 300 ° C), glicerina, composti organosilicio, ecc.. Il più comune è il miscela difenile, che viene utilizzata per il riscaldamento con il metodo di circolazione , nonché per il riempimento di bagni di riscaldamento. Il coefficiente di scambio termico per una miscela di difenile liquido in condizioni di circolazione naturale è 200...350 W/(m2*K). La miscela difenile fornisce riscaldamento fino a 260...400 °C.

Il consumo di acqua o altro refrigerante per il riscaldamento è determinato dal bilancio termico

dove: Gw e Gp sono le portate massiche rispettivamente di acqua e prodotto, kg/h; sv e cn sono le capacità termiche dell'acqua e del prodotto, rispettivamente, kJ/(kg*K) e https://pandia.ru/text/78/268/images/image004_33.gif" width="142" height= "54"> (10.2)

Riscaldamento con vapore acqueo saturo si è diffuso, il che si spiega con i suoi seguenti vantaggi: una grande quantità di calore rilasciata durante la condensazione del vapore acqueo (2024 ... 2264 kJ per 1 kg di vapore di condensazione a pressioni assolute di 0,1 ... 1,0 MPa, rispettivamente) ; elevato coefficiente di scambio termico dal vapore condensante alla parete - circa kJ/(m2*h*K); uniformità di riscaldamento.

Se riscaldato con vapore acqueo saturo, vengono utilizzati due metodi: riscaldamento con vapore saturo "sordi" e vapore "caldo".

Quando riscaldato da vapore "sordi", il calore dal vapore acqueo saturo di condensazione al refrigerante riscaldato viene trasferito attraverso la parete che li separa. Il vapore "morto" di riscaldamento condensa e viene rimosso dallo spazio del vapore dello scambiatore di calore sotto forma di condensa. In questo caso si assume la temperatura della condensa pari alla temperatura del vapore saturo di riscaldamento.

La portata massica del vapore (in kg/h) durante il riscaldamento del liquido è determinata dal bilancio termico

https://pandia.ru/text/78/268/images/image006_22.gif" width="133" height="40"> (10.4)

dove: D è la portata massica del vapore, kg/h; G è la portata massica del liquido, kg/h; c è la capacità termica specifica del liquido, kJ/(kg*K); tн e tк ​​sono le temperature iniziale e finale del liquido, rispettivamente, 0С; - entalpie specifiche del vapore di riscaldamento e della condensa, rispettivamente, kJ/h.

Affinché il vapore sia completamente condensato nello spazio vapore dello scambiatore di calore, sulla linea di uscita della condensa sono installati scaricatori di condensa di vario tipo (Fig. 10.1). Lo scaricatore di condensa consente il passaggio della condensa, ma non fa passare il vapore, quindi il vapore viene completamente condensato nello spazio vapore dello scambiatore di calore, il che porta a notevoli risparmi.

Riso. 10.1. Schema di installazione dello scaricatore di condensa:

1 - scambiatore di calore; 2 - valvola di spurgo; 3 - scarico condensa; 4 - valvole; 5 - linea di uscita

Se riscaldato con vapore "caldo", il vapore acqueo viene introdotto direttamente nel liquido riscaldato. Il vapore condensa e cede calore al liquido riscaldato e la condensa si mescola con il liquido. Il vapore viene introdotto attraverso un gorgogliatore, che in molti casi è un tubo forato, piegato a spirale di Archimede oa cerchio. L'ingresso del vapore attraverso il gorgogliatore provvede, contestualmente al riscaldamento del liquido, alla sua miscelazione con il vapore.

Il consumo di vapore "caldo" è determinato dal bilancio termico

https://pandia.ru/text/78/268/images/image010_16.gif" width="112" height="55 src="> (10.6)

Il riscaldamento con vapore "caldo" viene utilizzato nei casi in cui è consentito diluire il mezzo riscaldato con acqua. Questo metodo viene spesso utilizzato per riscaldare acqua e soluzioni acquose.

Riscaldamento a fumi, formatosi durante la combustione di combustibili solidi, liquidi o gassosi in appositi forni, viene utilizzato, ad esempio, per riscaldare gli essiccatori.

Gli svantaggi del riscaldamento con fumi sono: basso coefficiente di scambio termico pari a 60...120 kJ/(m2*h*K), notevoli differenze di temperatura e riscaldamento non uniforme; complessità del controllo della temperatura; l'ossidazione delle pareti dell'apparecchio, nonché la presenza di prodotti di combustione nocivi, che rende inaccettabile l'utilizzo dei gas di combustione per riscaldare i prodotti alimentari a diretto contatto con essi.

Oltre ai gas di combustione ottenuti in un forno speciale, vengono utilizzati anche gas di scarico di forni, caldaie, ecc. Con una temperatura di 300 ... 500 ° C. L'uso dei gas di scarico non richiede un consumo aggiuntivo di carburante, quindi il loro utilizzo per il riscaldamento è molto razionale.

Riscaldamento elettrico effettuata in forni elettrici a resistenza ad azione diretta ed indiretta.

Nei forni ad azione diretta, il corpo si riscalda quando viene attraversato da una corrente elettrica.

Il riscaldamento mediante correnti ad alta frequenza si basa sul fatto che quando si applica una corrente elettrica alternata a un dielettrico, le molecole del dielettrico entrano in moto oscillatorio, mentre parte dell'energia viene spesa per vincere l'attrito tra le molecole del dielettrico e si trasforma in calore, riscaldando il corpo. La quantità di calore rilasciata è proporzionale al quadrato della tensione e alla frequenza della corrente. Tipicamente, viene utilizzata una frequenza di corrente di 1 * 106 Hz.

Per ottenere correnti ad alta frequenza vengono utilizzati generatori di vari modelli.

Vantaggi del riscaldamento dielettrico: rilascio diretto di calore nel corpo riscaldato; riscaldamento rapido uniforme dell'intera massa di materiale alla temperatura richiesta; facilità di controllo del processo.

Nei forni indiretti, il calore viene rilasciato quando una corrente elettrica passa attraverso gli elementi riscaldanti. Il calore rilasciato in questo processo viene trasferito al materiale per irraggiamento termico, conducibilità termica e convezione.

La quantità di calore che deve essere fornita nel processo di riscaldamento con corrente elettrica è determinata dal bilancio termico

https://pandia.ru/text/78/268/images/image012_16.gif" width="20" height="24">- la quantità di calore rilasciata nel dispositivo elettrico di riscaldamento durante il passaggio della corrente elettrica, kJ /h; G è la quantità di prodotto lavorato nell'apparecchiatura riscaldata, kg/h; c è la capacità termica specifica del prodotto in lavorazione, kJ/(kg*K); e - rispettivamente, la temperatura iniziale e finale di il prodotto in lavorazione, 0°C; - dispersione termica nell'ambiente, kJ/h.

Dall'equazione (10.7)

(10.8)

Potenza elemento riscaldante (in kW)

10.2. EVAPORAZIONE

Evaporazione- il processo di conversione di un liquido in vapore applicandogli calore. L'evaporazione più efficiente dei liquidi avviene durante l'ebollizione. L'evaporazione nella tecnologia alimentare viene utilizzata per raffreddare e desalinizzare l'acqua, per concentrare soluzioni, come lo zucchero e per separare miscele liquide. L'evaporazione avviene negli evaporatori.

I dispositivi utilizzati per la dissalazione dell'acqua sono chiamati dissalatori, per aumentare la concentrazione di soluzioni - evaporatori.

Consumo di calore per evaporazione (in kJ)

D=Wr ( 10.10)

dove: W è la massa del liquido evaporato, kg; r è il calore di vaporizzazione, kJ/kg.

Ad esempio, per far evaporare 1 kg di acqua a pressione atmosferica, dovrebbero essere spesi 2264 kJ.

10.3. CONDENSAZIONE

Condensazione- il passaggio di una sostanza da uno stato vapore o gassoso a uno stato liquido sottraendogli calore. La condensa si verifica nei condensatori.

I processi di condensazione sono ampiamente utilizzati nella tecnologia alimentare per liquefare varie sostanze.

La condensazione può essere effettuata rimuovendo il calore dalle sostanze condensate con l'aiuto di un liquido di raffreddamento separato da una parete, oppure miscelando direttamente i vapori condensati con il liquido di raffreddamento - acqua. Nel primo caso avviene la condensazione superficiale, nel secondo la condensazione per miscelazione.

La quantità di calore rilasciata durante la condensazione è determinata dalla formula Q=Dr, dove D è la massa del vapore di condensazione, kg; g - calore di condensazione, kJ/kg. Ad esempio, quando 1 kg di vapore acqueo condensa a pressione atmosferica, vengono rilasciati 2264 kJ.

