Кимйа сянайесинин просес вя апаратлары – 1 Фяннин мягсяди, вязифяляри. Техноложи просеслярин тяснифаты

9. Истилик мцбадиляси просесляри. Истиликкечирмя,

Истиликвермя, Истилик шцаланмасы тянликляри

Истянилян техноложи гурьуларда бир сыра ахынларын гызdırınmasına, диэяр ахынларын ися сойудулмасына тясадцф едилир. BьtцvlьkdY, istilik mьbadilYsi (i/m) prosesi mьrYkkYb bir prosesdir.SYnayedY истилик мцбадиляси апаратларынын щазырланмасына сярф олунан метал капитал гойулушу tYxminYn - 20% тяшкил едир.

Истилик мцбадиляси просесляринидя истилик йцксяк температурлу ъисимдян вя йа ахындан алчаг температурлу ъисмя вя йа ахына верилир. Истилик мцбадилясиндя иштирак едян беля ахынлара истиликдашыйыъылар дейилир.

Истилик мцбадиляси просеслярини 2 цсулла щяйата кечирмяк олар:

1. Мцбадилядя олаъаг ахынлары билаваситя бир-бири иля гарышдырмагла. Бу цсул о щалларда тятбиг олунур ки, ахынлары бир-бириндя гарышдырмаьа йол верилсин. Цстцн ъящятляри одур ки, истилик иткиси чох аз олур.

2. Истилийин ахынлары айыран сятщ вя йа дивар васитяси иля бириндян диэяриня ютцрцлмяси. Бу щалда ахынлар бир-бири иля тямасда олмурлар. Истилик мцбадилясиндя иштирак едян дивар сятщиня ися истиликвермя сятщи дейилир.

Истилик просесляри гярарлашмыш вя гярарлашмамыш олурлар. Гярарлашмамыш режимлярдя бахылан нюгтядя температур заманын функсийасы олур. Бу режим, адятян, дюврц ишляйян апаратлара мяхсусдур.

Гярарлашмыш режимлярдя ися температур заманын функсийасы дейилдир.

Ъисимляр арасында истиликдяйишмя просеси ашаьыдакы 3 цсулла баш верир.

Истиликкечирмя, истиликвермя (конвексийа), шцаланма. Истиликкечирмя - бярк ъисим вя йа щярякятсиз газ вя йа майе мцщитляринин дахилиндя баш верир. Бу заман щиссяъикляр истилийи бир-бириня тохунма васитясиля ютцрцрляр. Щиссяъикляр бир-бириня нязярян щярякят етмир вя йалныз рягси щярякятдя олурлар.

Истиликвермя майе вя газ мцщитляриндя щиссяъиклярин щярякятли сайясиндя баш верир.

2 нюв истиликвермя вардыр:

1. Сясярбяст конвексийа. Бу щалда щиссяъикляр йалныз температурлар фярги сайясиндя щярякятдя олурлар.

2. Мяъбури конвексийа. Бу щалда щиссяъикляр механики тясирляр сайясиндя (насос, гарышдырыъы) щярякятдя олур.

3. Истилийин шцаланма иля ютцрцлмясиндя истилик бир ъисимдян диэяриня електромагнит дальалары васитяси иля верилир. Йяни йцксяк температурда ъисмин истилийи шца енержисиня чеврилир. Бу шца енержиси диэяр ъисимляр васитяси иля удулараг йенидян истилик енержисиня чеврилир.

Практикада беля фярди истиlikдяйишмя щалларына аз тясадцф едилир. Истилик мцбадиляси просесляриндя, адятян, беля фярди истиликдяйишмя цсулларынын бирэя тясири даща характерикдир.

Истиликкечирмянин тянлийи

Фурйе ганунуна эюря бярк ъисим, еляъя дя, щярякятсиз майе дахилиндян кечян истилийин мигдары диварын сятщи, диварын сятщlYr цзяриндяки температурлар фярги вя заманла дцз, диварын галынлыьы иля тярс мцтянасибдир. Температурун йалныз абсис оху истигамятиндя дяйишдийини гябул етсяк, onda Фурйенин диференсиал тянлийи ашаьыдакы

Шякил 9.1. Истиликкечирмя дивары
кими йазылыр: (9.1)

VerilYn istilik miqdarı – divarın sYthi, vaxt vY temperaturlar fYrqi ilY dьz, divarın qalınlığı ilY Yks mьtYnasibdir.

burada «-» ишаряси температурун азалма истигамятини эюстярир.

Ф-истиликкечирмя диварынын сятщинин сащяси, , λ- istilikkeзirmY Ymsalı,

температур градийенти адланыр.

