арному) процесі температури в кожній точці апарату не змінюються в часі, тоді як при несталому (нестаціонарному) процесі температури змінюються в часу. Усталені процеси відповідають безперервній роботі апаратів з безперервним режимом; несталі процеси протікають
в апаратах періодичної дії, а також при пуску і зупинці апаратів безперервної дії та зміну режиму їх роботи.
Передача тепла від одного тіла до іншого може відбуватися за допомогою теплопровідності, конвекції і лучеиспускания.
Передача тепла теплопровідністю здійснюється шляхом перенесення тепла при безпосередньому зіткненні окремих частинок тіла. При цьому енергія передається від однієї частинки до іншої в результаті коливального руху частинок, без їх переміщення один щодо одного.
Передача тепла конвекцією відбувається тільки в рідинах і газах шляхом переміщення їх часток. Переміщення частинок обумовлено рухом всієї маси рідини чи газу (вимушена або примусова конвекція), або різницею щільності рідини в різних точках обсягу, спричиненої нерівномірним розподілом температури в масі рідини або газу (вільна, або природна, конвекція).
Конвекція завжди супроводжується передачею тепла за допомогою теплопровідності.
Передача тепла випромінюванням відбувається шляхом перенесення енергії у вигляді електромагнітних хвиль. У цьому випадку теплова енергія перетворюється на променисту енергію (випромінювання), яка проходить через простір і потім знову перетворюється на теплову при поглинанні енергії іншим тілом (поглинання).
Розглянуті види передачі тепла рідко зустрічаються в чистому вигляді; зазвичай вони супроводжують один одного (складний теплообмін). Так при передачі тепла через стенку перенесення тепла від гарячого теплоносія до стінки і від стінки до холодного теплоносія здійснюється конвекцією, а через стінку - шляхом теплопровідності.
теплообмінних апаратів, або теплообмінниками, називаються пристрої для передачі тепла від одних середовищ (Гарячих теплоносіїв) до інших (холодним теплоносіям). У хімічній технології теплообмінні апарати застосовуються для нагрівання і охолоджування речовин в різних агрегатних станах, випаровування рідин і конденсації парів, перегонки і сублімації, абсорбції та адсорбції, розплавлення твердих тіл і кристалізації, відведення та підведення тепла при проведенні екзо-і ендотермічних реакцій і т. д. відповідно своєму призначенню теплообмінні апарати називають підігрівниками, холодильниками, випарниками, конденсаторами, дистиляторами, субліматор, плавителей і т. п.
Кількість тепла, переданого в одиницю часу від одного тіла до іншого, називається тепловим потоком, і виражається в Дж/сек або Вт, тобто одиницях потужності.
При теплообміні між теплоносіями відбувається зменшення ентальпії (теплосодержания) гарячого теплоносія і збільшення ентальпії холодного теплоносія. Нехай кількість гарячого теплоносія, його початкова та кінцева ентальпія рівні відповідно G кг/сек I 1 і I 2 Дж/кг, а кількість холодного теплоносія і його початкова та кінцева ентальпія g кг/сек i 1 і i 2 Дж/кг. p> Приймемо також, що кількість тепла, передане від гарячого теплоносія до холодного, становить Q Вт (ця величина називається тепловим навантаженням апарату), а втрати тепла в навколишнє середу дорівнюють Q n Вт Тоді рівняння теплового балансу запишеться у вигляді:
G О‡ I 1 + g О‡ i 1 = G О‡ I 2 + g О‡ i 2 + Q n , (1)
Провівши перегрупування, отримаємо:
G О‡ (I 1 - I 2 ) = g О‡ (i 2 - i 1 ) + Q n , (2)
Величина Q гір = G О‡ (I1 - I2) являє собою кількість тепла, відданого гарячим теплоносієм, а величина Q хол = g О‡ (i 2 - i 1 ) кількість тепла, повідомлене холодного теплоносія.
Таким чином:
Q гір = Q хол + Q n, (3)
Т. е. тепло, віддане гарячим теплоносієм, частково передається холодного теплоносія і частково витрачається на компенсацію втрат у навколишнє середовище.
У теплообмінних апаратах втрати тепла зазвичай невеликі (не більше 2 - 3%) і ними можна знехтувати. Тоді рівняння теплового балансу прийме вигляд:
Q = Q гір = Q хол, (4)
або
Q = G О‡ (I 1 -I 2 ) = g О‡ (i 2 - i 1 ), (5)
Розрахунок теплообмінного апарату включає визначення необхідної поверхні теплопередачі, вибір типу апарату і нормалізованого варіанта конструкції, які відповідають заданим технологічними умовами оптимальним чином. Необхідну поверхню теплопередачі визначають з основного рівняння теплопередачі:
F = Q/(K О‡ О”t cp ), ...