Condensazione superficiale realizzata in scambiatori di calore detti condensatori di superficie.

Considera il processo di condensazione del vapore surriscaldato con l'acqua. Bilancio termico del processo

dove: D è la portata massica di vapore in ingresso al condensatore, kg/h; io– entalpia specifica del vapore, kJ/kg; sv, sk sono rispettivamente le capacità termiche specifiche dell'acqua e della condensa, kJ/(kg*K); ,https://pandia.ru/text/78/268/images/image021_9.gif" width="27" height="31 src="> – perdita di calore nell'ambiente, kJ/h.

Da qui troviamo la portata massica dell'acqua di raffreddamento (in kg/h)

( 10.12)

Entalpia specifica del vapore surriscaldato in ingresso (in kJ/kg)

dove: - capacità termica specifica del vapore surriscaldato, kJ/(kg*K); - temperatura del vapore surriscaldato in entrata, 0С; https://pandia.ru/text/78/268/images/image027_8.gif" width="12" height="23">La superficie di scambio termico del condensatore viene calcolata separatamente per tre zone: vapore surriscaldato zona di raffreddamento F1, zona di condensazione F2 e zone F3 di raffreddamento a condensazione: Ftotal = F1 + F2 + F3 La superficie di ciascuna zona è determinata dall'equazione di scambio termico di base (10.1).

Condensa durante la miscelazione dei refrigeranti effettuata in condensatori a umido ea secco.

Nei condensatori a umido, l'acqua di raffreddamento, la condensa ei gas non condensabili come l'aria vengono rimossi dal fondo del condensatore mediante una pompa ad aria umida.

Nei condensatori a secco l'acqua di raffreddamento, insieme alla condensa, viene scaricata dalla parte inferiore e l'aria viene aspirata da una pompa a vuoto dalla parte superiore del condensatore.

I condensatori a umido e a secco sono divisi in flusso diretto e controcorrente.

10.4. RAFFREDDAMENTO A TEMPERATURE ORDINARIE

Raffreddamento- il processo di abbassamento della temperatura dei materiali rimuovendo il calore da essi.

L'acqua e l'aria sono utilizzate nella tecnologia alimentare per raffreddare gas, vapori e liquidi a 15...20 °C. Per raffreddare i prodotti a basse temperature vengono utilizzati refrigeranti a bassa temperatura: salamoie frigorifere, freon (freon), ammoniaca, anidride carbonica, ecc.

In questa sezione, consideriamo il raffreddamento a temperature normali.

Raffreddamento ad acqua viene effettuato in scambiatori di calore in cui i vettori di calore sono separati da una parete o scambiano calore quando miscelati. Ad esempio, i gas vengono raffreddati spruzzando acqua al loro interno.

Per il raffreddamento viene utilizzata acqua normale con una temperatura di 15 ... 25 ° C o acqua artesiana con una temperatura di 8 ... 12 0 C. Al fine di risparmiare acqua dolce, l'acqua di ricircolo viene spesso utilizzata per il raffreddamento, raffreddata dalla sua evaporazione nelle torri di raffreddamento. L'acqua in circolazione ha una temperatura che raggiunge i 30 °C in estate.

La portata massica dell'acqua per il raffreddamento W (in kg/h) è determinata dal bilancio termico

(10.14)

( 10.15)

dove: G è la portata massica del liquido di raffreddamento raffreddato, kg/h; s, sv sono le capacità termiche specifiche rispettivamente del liquido di raffreddamento e dell'acqua, kJ/(kg*K); tн, tк - rispettivamente, la temperatura iniziale e finale del liquido di raffreddamento, 0С; , - rispettivamente, la temperatura iniziale e finale dell'acqua di raffreddamento, 0°C; Qp – dispersione termica nell'ambiente, kJ/h.

Raffreddamento a ghiaccio utilizzato per raffreddare alcuni prodotti, come il gelato, a una temperatura prossima allo zero. Il ghiaccio, cedendo calore, si scalda fino a 0°C e si scioglie sottraendo calore al prodotto raffreddato. I dati sperimentali vengono utilizzati per determinare la durata del raffreddamento.

Con il raffreddamento diretto (ad esempio liquidi con ghiaccio), il freddo viene introdotto con ghiaccio

dove: L è la massa del ghiaccio, kg; Rè il calore di scioglimento del ghiaccio, (kJ/kg); accettare R tenendo conto del suo superraffreddamento di 1 ... 3 0С pari a 335 kJ / kg.

Il calore viene introdotto con il liquido raffreddato nella quantità

Qzh \u003d Gctn (10.17)

dove: G è la massa del liquido raffreddato, kg; c è la capacità termica specifica del liquido, kJ/(kg*K); tn è la temperatura iniziale del liquido, 0С.

Prendiamo la temperatura finale del liquido raffreddato e dell'acqua formata durante lo scioglimento del ghiaccio, tk. Quindi il bilancio termico può essere scritto come segue:

dove: sv è la capacità termica specifica dell'acqua, kJ / (kg * K).

Da qui il consumo di ghiaccio

Aria condizionata svolta in modo naturale e artificiale. Con il raffreddamento naturale, il prodotto caldo viene raffreddato a causa della dispersione di calore nello spazio circostante. Il raffreddamento naturale è più efficace in inverno quando la temperatura dell'aria è bassa.

Il raffreddamento ad aria artificiale viene utilizzato per raffreddare l'acqua nelle torri di raffreddamento, in cui l'acqua raffreddata scorre dall'alto verso il basso verso l'aria fornita dal basso. In questo caso il raffreddamento avviene non solo per trasferimento di calore, ma in larga misura per evaporazione di parte del liquido.

10.5. RAFFREDDAMENTO A TEMPERATURE INFERIORI ALLA TEMPERATURA

AMBIENTE

I frigoriferi sono utilizzati per il raffreddamento, il congelamento e la conservazione di alimenti a temperature inferiori a quella ambiente (da +4 a -40 °C). Il raffreddamento nei frigoriferi viene effettuato da macchine frigorifere.

Per ottenere il freddo nelle macchine frigorifere si utilizza un ciclo termodinamico circolare inverso, costituito dai processi di compressione, condensazione ed evaporazione del gas.

Secondo la seconda legge della termodinamica, il raffreddamento a temperature inferiori alla temperatura ambiente, che è associato al trasferimento di calore da un livello di temperatura inferiore a uno superiore, è possibile solo con il dispendio di energia. Tale trasferimento di calore viene effettuato secondo il ciclo di Carnot inverso.

Il bilancio energetico del ciclo di Carnot diretto è espresso dall'equazione

secondo il quale, quando il calore passa da un livello di temperatura più alto T ad un livello di temperatura inferiore T 0 lavoro svolto l e il calore Q0 viene conservato a bassa temperatura.

Riso. 10.2 Ciclo di Carnot inverso:

la zona l numericamente uguale al lavoro svolto; Q0 - capacità di raffreddamento

Si consideri il ciclo di Carlo inverso (Figura 10.2). Un fluido di lavoro gassoso con una temperatura T0 viene compresso adiabaticamente con il dispendio di lavoro, riscaldandosi fino a una temperatura T. Questo processo è rappresentato da una linea verticale 1 - 2. Dopo la compressione, il gas viene condensato isotermicamente a una temperatura T (linea 2 - 3), emettendo calore Q, e quindi il liquido formato si espande adiabaticamente. Durante l'espansione, il liquido viene raffreddato a una temperatura T0 (linea 3 - 4), mentre svolge un lavoro utile, dopodiché evapora a una temperatura T0 (linea 4 - 1) a pressione ridotta, prelevando calore Q0 dall'oggetto raffreddato.

Lavoro utile del gas secondo l'equazione (10.20)

https://pandia.ru/text/78/268/images/image035_3.gif" width="197" height="24 src=">(10.22)

Sostituendo i valori di Q e Q0 nell'espressione precedente, otteniamo

https://pandia.ru/text/78/268/images/image037_3.gif" width="156" height="38 src="> (10.24)

mostra quanto calore Q0 può essere trasferito dal livello di temperatura più basso T0 al livello T più alto a causa dell'unità di lavoro spesa L. Il calore Q0 è chiamato capacità di raffreddamento della macchina frigorifera.

Sulla fig. 10.3 mostra i diagrammi dello stato dell'aria nelle coordinate T - s. Le linee del liquido e del vapore convergono nel punto Tcr, che è la temperatura critica. Nella regione b - Tcr - a, situata a sinistra della curva, c'è un liquido. La regione b-Tcr - c, situata sotto la curva, è la regione di coesistenza di vapore e liquido, e la regione ma- T kr - s sopra ea destra della curva corrisponde lo stato del gas o del vapore surriscaldato.