Бу тянлик интеграл шяклиндя ашаьыдакы кими ифадя олунур :

(9.2)

Силиндрик диварын истиликкечирмяси. Гярарлашмыш режимдя sилиндрик дивардан кечян истилик мигдары

(9.3)

кими ифадя олунур.

бурада - р₁ вя р₂ уйьун олараг слиндрик диварын дахили вя хариъи радиусу;

т₁ вя т₂ диварын дахили вя хариъи сятщляриндя теиператур;

л – слиндрик диварын узунлуьудур.

Шякил 9.2. Силиндрик дивар.

9.1.Истиликвермяnin (конвексийа) тянлийи

Майе вя йа газла бярк дивар арасында олан истилик мцбадилясиня истиликвермя дейилир.İstilikvermY - Δt, λ-dan, cismin formasından,цlзьlYrindYn vY s. asılıdır.

Ламинар режимлярдя майе вя йа газ щиссяъикляри дивара паралел истигамятдя щярякят едирляр вя истилик дивара майенин (газын) истилик кечириъилийи щесабына ютцрцлцр.

Турбулент щярякятлярдя ися щиссяъикляр хаотик щярякят едир. Лакин буна бахмайараг ахынла дивар арасында щярякятсиз сярщяд тябягяси йараныр. Истилик бу щалда ахынын ясас кцтлясиндян щиссяъиклярин щярякяти сайясиндя конвексийа иля сярщяд тябягясиня, сярщяд тябягясиндян ися истиликкечирмя иля дивара ютцрцлцр. Бу щалда истилийин верилмясиня ясас мцгавимяти сярщяд тябягяси эюстярир. Ахынын турбулентлийи артдыгъа сярщяд тябягясинин галынлыьы вя уйьун олараг мцгавимяти дя кичилир.

Шякил 9.3. Истиликвермянин схеми

Истиликвермянин ясас тянлийи Нйцтон гануну иля ифадя олунур. Бу гануна эюря верилян истилийин мигдары диварын сятщинин сащяси температурлар фярги вя заманла дцз мцтянасибдир.

ккал/saat (9.5)

Гярарлашмыш режимдя ися

ккал/саат (9.6)
- мцтянасиблик ямсалы олуб истиликвермя ямсалы адланыр.
. (9.7)
- сярщяд тябягясинин термики мцгавимяти адланыр.

Истиликвермя ямсалына щидродинамики (ламинар вя йа турбулент щярякят режими), физики (температур, истилик тутуму вя с.) вя щяндяси (сятщин гурулушу, формасы) амилляри тясир эюстярир.

-нын бу амиллярдян асылылыьы чох мцряккяб олдуьундан ону нязяри йолла ялдя етмяк бюйцк чятинликляря сябяб олур. Одур ки, -нын тяърцби йолла тапылмыш вя охшарлыг нязяриййясиня эюря ишлянмиш критериал тянликляр тятбиг етмякля мцяййян едилян гиймятляриндян эениш истифадя олунур. Истиликвермяни характеризя едян охшарлыг критерийалары ашаьыдакылардыр.

Ъядвял 9.1.

Охшарлыг критерийалары

КритерийаДцстуруФизики мянасыНцсселтАхынла дивар арасындакы истилик мцбадилясини характеризя едир. РейнолдсАхынын щярякят режимини характеризя едир.ПрандтлАхынын физики хассялярини характеризя едир.ЭрасщофАхынын щярякят режимини сярбяст конвексийада характеризя едир.

бурада -эенишлянмя ямсалыдыр.

Майе вя йа газла дивар арасында баш верян истиликвермя просесини характеризя едян

критериал тянлик ашаьыдакы шякилдя йазылыр:

(9.8)

Мяъбури конвексийада Эрасщоф нязяря алынмыр:

(9.9)

Сярбяст конвексийада ися Ре критерийасы нязяря алынмыр:

(9.10)

Ямсаллар вя гцввя эюстяриъиляри тяърцби йолла тапылыр. Истиликвермя ямсалы ися тяърцбядян алынан гиймятляр ясасында ашаьыдакы кими мцяййян едилир:

(9.11)
9.2.Истилийин шцаланмасы тянлийи

Шцабурахма бцтцн ъисимляря мяхсусдур. Бу онунла изащ олунур ки, температур тясириндян атомлар арасы щяйяъанланма баш верир вя истилик енержиси шца енержисиня чеврилир.