Riso. 10.3. T- S - diagramma per l'aria

10.6. PROCESSI IN MACCHINE REFRIGERANTI

Per il raffreddamento artificiale dei gas vengono utilizzate le seguenti macchine frigorifere: a compressione di vapore e gas, ad assorbimento, vapore-acqua, eiettore e termoelettrico.

Nelle macchine frigorifere, i prodotti possono essere raffreddati direttamente con un refrigerante o con l'ausilio di refrigeranti intermedi che rimuovono il calore dagli oggetti di raffreddamento situati all'esterno della macchina refrigerante e lo danno al refrigerante.

Quando si utilizzano refrigeranti, l'evaporatore della macchina di refrigerazione viene collocato in un contenitore riempito di refrigerante - salamoia. Come risultato dell'evaporazione del refrigerante, la salamoia viene raffreddata a una temperatura predeterminata e pompata nella tubazione comune, dalla quale viene distribuita dalla pompa agli elementi di raffreddamento del frigorifero. La salamoia esaurita viene raccolta in una condotta comune e reimmessa per il raffreddamento in un contenitore.

Per il raffreddamento a temperature non inferiori a -15 °C viene utilizzata una soluzione di cloruro di sodio.

IN macchine frigorifere a compressione di vapore-gas utilizzare ammoniaca, freon (freon), anidride carbonica. Il principio di funzionamento di queste macchine si basa sulla compressione del refrigerante da parte di un compressore e sulla condensazione del gas compresso.

Nelle macchine frigorifere funzionanti con ammoniaca e freon non è necessario creare pressioni elevate. A differenza dell'ammoniaca, i freon non hanno un odore irritante per il rinofaringe e sono a prova di esplosione. Tali macchine vengono utilizzate per il raffreddamento fino a - 80 °C.

Lo schema della macchina a compressione di vapore è mostrato in fig. 10.4. È costituito da un compressore Km, condensatore, valvola di espansione B, evaporatore E. Il refrigerante circolante nella macchina (Fig. 10.5) viene compresso dal compressore alla pressione di esercizio lungo il canale adiabatico 1 -2 in uno stato di saturazione e condensa a temperatura T nel condensatore (linea 2-3), che è raffreddato ad acqua. Allo stesso tempo, l'acqua rimuove il calore dal refrigerante) il liquido risultante entra nella valvola di strozzatura, dove viene strozzato lungo l'isoentalpo 3 -4 (o 3"-4, se non c'è sottoraffreddamento) e poi evapora nell'evaporatore ad una temperatura To (linea 4-1) a causa del calore , rimosso dall'oggetto raffreddato. Il sottoraffreddamento del refrigerante aumenta la dissipazione del calore .

Riso. 10.4. Schema di una macchina frigorifera a compressione di vapore:

km- compressore; A- condensatore; B - valvola di strozzamento; E- evaporatore (stato del refrigerante ai punti 1...4 mostrato in fig. 10.5 e 10.6)

Riso. 10.5. Ciclo frigorifero a compressione di vapore con compressione di gas umido nel compressore

Il processo con compressione di vapore umido nel compressore è stato descritto sopra, ma nella maggior parte dei casi le macchine frigorifere funzionano con compressione di vapore secco (Fig. 10.6). Il processo di compressione adiabatica del vapore nel compressore viene riflesso dalla linea 1 - 2. Segue il raffreddamento del vapore surriscaldato fino allo stato di saturazione lungo l'isobar 2 - 2", condensazione alla temperatura T secondo l'isoterma 2 " - 3" , ipotermia 3" - 3, strozzatura dell'isenthalpe 3 - 4 ed evaporazione isotermica 4 - 1.

Da un confronto dei suddetti cicli di funzionamento delle macchine a compressione di vapore, ne consegue che il ciclo termodinamico con vapore umido è più vicino al ciclo di Carnot e il relativo coefficiente di prestazione è maggiore. Tuttavia, quando il vapore umido viene compresso nel compressore, c'è il rischio di colpo d'ariete e una riduzione della portata del compressore, rendendo il ciclo meno vantaggioso di un ciclo di compressione del vapore secco. Portata del compressore dipendente dal rapporto di compressione p/p0, determinato sulla base di dati sperimentali.

S

Riso. 10.6. Ciclo chiller a compressione di vapore con compressione di vapore secco

La capacità frigorifera specifica (in kJ/kg) può essere determinata dalla fig. 10.6

e la portata massica del refrigerante circolante nella macchina frigorifera (in kg/s) - secondo la formula

Coefficiente di raffreddamento

(10.27)

Nelle macchine frigorifere a compressione di gas(fig. 10.7) il liquido di raffreddamento è aria. Nel ciclo di lavoro della macchina (Fig. 10.8), l'aria non condensa né evapora. L'aria viene aspirata dal turbocompressore e compressa adiabaticamente 1 -2. Quindi viene raffreddato con acqua in frigorifero dalla temperatura T2 prima T3 lungo l'isobar 2-3, l'aria raffreddata si espande adiabaticamente nell'espansore, mentre la sua temperatura scende a T4. Dall'espansore, l'aria entra nello scambiatore di calore, in cui sottrae calore al livello di temperatura più basso a pressione costante lungo l'isobar 4-1. Queste macchine sono caratterizzate da un maggiore consumo energetico e vengono utilizzate solo per creare temperature inferiori a -100 °C.

Riso. 10.7. Schema di una macchina frigorifera a compressione di gas:

km- compressore; T- scambiatore di calore; X- frigo; D - espansore (espansore); punti 1...4 corrispondono ai punti del diagramma T-S (Fig. 10.8)

Riso. 10.8. Ciclo frigorifero a compressione di gas

IN refrigeratori ad assorbimento(Fig. 10.9) il refrigerante è una soluzione di acqua-ammoniaca. Queste macchine sono utilizzate per il raffreddamento fino a -60 °C.

Riso. 10.9. Schema di un refrigeratore ad assorbimento:

1 - caldaia; 2 - condensatore; 3, 8 - valvole di strozzatura; 4 - evaporatore; 5 - assorbitore; 6 - pompa; 7 - scambiatore di calore

La macchina è composta da una caldaia 1 che è riscaldato da vapore, condensatore 2 , raffreddato ad acqua, valvola di strozzatura 3 , evaporatore 4, assorbitore 5 , scambiatore di calore 7 e pompa 6 (vedi figura 10.9). Nella caldaia, una volta riscaldata, la maggior parte dell'ammoniaca gassosa viene rilasciata dalla soluzione acquosa di ammoniaca, che entra nel condensatore in eccesso di pressione, dove viene raffreddata dall'acqua e condensa ad alta temperatura T. L'ammoniaca emette calore quando condensa DIV_ADBLOCK79">

La quantità di soluzione di ammoniaca e acqua che circola nella macchina può essere determinata dalle equazioni di bilancio del materiale del termocompressore:

dove: OK, Oa - portate massiche della soluzione in ingresso rispettivamente in caldaia e assorbitore, kg/h; HK,Ah- concentrazione della soluzione in ingresso rispettivamente in caldaia e assorbitore, % in peso; https://pandia.ru/text/78/268/images/image054_1.gif" width="225" height="25">

IN macchine frigorifere a getto d'acqua e vapore il refrigerante viene compresso nell'eiettore di vapore e il vapore viene condensato in condensatori di miscelazione dell'acqua o condensatori di superficie. Il liquido di raffreddamento qui è salamoia o acqua pura. Con l'aiuto della salamoia, si ottiene il raffreddamento fino a - 15 ° C e con l'aiuto dell'acqua - fino a + 5 ° C.

In fig. 10.10. Vapore acqueo ad alta pressione che entra nell'eiettore 2 aspira il vapore dall'evaporatore 1. Di conseguenza, la pressione nell'evaporatore viene ridotta a 25 Pa e la salamoia in circolazione viene raffreddata a -10...+ 15 °C. La salamoia raffreddata viene pompata fuori dalla pompa 5 e inviata a raffreddare gli oggetti. Il vapore acqueo proveniente dall'eiettore entra nel condensatore di miscelazione 3, dove condensa e viene scaricato come condensatore da una pompa ad aria umida 4.

Riso. 10.10. Schema di una macchina frigorifera con eiettore acqua-vapore:

1 - evaporatore; 2 - eiettore; 3 - condensatore miscelatore; 4, 5 - pompe.

Le macchine frigorifere a getto d'acqua a vapore funzionanti sull'acqua hanno un elevato coefficiente di prestazione dovuto a una piccola differenza di livelli di temperatura. Tali macchine sono semplici, affidabili, compatte e facili da usare.

10.7. DISPOSITIVO DI SCAMBIATORE DI CALORE

I dispositivi che utilizzano il calore utilizzati nella produzione alimentare per eseguire processi di scambio termico sono chiamati scambiatori di calore. Gli scambiatori di calore sono caratterizzati da una varietà di design, che si spiega con il diverso scopo dell'apparato e le condizioni dei processi.