Шца енержиси ися електромагнит дальалары енержисидир. Мялум олдуьу кими ъисим цзяриня дцшян шца енержисинин бир щиссяси удулур, бир щиссяси якс олунур, бир щиссяси ися ъисмин дахилиндян кечиб эедир (шяк. 9.4). Цзяриня дцшян шцаны тамамиля удан ъисмя мцтляг гара ъисим, там якс етдирян ъисмя мцтляг аь ъисим вя там кечирян ъисмя мцтляг шяффаф ъисим дейилир.

Шякил 9.4. Истилик шцаланмасы

Ъисмин ващид сятщиндян ващид заманда шцаланан истилийин мигдарына ъисмин шцабурахма габилиййяти дейилир vY belY tYyin edilir:

, kkal/m²saat (9.12)

Ъисмин уддуьу истилик мигдары ъисмин шцаудма габилиййяти адланыр – А.

Мцтляг гара ъисим цчцн А=1.

Стефан – Болсман гануну

Бу гануна эюря ващид заманда шцаланан истилийин мигдары - шцаланан ъисмин сятщинин сащяси вя мцтляг температурун 4-ъц дяряъяси иля мцтянасибдир.

(9.13)

MьtlYq qara cisim ьзьn :

Ъ-шцабурахма ясмалыдыр.

(9.14)

Мцтляг гара ъисим цчцн шцабурахма ямсалы ян бюйцк гиймятя маликдир.

(9.15)

Кирхщоф гануну

Бу гануна эюря ъисмин шцаудма габилиййяти вя гаралыг дяряъяси ейни ядяди гиймятя маликдир. Йяни бу гануна эюря ейни температурда нисбяти бцтцн ъисимляр цчцн сабитдир. Яэяр беля олса, щяр щансы ъисим цчцн

(9.16)

9.16 вя 9.17 тянликлярини тяряф-тяряфя бюлсяк:

(9.17)

Мцтляг температуру Т₁ олан ъисимдян шцаланма васитяси иля мцтляг температуру Т₂ олан ъисмя верилян истилийин мигдары ашаьыдакы тянликля тапылыр:

(9.18)

-системин чеврилмиш гаралыг дяряъясидир. Шцаланан сятщлярин формасындан вя онларын бир-бириня нязярян йерляшмясиндян асылы олараг мцхтялиф дцстурларла щесабланыр.
Истиликютцрмя

Истилийин исти ахындан дивар васитясиля сойуг ахына ютцрцлмясиня истиликютцрмя дейилир.

Фярз едяк ки, исти ахынын температуру Т, сойуг ахынын температуру ися т-дир. Диварын исти ахын тяряфиндя температуру тд₁ – я вя сойугахын тяряфиндян тд₂ – я бярабярбир. Бу щалда истилик истиликвермя иля яввялъя диварын исти ахын тяряфиндяки сятщиня верилир. Щямин истилик сонра дивардан истиликкечирмя иля диварын сойуг ахын тяряфиндяки, сятщиня кечир. Сойуг ахын тяряфдяки сятщдян щямин истилик истиликвермя иля сойуг ахына ютцрцлцр.

Шякил 10.1. Истиликютцрмянин схеми

Исти ахындан дивара верилян истилик мигдары:

(10.1)

Диварын дахилиндян кечян истилик мигдары:

(10.2)
Дивардан сойуг ахына верилян истилик мигдары:

(10.3)
вя исти вя сойуг ахынлар тяряфдя истиликвермя ямсалларыдыр.

Гярарлашмыш истиликютцрмя режимляриндя

(10.4)

олмалыдыр, йухарыдакы тянликлярдя температурлар фяргини тяйин едяк:

(10.5)
Тянликляри тяряф-тяряфя топласаг,

(10.6)

Бурадан (10.7)

(10.8)
(10.9)

Бурада, - цмуми термики мцгавимят.

-цмуми истиликютцрмя ямсалыдыр.



- исти ахынын сярщяд тябягясинин термики мцгавимяти;

- диварын термики мцгавимяти;

- сойуг ахынын сярщяд тябягясинин термики мцгавимятидир.




Яэяр дивар бир нечя тябягядян ибарятдирся (апаратлар ишляйяркян боруларын сятщиндя бир гайда олараг чюкцнтц тябягяляри йараныр), онда диварын цмуми термики мцгавимяти айры-айры тябягялярин мцгавимятляри ъяминя бярабяр олур.

(10.10)

(10.11)
Яэяр диварын термики мцгавимяти чох кичикдирся, ону щесабламада нязяря алмамаг олар.