Secondo il principio di funzionamento, gli scambiatori di calore si dividono in recuperativi, rigenerativi e miscelatori (torri di raffreddamento, scrubber, condensatori di miscelazione, ecc.).

Negli scambiatori di calore a recupero, i vettori di calore sono separati da una parete e il calore viene trasferito da un vettore di calore all'altro attraverso la parete che li separa.

Negli scambiatori di calore rigenerativi, la stessa superficie di scambio termico viene lavata alternativamente da vettori di calore caldo e freddo. Quando si lava con un liquido di raffreddamento caldo, la superficie si riscalda a causa del suo calore; quando si lava la superficie con un liquido di raffreddamento freddo, si raffredda, cedendo calore. Pertanto, la superficie di scambio termico accumula il calore del refrigerante caldo e quindi lo cede al refrigerante freddo.

Nei miscelatori, il trasferimento di calore avviene attraverso l'interazione diretta dei vettori di calore.

Scambiatori di calore a recupero a seconda del design, sono divisi in dispositivi a guscio e tubo, "tubo nel tubo", serpentino, lamellare, spirale, irrigazione e incamiciato. Gli evaporatori a tubo costituiscono un gruppo speciale.

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono i più utilizzati nell'industria alimentare.

Uno scambiatore di calore verticale a fascio tubiero a passaggio singolo con piastre tubiere fisse (Fig. 10.11, a) è costituito da un corpo cilindrico, delimitato su entrambi i lati da piastre tubiere saldate ad esso con tubi di riscaldamento fissati in esse. Il fascio tubiero divide l'intero volume del corpo dello scambiatore di calore in uno spazio tubiero racchiuso all'interno dei tubi di riscaldamento e uno spazio anulare.

Riso. 10.11 Schema di uno scambiatore di calore a fascio tubiero verticale a passaggio singolo con piastre tubiere fisse e posizionamento dei tubi nella piastra tubiera:

1 - corpo; 2 - piastra tubiera; 3 - tubo di riscaldamento; 4 - tubo di derivazione; 5 - fondi; 6 - zampa di supporto; 7 - bullone; 8 - guarnizione; 9 - conchiglia

Due fondi sono fissati al corpo per mezzo di una connessione imbullonata. Per l'ingresso e l'uscita dei vettori di calore, il corpo e i fondi hanno tubi di derivazione. Un flusso di refrigerante, ad esempio liquido, è diretto nello spazio tubiero, passa attraverso i tubi ed esce dallo scambiatore di calore attraverso un tubo di derivazione nella parte inferiore superiore. Un altro flusso di refrigerante, ad esempio vapore, viene introdotto nello spazio anulare dello scambiatore di calore, lava i tubi di riscaldamento dall'esterno e viene scaricato dall'alloggiamento dello scambiatore di calore attraverso il tubo di derivazione.

Lo scambio di calore tra i vettori di calore avviene attraverso le pareti dei tubi.

I tubi di riscaldamento sono collegati alla piastra tubiera mediante saldatura o espansi in essa (vedi nodo B in Fig. 10.11, a). I tubi del riscaldamento sono realizzati in acciaio, rame o ottone.

I tubi di riscaldamento sono posti nelle piastre tubiere in diversi modi: lungo i lati e le sommità di esagoni regolari (a scacchiera), lungo i lati e le sommità di quadrati (corridoio) e lungo cerchi concentrici. Tali disposizioni forniscono un design compatto dello scambiatore di calore. La distanza tra i tubi dipende dal diametro esterno del tubo. Quando si espandono i tubi in una piastra tubiera, il passo è determinato dalla formula t=(l,3...1,5)dn.

Diametro corpo scambiatore di calore

D= (1.3...1.5)( B-1)gn+4gn, (10.30)

dove B- il numero di tubi posti in diagonale rispetto all'esagono maggiore; B\u003d 2a-1 (qui a è il numero di tubi situati sul lato dell'esagono più grande);

dn è il diametro esterno del tubo.

Numero totale di tubi nello scambiatore di calore

n=3a(a-1)+1 (10.31)

La lunghezza dei tubi di diametro noto viene calcolata in base all'area della superficie di scambio termico

Per intensificare il trasferimento di calore negli scambiatori di calore a fascio tubiero, il fascio tubiero viene sezionato, cioè diviso in più sezioni (passaggi), attraverso le quali il liquido di raffreddamento passa in serie. La suddivisione dei tubi in più passaggi si ottiene utilizzando partizioni nella parte inferiore superiore e inferiore.

Sulla fig. 10.12 mostra un tale scambiatore di calore a più passaggi in cui il refrigerante passa attraverso l'intercapedine in quattro passaggi. In questo modo si ottiene un aumento della velocità del liquido di raffreddamento, che porta ad un aumento del coefficiente di trasferimento del calore nello spazio dei tubi. Si consiglia di aumentare la velocità di uno dei liquidi di raffreddamento, che ha una maggiore resistenza termica.

Lo spazio anulare può anche essere sezionato installando deflettori di guida (Fig. 10.13).

Mostrato in fig. 10.11 Gli scambiatori di calore a fascio tubiero funzionano in modo affidabile con differenze di temperatura tra mantello e tubi di 25...30°C. A differenze di temperatura più elevate tra mantello e tubi, si verificano notevoli sollecitazioni termiche, che possono portare al guasto dello scambiatore di calore. Pertanto, a grandi differenze di temperatura, vengono utilizzati modelli di scambiatori di calore che forniscono una compensazione per l'allungamento termico.

Il dispositivo più semplice per compensare gli allungamenti termici è un compensatore di lenti (Fig. 10.14, a), che è installato nell'alloggiamento dello scambiatore di calore e compensa le deformazioni termiche mediante compressione o espansione assiale.

Gli scambiatori di calore con tubi di riscaldamento a forma di U (Figura 10.14, b) hanno una piastra tubiera in cui sono fissate entrambe le estremità dei tubi a forma di U. Ogni tubo, una volta riscaldato, può allungarsi indipendentemente dagli altri, compensando così le sollecitazioni termiche.

Riso. 10.12. Schema di uno scambiatore di calore multi-pass (nel vano tubi):

1 - corpo; 2 - tubo di riscaldamento; 3 - in basso; 4 - partizioni

Riso. 10.13. Schema di uno scambiatore di calore multi-pass (lungo lo spazio anulare):

1 - corpo; 2 - partizioni; 3 - tubo di riscaldamento; 4 - in basso

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono utilizzati per lo scambio di calore tra il vapore condensato e il liquido. Il liquido viene fatto passare attraverso i tubi e il vapore - nell'anello.

I vantaggi degli scambiatori di calore a fascio tubiero sono la compattezza, il basso consumo di metallo, la facilità di pulizia dei tubi dall'interno (ad eccezione di uno scambiatore di calore con tubi a U).

Riso. 10.14. Progettazione di scambiatori di calore con compensazione dello stress termico:

a - con un compensatore obiettivo: 1 - alloggiamento; 2 - tubo di riscaldamento; 3 - compensatore obiettivo; b - con tubi di riscaldamento a U: 1 - coperchio; 2 - corpo; 3 - Tubi di riscaldamento a forma di U

Gli svantaggi di questi scambiatori di calore sono: la difficoltà di raggiungere elevate velocità di trasferimento del calore, ad eccezione degli scambiatori di calore multi-pass; la difficoltà di pulizia dello spazio anulare e la sua scarsa disponibilità per ispezione e riparazione; la complessità della produzione da materiali che non possono essere espansi e saldati, ad esempio da ghisa e ferrosilide.

Gli scambiatori di calore del tipo "pipe in pipe" sono costituiti da una serie di tubi esterni di diametro maggiore e tubi di diametro minore posti al loro interno (Fig. 10.15). I tubi interni ed esterni degli elementi sono collegati tra loro in serie con l'ausilio di curve e diramazioni. Uno dei refrigeranti io- si muove lungo la camera d'aria, e l'altra - II- lungo il canale anulare formato dai tubi interno ed esterno. Lo scambio di calore avviene attraverso la parete della camera d'aria.

In questi scambiatori di calore si ottengono elevate velocità di trasporto del calore sia nei tubi che nell'anello. Se è necessario creare grandi superfici di scambio termico, lo scambiatore di calore è composto da più sezioni, riceventi una batteria.

Riso. 10.15. Scambiatore di calore tipo "tubo in tubo":

1 - tubo esterno; 2 - tubo interno; 3 - ginocchio; 4 - tubo di derivazione; io , II- vettori di calore

Riso. 10.16. Scambiatore di calore a batteria immersa:

1 - bobina; 2 - corpo

Riso. 10.17. Scambiatore di calore per irrigazione:

1 - scivolo di distribuzione; 2 - tubo; 3 - ginocchio; 4 - cremagliera; 5 - scivolo di raccolta

Vantaggi degli scambiatori di calore di tipo "pipe-in-pipe": elevato coefficiente di scambio termico dovuto all'elevata velocità di entrambi i vettori di calore, facilità di fabbricazione.

Gli svantaggi di questi scambiatori di calore sono l'ingombro, l'elevato consumo di metallo e la difficoltà nella pulizia dell'anello.

Gli scambiatori di calore del tipo "pipe in pipe" sono utilizzati a basse portate di vettori di calore per lo scambio termico tra due liquidi e tra un liquido ed un vapore condensante.

Gli scambiatori di calore a serpentino sommergibile sono un tubo piegato a forma di serpentino e immerso in un apparato con un mezzo liquido (Fig. 10.16). Il liquido di raffreddamento si muove all'interno della bobina. Gli scambiatori di calore a serpentino sono realizzati con serpentino piatto o con serpentino piegato lungo una linea elicoidale.

Il vantaggio degli scambiatori di calore a serpentina è la facilità di fabbricazione. Allo stesso tempo, tali scambiatori di calore sono ingombranti e difficili da pulire. Gli scambiatori di calore a immersione vengono utilizzati per il raffreddamento e il riscaldamento della condensa, nonché per la condensazione dei vapori.

Gli scambiatori di calore per irrigazione sono utilizzati per il raffreddamento di liquidi, gas e condensazione di vapore. Sono costituiti (Fig. 10.17) da più tubi posti uno sopra l'altro, collegati da gomiti. Il liquido di raffreddamento scorre attraverso i tubi. L'acqua di raffreddamento entra in un canale di distribuzione dentellato da cui fluisce uniformemente nel tubo dello scambiatore di calore superiore e nei tubi a valle. Parte dell'acqua di raffreddamento evapora dalla superficie dei tubi. Sotto il tubo inferiore è presente uno scivolo per la raccolta dell'acqua. Il coefficiente di scambio termico in tali scambiatori di calore è basso.

Gli scambiatori di calore per irrigazione sono semplici nel design, ma ad alta intensità di metallo. Di solito sono installati all'aperto.

Gli scambiatori di calore a spirale sono costituiti da due canali a spirale rettangolari formati da lamiere (Fig. 10.18). Le estremità interne delle spirali sono collegate da una partizione. Dalle estremità, i canali sono chiusi con coperchi e sigillati con guarnizioni. Alle estremità esterne dei canali sono previste diramazioni per l'ingresso e l'uscita dei termovettori, le altre due diramazioni sono saldate ai coperchi laterali piatti.

Riso. 10.18. Scambiatore di calore a spirale:

1 - copertina; 2 - partizione; 3.4 - lamiere

Tali scambiatori di calore sono utilizzati per lo scambio di calore tra liquidi e gas. Questi scambiatori di calore non sono ostruiti da particelle solide sospese nei fluidi termovettori, quindi sono utilizzati per lo scambio di calore tra liquidi con particelle in sospensione, ad esempio per raffreddare il mosto nelle distillerie.

Gli scambiatori di calore a spirale sono compatti, consentono di effettuare il processo di trasferimento del calore ad elevate velocità di trasferimento del calore con elevati coefficienti di trasferimento del calore; la resistenza idraulica degli scambiatori di calore a spirale è inferiore alla resistenza dei dispositivi multi-pass alle stesse velocità del vettore di calore.

Lo svantaggio degli scambiatori di calore a spirale è la complessità della produzione, riparazione e pulizia.

Gli scambiatori di calore a piastre (Fig. 10.19, a) sono montati su un telaio costituito da travi portanti superiore e inferiore che collegano la cremagliera alla piastra fissa. La piastra mobile si muove lungo i tiranti di guida. Tra le piastre mobili e fisse è presente un pacco di lamiere grecate in acciaio stampato, in cui sono presenti canali per il passaggio dei termovettori. La tenuta della piastra è ottenuta con guarnizioni incassate in grado di sopportare elevate pressioni di esercizio. I vettori di calore ai canali formati dalle piastre passano attraverso canali alternati attraverso i fori separati da guarnizioni.

Il principio di funzionamento di uno scambiatore di calore a piastre è mostrato in fig. 10.19b. Come si può vedere da questo diagramma, lo scambio termico avviene in controcorrente, con ciascun liquido di raffreddamento che si muove lungo un lato della piastra.

Riso. 10.19 Scambiatore di calore a piastre (a) e suo principio di funzionamento (b):

1 - trave portante superiore; 2 - piastra fissa; 3 - piatto; 4 - piastra mobile; 5 - trave portante inferiore; 6 - tirante di guida; 7 - cremagliera

Una variante dello scambiatore di calore a piastre descritto è un condensatore a scatola, che è uno scambiatore di calore a piastre posto in un collettore di vapore a forma di scatola (Fig. 10.20). La pila di piastre giace su un lato e i bordi superiori delle piastre alternate non sono imbottite per consentire l'ingresso del vapore che viene condensato dal refrigerante che scorre attraverso un sistema "a strati" di canali chiusi.

Gli scambiatori di calore a piastre vengono utilizzati come riscaldatori, frigoriferi e scambiatori di calore combinati per la pastorizzazione (ad es. latte) e la sterilizzazione (melassa). Questi scambiatori di calore possono essere assemblati come unità multistadio.

Gli scambiatori di calore a piastre sono compatti, hanno un'ampia superficie di trasferimento del calore, che si ottiene corrugando le piastre.

L'efficienza significativa è dovuta all'ampio rapporto tra la superficie di scambio termico e il volume dello scambiatore di calore. Ciò è ottenuto grazie alle elevate velocità dei vettori di calore, nonché alla turbolenza dei flussi delle superfici ondulate delle piastre e alla bassa resistenza termica delle pareti delle piastre.

Questi scambiatori di calore sono realizzati sotto forma di moduli dai quali è possibile assemblare uno scambiatore di calore con la superficie di scambio termico richiesta per il processo.

Gli svantaggi includono la complessità della produzione, la possibilità di intasare le superfici delle piastre con particelle solide sospese nel liquido.

Riso. 10.20 Funzionamento del box condensatore

Gli scambiatori di calore con superfici di scambio termico nervate consentono un aumento della superficie di scambio termico sul lato del mezzo di scambio termico con un basso coefficiente di scambio termico.

Riso. 10.21. Sezione riscaldatore:

1 - scatola; 2 - costola; 3 - tubo

Per l'alettatura superficiale vengono utilizzate rondelle tonde o rettangolari in acciaio, che vengono saldate principalmente ai tubi. Negli scambiatori di calore tubolari vengono utilizzate alette trasversali o longitudinali.

Un esempio di scambiatore di calore alettato è un riscaldatore utilizzato per riscaldare l'aria con vapore acqueo di riscaldamento. Sulla fig. 10.21 mostra la sezione del riscaldatore di vapore. Il vapore entra nei tubi, dove condensa, cedendo calore all'aria, che lava le piastre del riscaldatore. Coefficiente di scambio termico dal lato del vapore acqueo saturo alla parete del tubo α1=12.000 W/(m2*K), e dalla parete all'aria α2=12...50 W/(m2*K). L'alettatura della superficie esterna dei tubi aumenta notevolmente la quantità di calore ceduta dal vapore all'aria.

Negli scambiatori di calore con camicie (autoclavi), il calore viene trasferito dal liquido di raffreddamento alle pareti dell'apparecchio quando le pareti esterne dell'involucro vengono lavate con il liquido di raffreddamento. Sulla fig. 10.22 mostra un apparato con una camicia saldata alle pareti dell'apparato. Nello spazio tra la giacca e il corpo circola un liquido di raffreddamento che riscalda il fluido nell'apparato. A volte, invece di una camicia solida, una bobina viene saldata al corpo dell'apparato. Sulla fig. 10.23 mostra le opzioni per le bobine saldate al corpo dell'apparato.

Riso. 10.22. Apparecchio rivestito:

1 - corpo; 2 - maglia

Riso. 10.23. Opzioni bobina saldata

Scambiatori di calore rigenerativi sono costituiti da due sezioni, in una delle quali il calore viene trasferito dal liquido di raffreddamento al materiale intermedio, nell'altra - dal materiale intermedio al gas di processo. Un esempio di impianto di scambio termico rigenerativo è un impianto continuo con materiale granulare circolante (Fig. 10.24), che funge da vettore di calore dai fumi caldi ai gas di processo freddi. L'impianto è costituito da due scambiatori di calore, ciascuno dei quali è un albero con un flusso continuo di materiale granulare che si muove dall'alto verso il basso. Nella parte inferiore di ogni scambiatore di calore è presente un dispositivo di distribuzione del gas per la distribuzione uniforme del flusso di gas sulla sezione trasversale dello scambiatore di calore. Il materiale granulare viene scaricato dallo scambiatore di calore in continuo per mezzo di una saracinesca. Il materiale granulare raffreddato dal secondo scambiatore di calore entra nella linea di trasporto pneumatico, attraverso la quale l'aria viene alimentata alla tramoggia del separatore, dove si depositano le particelle ed entra nuovamente nel primo scambiatore di calore.