(10.12)


10. İstilik mцbadilY aparatları vY onların nцvlYri

SYnayenin bцtцn sahYlYrindY istilik proseslYri: maye vY qazların aqreqat hallarını dYyişmYdYn qızdırılması vY soyudulması, hYmзinin mayelYrin buxarlanması vY qazların kondensасийа олунмасы geniş yayılmışdır. Bцtцn bu proseslYr istilik mцbadilY aparatlarında hYyata keзirilir. Isti mьhitdYn nisbYtYn soyuq mьhitY istilik verYn aparatlara istilik mьbadilYsi vY ya istidYyişdirici aparatlar deyilir.

Bu aparatları цч tipY bцlmYk olar:

1) İstilikdYyişdiricilYr. Bu aparatlarda istilik mцbadilYsindY olan axınlar faza зevrilmYsinY mYruz qalmırlar. Bir axın digYr axının hesabına qızır.

2) Kondensatorlar vY soyuducular. Bu aparatların daxilindY isti buxar axını su, hava vY ya başqa agent vasitYsi ilY mayelYşdirilir vY sonra tYlYb olunan temperatura qYdYr soyudulur.

3) Qaynadıcılar. Bu aparatlarda verilmiş maye hYr hansı bir agent vasitYsi ilY qismYn vY ya tamamilY buxarlandırılır.

İstilikdYyişmY цsuluna gюrY isY istilik mцbadilY aparatları YsasYn iki qrupa bюlцnцrlYr:

1) Qarışma tipli aparatlar. Burada mцbadilYdY olan axınlar bilavasitY qarışdırılırlar.

2) SYthli aparatlar. Bu aparatlarda isY istilik divar vasitYsi ilY bir axından digYr axına юtцrцlцr.

Regenerativ istilikdYyişdirici aparatlarda mцhit YvvYlcY qızdırılmış bYrk cisimlYrlY toxunma vasitYsi ilY qızdırılır.

10.1. İstidYyişdirici aparatlar

SYthli istilik mцbadilY aparatlarının geniş

yayılmış konstruksiyaları “boru-boru”

iчYrisindY, “ gюvdY-boru”, spiralvari vY

lюvhYli tipli aparatlardır. Bundan başqa hava

soyuducu aparatlar da bu qrupa aiddir.

MYsYlYn “boru-boru” tipli aparatın ŞYkil.10.3 “Boru-boru” tipli

Yn sadY konstruksiyası şYk.10.3-dя verilmişdir. istidYyişdirici aparat.

Bu tip aparatların цstцnlцyц ondadır ki, tam Yks axınla işlYyirlYr vY axınlara bюyцk sцrYt vermYk mцmkцndцr. Чatışmayan cYhYtlYri: bюyцk sahY tuturlar, istilikvermY sYthi kiчikdir, metal sYrfi чoxdur.

«GюvdY-borulu»” istilikdYyişdiricilYr gюvdY adlanan bюyцk diametrli boru daxilindY yerlYşmiş borular dYstYsindYn ibarYtdir. Borular dYstYsi hYr iki ucundan boru şYbYkYlYrinY ( решотка, чYrчivY) vYrdYlYnir vY ya qaynaq olunur.


1 5 1

5 3

6 4 3 6

а)

4 7

б)
5 1 2

3

4

8

ŞYkil.10.4 «GюvdY-boru » tipli istilikdYyişdiricilYr. (Skoblo s.493).

a)SYrt konstruksiyalı ⁰;

b)ЦзYn başlıqlı. İstYnilYn temperatur fYrqindY tYtbiq olunur;

c)U şYkilli boruları olan istilik dYyişdirici. SYthi bюyцkdцr.

1)Silindirik gцvdY; 5)Boru şYbYkYlYri;

2)Boru dYstYklYri; 6)Dib;
3)Paylayıcı başlıq; 7)ЦзYn başlıq;

4)ArakYsmY; 8)U şYkilli
Spiralvari istilik dYyişdiricilYr 3 tipdY olurlar:

1) Maye vY qazlar arasında istilik mцba-

dilYsi vY buxarların kondensasiyası цчцn

tYtbiq olunurlar;

2) YцksYk юzlцlцklц mayelYrin

qızdırılması vY soyudulması цчцn istifaдя

olunurlar;

3) Nitroz sulfat vY kontakt цsulu ilY sulfat turşusunun istehsalında sulfat turşusunu

soyutmaq цчцнn tYtbiq olunurlar.

Bu tip aparatlar iş şYraitinY gюrY bir-birindYn mцYyyYn qYdYr fYrqlYnirlYr, lakin

цmumi konstruksiya oxşar olaraq qalır.

Kondensator vY soyuduc. YlavY et ,tekst azdır.