Riso. 10.24. Impianto con materiale granulare circolante:

1,2 - scambiatori di calore; 3 - chiusa; 4 - ventilatore; 5 - linea di trasporto pneumatico; 6 - distributore di gas; 7 - separatore

Riso. 10.25. Condensatore diretto:

1 - corpo; 2 - copertina; 3 - ugello spruzzatore; 4 - pompa dell'aria umida; 5 - raccordo

Scambiatori di calore miscelati Ci sono tipi asciutti e bagnati. Il calore in essi contenuto viene trasferito da un liquido di raffreddamento all'altro quando vengono miscelati.

Un condensatore umido passante (Fig. 10.25) è progettato per condensare il vapore con l'acqua. L'acqua di raffreddamento viene introdotta nel condensatore attraverso degli ugelli. L'atomizzazione dell'acqua aumenta notevolmente la superficie di scambio termico tra vapore e acqua. Quando le goccioline d'acqua interagiscono con il vapore, il vapore condensa. La condensa, l'acqua e i gas non condensati vengono pompati fuori dal condensatore da una pompa ad aria umida.

Il bilancio termico del processo è espresso dall'equazione

Di+TV. n. \u003d (D + W) cvt dentro. a.,

(10.33)

dove: D - portata massica vapore condensante, kg/h; i - entalpia del vapore condensante, kJ/kg; W è la portata massica dell'acqua di raffreddamento, kg/h; sv - capacità termica dell'acqua, kJ / (kg * K); tv. n e t dentro. k - temperatura dell'acqua iniziale e finale, rispettivamente, ºС.

Si ritiene che 1 kg di acqua contenga 0,000025 kg di aria e 1 kg di vapore condensante rappresenti una media di 0,01 kg di aria che penetra nel condensatore attraverso le perdite.

Portata massica d'aria (in kg/h) aspirata dal condensatore di miscelazione,

GB=25 106(G+L)+0,01 G, (10,34)

e il suo volume (in m3) è determinato dall'equazione di stato:

VB=288 GB(273+tB)/pB, (10,35)

dove: 288 - costante gassosa dell'aria, J/(kg*K); tB - temperatura dell'aria aspirata dal condensatore, 0С; рр=р-рп - pressione dell'aria parziale nel condensatore, N/m2 (qui рп - pressione di vapore parziale nell'aria di scarico, che è considerata uguale alla pressione di vapore saturo alla temperatura tB.

La temperatura dell'aria è assunta uguale alla temperatura dell'acqua di raffreddamento all'uscita del condensatore: tB=tB K.

In un condensatore a miscelazione a secco in controcorrente (Fig. 10.26), l'interazione di vapore e acqua di raffreddamento avviene in controcorrente. L'acqua di raffreddamento entra nella piastra perforata superiore del condensatore e il vapore - sotto la piastra inferiore. L'acqua scorre da una piastra all'altra sotto forma di getti sottili attraverso fori e lati. L'interazione del vapore con il liquido avviene nel volume tra le piastre del condensatore. La condensa formata dalla condensazione del vapore, insieme all'acqua, viene scaricata attraverso un tubo barometrico, la cui estremità viene calata nel pozzo, e l'aria viene aspirata attraverso il sifone da una pompa a vuoto. A questo proposito, tali condensatori sono talvolta chiamati barometrici.

Il processo di condensazione nei condensatori barometrici avviene sotto vuoto. Di solito la pressione assoluta in essi è 0,01 ... 0,02 MPa.

Per bilanciare la differenza di pressione nel condensatore barometrico e la pressione atmosferica, viene utilizzata una colonna di liquido nel tubo barometrico.

Altezza (in m) del tubo barometrico

Htr \u003d hz + hd + 0,5, (10,36)

dove hz è l'altezza della colonna di liquido che bilancia la differenza di pressione nel condensatore e la pressione atmosferica, m; hz \u003d 103,3 V (qui B è il vuoto nel condensatore, MPa); hd è l'altezza della colonna di liquido necessaria per creare una pressione dinamica che assicuri il movimento del liquido nel tubo; hd \u003d (υ2 / 2g) (2,5 + λH tr / d). Qui υ è la velocità del movimento del fluido attraverso il tubo, è presa pari a 1 ... 2 m / s; λ - coefficiente di resistenza idraulica;

- diametro del tubo, m;

D e W - portate massiche di vapore e acqua in ingresso al condensatore, kg/h; 0,5 - altezza che impedisce all'acqua di allagare l'ingresso del vapore, m.

Riso. 10.26. Condensatore barometrico:

1 - corpo; 2 - piatto; 3 - tubo barometrico; 4 - bene; 3 - trappola

Le dimensioni del condensatore barometrico dipendono dal diametro del tubo barometrico e sono determinate dai relativi materiali di riferimento.

Per selezionare una pompa per vuoto, è necessario conoscere la quantità di aria contenuta nel vapore e nell'acqua, la quantità di aria aspirata nel condensatore e le comunicazioni attraverso guarnizioni che perdono.

Il flusso d'aria viene calcolato utilizzando le equazioni (10.34) e (10.35).

Temperatura dell'aria

tv \u003d tv n +0,1 (da tv a - tv n) +4

10.8. SELEZIONE SCAMBIATORI DI CALORE

Quando si sceglie il progetto di uno scambiatore di calore, si dovrebbe procedere da quanto segue: il dispositivo deve corrispondere al processo tecnologico, essere altamente efficiente (produttivo), economico e affidabile nel funzionamento, avere un basso consumo di metallo; il materiale dello scambiatore di calore deve essere resistente alla corrosione nel mezzo di lavoro.

Valori elevati dei coefficienti di trasmissione del calore si ottengono quando i vettori di calore si muovono attraverso lo scambiatore di calore ad alte velocità. Per ottenere un elevato coefficiente di scambio termico, la superficie di scambio termico deve essere pulita. Con un aumento della velocità di uno dei refrigeranti, il coefficiente di trasmissione del calore aumenta notevolmente solo se il coefficiente di trasmissione del calore dall'altro liquido di raffreddamento è sufficientemente elevato e le resistenze termiche della parete e dell'inquinamento sono piccole. Quindi, se il coefficiente di trasmissione del calore nello spazio anulare è significativamente inferiore rispetto ai tubi, un aumento della velocità del liquido di raffreddamento nei tubi non ha quasi alcun effetto sul valore del coefficiente di trasmissione del calore; in questo caso, è necessario aumentare il coefficiente di scambio termico nello spazio anulare, ad esempio installando al suo interno dei deflettori.

Quando si decide quale dei liquidi di raffreddamento far passare attraverso i tubi, quale - dall'esterno dei tubi, è necessario osservare le seguenti regole:

per ottenere un coefficiente di scambio termico più elevato, è necessario far passare attraverso i tubi un liquido di raffreddamento con un coefficiente di scambio termico inferiore;

il liquido di raffreddamento che ha effetto corrosivo sull'apparecchiatura, si consiglia di far passare attraverso le tubazioni, poiché in questo caso l'utilizzo di materiale anticorrosivo è necessario solo per tubazioni, griglie e camere, il mantello non può essere di materiale ordinario;

per ridurre le dispersioni di calore si consiglia di far passare attraverso tubazioni un termovettore ad alta temperatura;

il liquido di raffreddamento da cui fuoriesce la precipitazione, si consiglia di passare da quel lato della superficie di scambio termico, che è più facile da pulire;

Il liquido di raffreddamento ad alta pressione deve essere convogliato nel vano delle tubazioni in modo che l'alloggiamento dello scambiatore di calore non sia sotto pressione.

Il progetto dello scambiatore di calore viene scelto sulla base di un calcolo tecnico ed economico. Allo stesso tempo, vengono confrontati i costi di capitale per la produzione ei costi operativi annuali. In alcuni casi, vanno ad aumentare i costi di capitale se si ripagano rapidamente grazie al risparmio sui costi operativi.

Quando si progetta uno scambiatore di calore per un processo tecnologico, il compito di calcolo è determinare l'area della sua superficie di scambio termico e le dimensioni complessive dell'apparato.

Il calcolo inizia con la preparazione del bilancio termico dello scambiatore di calore, da cui viene determinata la quantità di calore trasferito. Ad esempio, il bilancio termico per il riscaldamento del liquido di raffreddamento dalla temperatura tH alla temperatura tto vapore acqueo saturo (Fig. 10.27) sarà scritto come segue:

GctH+Di"=GctK+Di"+Qp;

Q=Gc(tK-tH)+Qp=D(i"-i")+Qp.

Consumo di vapore di riscaldamento D=Q/(i"-i").

Il coefficiente di scambio termico è determinato dalla formula (3.1.47) ei coefficienti di scambio termico α1 e α2 inclusi in questa formula sono determinati dalle corrispondenti equazioni di criterio.

La forza motrice media è calcolata utilizzando le formule (3.1.53) e (3.1.54).

L'area della superficie di scambio termico è determinata dall'equazione di scambio termico di base (3.1.3).

Il numero di tubi nello scambiatore di calore n=4F/(πd2вl), dove dB è il diametro esterno dei tubi, m; l è la lunghezza dei tubi, m Se il numero di tubi è calcolato dalla portata massica e dalla velocità del liquido di raffreddamento nei tubi, la lunghezza dei tubi viene calcolata utilizzando questa equazione.

I tubi nella piastra tubiera di uno scambiatore di calore a fascio tubiero sono disposti a scacchiera o in cerchi concentrici.

Riso. 10.27. Alla preparazione del bilancio materiale

Il diametro dello scambiatore di calore a fascio tubiero è determinato dall'equazione (10.30).

La resistenza idraulica dello scambiatore di calore (in N/m2 o Pa) si trova utilizzando la formula di Darcy-Weisbach

dove: λ - coefficiente di attrito; l- lunghezza del tubo, m; d - diametro del tubo, m; - somma dei coefficienti delle resistenze locali; 18. Quali sono i tipi di scambiatori di calore recuperativi, a seconda del progetto? 19. Come funziona uno scambiatore di calore a fascio tubiero a passaggio singolo? 20. Come si ottiene l'intensificazione negli scambiatori di calore a fascio tubiero multi-pass? 21. Quali sono i vantaggi e gli svantaggi degli scambiatori di calore a fascio tubiero? 22. Quale dei liquidi di raffreddamento viene fatto passare attraverso i tubi e quale - nell'anello? 23. Quando vengono utilizzati gli scambiatori di calore tubo in tubo? Quali sono i vantaggi e gli svantaggi di questi scambiatori di calore? 24. Come funziona uno scambiatore di calore a spirale? Quali vantaggi e svantaggi ha? 25. Come è disposto uno scambiatore di calore a piastre? Quali sono i vantaggi e gli svantaggi degli scambiatori di calore a piastre? 26. In quali casi vengono utilizzati scambiatori di calore con superfici di scambio termico rigate? 27. Fornire esempi di scambiatori di calore rigenerativi. 28. Quali scambiatori di calore, secondo il principio di funzionamento, stanno mescolando? 29. Come funziona e funziona un condensatore a passaggio bagnato? Cosa determina il flusso dell'acqua di raffreddamento e il volume dell'aria aspirata dal condensatore? 30. Come funziona un condensatore a miscelazione a secco in controcorrente? 31. Da quali quantità dipende l'altezza del tubo barometrico? Qual è il suo scopo? 32. Di cosa si tiene conto nella scelta della progettazione degli scambiatori di calore? 33. Qual è il calcolo di progetto dello scambiatore di calore? 34. Qual è la differenza tra i calcoli di progettazione e di verifica degli scambiatori di calore?

Il riscaldamento è il processo per aumentare la temperatura dei materiali applicando calore ad essi. I metodi di riscaldamento diffusi nella tecnologia alimentare sono il riscaldamento con acqua calda o altri fluidi termovettori, vapore saturo, gas di combustione e corrente elettrica.

Per questi scopi vengono utilizzati scambiatori di calore di vari modelli.

Riscaldamento con acqua utilizzato per aumentare la temperatura e pastorizzare prodotti alimentari a temperature inferiori a 100 °C.

Un altro metodo di riscaldamento con liquidi caldi è il riscaldamento con bagni riscaldanti, che sono apparecchi incamiciati. La camicia è riscaldata da fumi, riscaldamento elettrico o vapore saturo ad alta pressione fornito alla batteria.

Riscaldamento con vapore acqueo saturo si è diffuso, il che si spiega con i suoi seguenti vantaggi: una grande quantità di calore rilasciata durante la condensazione del vapore acqueo (2024 ... 2264 kJ per 1 kg di vapore di condensazione a pressioni assolute di 0,1 ... 1,0 MPa, rispettivamente) ; elevato coefficiente di trasmissione del calore dal vapore di condensazione alla parete - circa 20.000 ... 40.000 kJ / m 2) uniformità di riscaldamento.

Riscaldamento con fumi, formatosi durante la combustione di combustibili solidi, liquidi o gassosi in appositi forni, viene utilizzato, ad esempio, per riscaldare gli essiccatori.

Riscaldamento elettrico effettuata in forni elettrici a resistenza ad azione diretta ed indiretta.

Nei forni ad azione diretta, il corpo si riscalda quando viene attraversato da una corrente elettrica.

Il riscaldamento mediante correnti ad alta frequenza si basa sul fatto che quando si applica una corrente elettrica alternata a un dielettrico, le molecole del dielettrico entrano in moto oscillatorio, mentre parte dell'energia viene spesa per vincere l'attrito tra le molecole del dielettrico e si trasforma in calore, riscaldando il corpo.

Il raffreddamento è il processo di abbassamento della temperatura dei materiali rimuovendo il calore da essi.

Raffreddamento ad acqua viene effettuato in scambiatori di calore in cui i vettori di calore sono separati da una parete o scambiano calore quando miscelati. Ad esempio, i gas vengono raffreddati spruzzando acqua al loro interno.

Raffreddamento a ghiaccio utilizzato per raffreddare alcuni prodotti, come il gelato, a una temperatura prossima allo zero.

Trasferimento termico- scambio termico tra due refrigeranti attraverso una parete solida che li separa.

liquido di raffreddamento- mezzo in movimento (gas, vapore, liquido) utilizzato per il trasferimento del calore.

conduttività termica Viene chiamato il processo di trasferimento dell'energia termica dalle parti più riscaldate del corpo a quelle meno riscaldate a seguito del movimento termico e dell'interazione delle microparticelle. Come risultato della conduzione del calore, la temperatura corporea si equalizza.

Legge fondamentale della conduzione del calore, stabilito da Fourier (1768-1830) e intitolato a lui, dice che la quantità di calore dQ, trasferito per conducibilità termica, proporzionale al gradiente di temperatura dt/dl, volta dt e area sezionale dF, perpendicolare alla direzione del flusso di calore:

dove λ. - coefficiente di conducibilità termica del mezzo, W/(m-K).

La conducibilità termica delle sostanze dipende dalla loro natura e stato di aggregazione, temperatura e pressione.

Dissipazione di caloreè il processo di scambio termico tra la superficie del corpo e l'ambiente.

L'intensità del trasferimento di calore è caratterizzata dal coefficiente

trasferimento di calore uguale al rapporto tra la densità del flusso di calore all'interfaccia e la differenza di temperatura tra la superficie di scambio termico e il fluido (refrigerante).

La legge fondamentale del trasferimento di calore: la legge di Newton dice: quantità di calore dQ, trasferito dalla superficie di scambio termico al flusso, liquido (gas) o dal flusso alla superficie di scambio termico, è direttamente proporzionale all'area della superficie di scambio termico F, differenze di temperatura superficiale tst e il nucleo del thread t f (o viceversa) e la durata del processo dt:

36.Progettazione di elettrodeposizione e precipitatore elettrostatico. Scopo, dispositivo, principio di funzionamento e zona
applicazioni. Il più semplice precipitatore elettrostatico- si tratta di due elettrodi, uno dei quali - l'anodo - è realizzato a forma di tubo o piastra, e l'altro - il catodo - a forma di filo che viene teso all'interno dell'anodo tubolare o tra anodi a piastra di rete metallica. Anole macinate.

La miscela di gas entra all'interno degli elettrodi tubolari o tra gli elettrodi a piastre. A causa dell'elevata differenza di potenziale sugli elettrodi e della disomogeneità del campo elettrico nello strato di gas all'elettrodo negativo - il catodo - si forma un flusso di elettroni diretto verso l'anodo. Come risultato delle collisioni di elettroni con molecole di gas neutre, il gas viene ionizzato. Tale ionizzazione è chiamata shock. Un segno di ionizzazione del gas è la formazione di una "corona" al catodo, quindi il catodo è chiamato corona. Particelle di polvere o nebbia si depositano sull'anodo, ricoprendolo con uno strato di sedimento.

Il riscaldamento nelle industrie chimiche e correlate viene utilizzato per accelerare le reazioni chimiche, nonché per eseguire e intensificare una serie di processi idrodinamici, termici e di trasferimento di massa.

A seconda della temperatura e delle altre condizioni del processo per ciascuno di essi, viene scelto un metodo di riscaldamento più giustificato in termini tecnologici ed economici.

I metodi di riscaldamento più utilizzati sono i seguenti: vapore e acqua calda, gas di combustione, vettori di calore ad alta temperatura e corrente elettrica.

1. Riscaldamento con vapore e acqua calda

Per il riscaldamento viene utilizzato prevalentemente vapore saturo, i cui principali vantaggi sono:

– elevato calore di condensazione, numericamente uguale al calore di evaporazione;

– elevato coefficiente di scambio termico dal vapore condensante alla superficie di scambio termico;

- uniformità del riscaldamento, poiché la condensazione del vapore avviene a temperatura costante;

– la possibilità di trasmissione su lunghe distanze senza mezzi di trasporto.

Il principale svantaggio del vapore acqueo è il rapido aumento della pressione all'aumentare della temperatura, che porta ad un aumento del costo delle apparecchiature dovuto alla necessità di aumentarne la forza. Pertanto, le temperature alle quali il riscaldamento può essere eseguito in condizioni industriali di solito non superano 180–190 С, che corrisponde a una pressione di vapore di 1,0–1,5 MPa.

Figura 8.1 - Dispositivo per il riscaldamento del liquido con vapore "caldo": 1 - vasca; 2 - tubo del vapore; 3 - valvola di intercettazione; 4 - valvola di ritegno; 5 - valvola di spurgo

Riscaldamento a vapore caldo. Il metodo più semplice di riscaldamento è l'immissione di vapore direttamente nel mezzo (liquido) da riscaldare. In questo caso, il vapore condensa e cede calore al mezzo riscaldato e la condensa risultante si mescola con esso. Tale vapore è chiamato "acuto". L'apparato più semplice per riscaldare un liquido con vapore "caldo" è mostrato in Fig. 8.1.

Figura 8.2 - Gorgogliatore di vapore: 1 - serbatoio; 2 - gorgogliatore; 3 - conduttura del vapore; 4 - valvola di intercettazione

Per il riscaldamento e la miscelazione simultanei del liquido, il vapore viene introdotto attraverso un gorgogliatore, un tubo con una serie di piccoli fori. Il gorgogliatore è posizionato sul fondo del serbatoio a forma di spirale (Fig. 8.2) o anelli.

Le valvole di ritegno sono installate sul tubo del vapore (Fig. 8.1), che immettono vapore nell'apparato, ma trattengono il liquido che sale dall'apparato quando la pressione nella condotta del vapore è inferiore alla pressione nell'apparato. Per evitare l'introduzione di quantità eccessive di acqua nel liquido riscaldato, sul tubo del vapore sono installate valvole di spurgo, attraverso le quali la condensa accumulata nel tubo viene rimossa prima del riscaldamento.

Se riscaldato con vapore "caldo", il liquido riscaldato viene inevitabilmente diluito con condensa - acqua. Di solito questo metodo viene utilizzato per riscaldare acqua e soluzioni acquose.

Consumo di vapore "affilato". D determinato dal bilancio termico:

dove
,(8.1)

dove G, C, T n - portata, capacità termica specifica e temperatura iniziale del liquido riscaldato; T k è la temperatura finale della miscela di liquido riscaldato e condensato, λ è l'entalpia del vapore; C k è la capacità termica specifica della condensa.

Riscaldamento con vapore "sordi".. Se per motivi tecnologici l'utilizzo del vapore "caldo" è inaccettabile, si ricorre al riscaldamento con vapore "sordi". In questo caso, il liquido viene riscaldato dal vapore attraverso la parete che li separa.

Il vapore "sordo" di riscaldamento viene completamente condensato e rimosso dallo spazio vapore dello scambiatore di calore sotto forma di condensa. La temperatura della condensa con sufficiente precisione può essere assunta uguale alla temperatura del vapore saturo di riscaldamento. Con questa ipotesi, il trasferimento di calore avviene a temperatura costante di uno dei vettori di calore e la direzione reciproca del movimento del liquido e del vapore non ha importanza. Tuttavia, il vapore viene solitamente fornito allo scambiatore di calore dall'alto in modo che la condensa possa fluire liberamente dall'alto verso il basso ed essere rimossa dall'apparecchio.

Il consumo di vapore "sordi" è determinato dal bilancio termico:

, (8.2)

dove T cond - temperatura di condensa.

Per le normali condizioni di funzionamento degli scambiatori di calore riscaldati dal vapore acqueo, è necessario rimuovere continuamente la condensa dagli stessi. In questo caso non deve essere consentita la perdita di vapore non condensato con condensa in uscita dall'apparecchio.

Scarico condensa e gas incondensabili prodotto con l'ausilio di dispositivi speciali - trappole di vapore. Il loro lavoro si basa sull'utilizzo della differenza di densità di vapore e condensa.

Scaricatori di condensa a galleggiante chiusi(Fig. 8.3, ma) viene utilizzato a una tensione di vapore superiore a 1 MPa. Quando la condensa entra nell'alloggiamento 3, il galleggiante 2 si solleva aprendo la valvola 1 per rimuovere la condensa. Con lo scarico della condensa il galleggiante scende e la valvola chiude lo scarico.

Con un flusso continuo di condensa, la valvola si apre secondo un flusso costante. La posizione verticale del galleggiante con la valvola è fissata dall'asta 4 e dalla coppa guida 5.

Figura 8.3 - Scaricatori di condensa: ma- con galleggiante chiuso; B- con galleggiante aperto; 1 - valvola; 2 - galleggiante; 3 - corpo; 4 - asta; 5 - vetro guida

Aprire gli scaricatori di condensa galleggianti(Fig. 8.3, B) azione periodica. La condensa entra nell'alloggiamento e lo riempie. In questo caso, il galleggiante, realizzato a forma di bicchiere, si apre e chiude l'uscita con l'aiuto di una valvola. La valvola è fissata al vetro con un'asta. Con un ulteriore afflusso di condensa, inizia a traboccare oltre i bordi del galleggiante e lo riempie. Con un certo riempimento del galleggiante di condensa, si abbassa e la valvola apre un foro attraverso il quale viene scaricata la condensa.

A una portata di vapore costante e, di conseguenza, a una velocità di rimozione della condensa costante, vengono utilizzati scaricatori di condensa di design più semplici. Tale scaricatore di condensa è una rondella di ritegno, che è un disco con uno o più fori con un diametro fino a 5-6 mm. Una rondella aggiuntiva con un foro più grande o una rete è installata davanti al disco per evitare l'intasamento del foro della rondella con sabbia, scaglie, ecc. Il funzionamento dell'idropulitrice si basa sul fatto che a basse pressioni fino a 0,7 MPa, passa vapore trascurabile rispetto alla portata della condensa.

Un filtro di ritenzione funziona come una rondella di ritenzione. Qui, il ruolo del disco è svolto da uno strato di sabbia o ghiaia, versato sulla griglia. A seconda della granulometria dello strato filtrante, la sua altezza viene scelta in modo tale che le prestazioni corrispondano strettamente alla quantità di condensa scaricata.

Figura 8.4 - Schema di installazione dello scaricatore di condensa: 1 - scambiatore di calore; 2 - valvola di sfiato; 3 - scarico condensa; 4, 5, 6 - valvole di intercettazione; 7 - linea di bypass

Gli scaricatori di condensa sono installati almeno 0,5 m al di sotto del punto in cui viene scaricata la condensa dallo spazio dello scambiatore di calore. Per garantire il funzionamento continuo dell'apparato durante la riparazione e l'ispezione degli scaricatori di condensa, sono dotati di una linea di bypass (Fig. 8.4).

Se riscaldati con vapore "sordi", i gas non condensabili si accumulano nello spazio del vapore dello scambiatore di calore, principalmente aria che entra nell'apparecchio insieme al vapore. A causa della presenza di gas nello spazio del vapore, il coefficiente di trasferimento del calore durante la condensazione del vapore è notevolmente ridotto, quindi i gas vengono periodicamente rimossi con uno spurgo attraverso un raccordo con una valvola prevista a tale scopo nell'apparato.

Il riscaldamento con acqua calda viene utilizzato molto meno frequentemente che con il vapore, poiché ha un coefficiente di scambio termico inferiore, una temperatura inferiore alle basse pressioni e si raffredda durante il trasferimento di calore (riscaldamento irregolare). Viene utilizzato per il riscaldamento a temperature inferiori a 100°C. Di norma, le acque reflue o il condensato di vapore servono a questo scopo.