11.TYlYb olunan istilik mцbadilYsi sYthinin hesabı

İstilik mцbadilYsi aparatlarını hesablamaq цчцn ilk nюvbYdY istilik balansı tYrtib olunmalıdır. Aparatların vYzifYsindYn asılı olmayaraq istilik balansı eyni bir qanuna Ysaslanaraq tYrtib olunur: isti axının verdiyi istilik miqdarı soyuq axının qYbul etdiyi istilik miqdarına bYrabYrdir. Biz istilik mцbadilYsindY olan axınların

faza чevrilmYsinY mYruz qalmadığı hala baxacağıq. Q_itki

G, T₁ vY T₂ –isti axının miqdarı, başlanğıc G,T₁ G,T₂

vY son temperaturu;

g, t₁ vY t₂ –soyuq axının miqdarı, başlanğıc g,t₁ g,t₂

vY son temperaturu.

şYkil 11.1 İstilik mцbadilYsi sxemi

T₁>T₂ ; t₂>t₁

GT₁·C + gt₁·c =GT₂·C + gt₂·c +Q_itki (11.1)

Burada Q_itki -Ytraf mцhitдY itYn istiliyin miqdarıdır.

C vY c –isti vY soyuq axınların xцsusi istilik tutumlarıdır, C/kqєЪ, kkal/kqєЪ

Sonuncu tYnlik gцstYrir ki, isti axından alınan istiliyin migdarı, soyuq axının aldığı istiliyin migdarı ilY istslik itkisinin cYminY bYrabYrdir.

Эюстярилян схемя уйьун истилик балансыnı ашаьыдакы кими yazmaq олаr:

GC(T₁-T₂) =gc(t₂-t₁) +Q_itki (11.2)

Сонунъу тянлийи енталпийаларла ифадя едяк

G(H₁-H₂) = g(h₂-h₁)+ Q_itki (11.3)

Г_исти = Э (Щ₁ – Щ₂) вя Г_сой = э (щ₂ – щ₁) олдуьуну нязяря алсаг;

Q_isti =Q_soy+Q_itki (11.4)

Бурада Щ₁, Щ₂ – уйьун олараг истиа хынын башланьыъ вя сон енталпийасы, щ₁, щ₂ – сойуг ахынын башланьыъ вя сон енталпийасыдыр.

иля ишаря едилиб.

Q_isti (1-m)=Q_soy (11.5)

(1–м) – η (файдалы иш ямсалы) адланыр вя адятян η = 0,96 ч 0,98 щядляриндя дяйишир.

ηQ_isti =Q_soy (11.6)

Беляликля, ашаьыдакы ифадяляри йаза билярик.

Q=ηGC(T₁-T₂) =gc(t₂-t₁) (11.7)

Q=ηG(H₁-H₂) =g(h₂-h₁) (11.8)

ЏgYr aparat qızdırıcı kimi işlYyYrsY, onda qızdırıcı agentin sYrfi

G= Q/ηC(T₁-T₂) = Q/η(H₁-H₂) (11.9)

Aparat soyuducu kimi işlYdikdY isY soyuducu agentin sYrfi

G= Q/c(t₂-t₁) = Q/(h₂-h₁) (11.10)
Aparatların istilik mцbadilY sYthlYriнын сащяси istilik юtцrцlmYnin Ysas tYnliyinY gюrY hesablanır:

Q=KFΔt_or (11.11)

burada F –istilikюtцrmY sYthinin sahYsi;

K –цmumi istilik юtцrmY Ymsalıдыр:

K= 1/(1/α₁+∑δ_i/λ_i +1/α₂)
α₁ vY α₂ –isti vY soyuq axın tYrYfdYn istilikvermY Ymsalları;

δ_i –divar qatlarının qalınlığı;

λ_i –divar qatlarının istilik keзirmY Ymsallarıdır.

K чox vaxt tYcrцbi yolla vY ya sorğu mYlumat kitablarından tapılır:

F =Q/KΔt_or (11.12)
Bu dцstur ilY hesablanan istilik юtцrmY sYthinin sahYsinY YsasYn tYlYb olunan istilik юtцrmY sYthi sahYsinY malik olan mцvafiq aparat standartdan seчilir.
Aparat daxilindY axınlar bir-birinY nYzYrYn мцхтялиф истигамятлярдя hYrYkYt edY bilYrlYr.

ЏgYr aparatın sYthi boyu axınlar eyni istiqamYtdY paralel hYrYkYt edirlYrsY, buna dцz axın, bir-birinY Yks istiqamYtdY hYrYkYt edirlYrsY buna Yks axın deyilir. Bir-birinY paralel hYrYkYt etmYyib kYsişirsY, buna чarpaz axın deyilir.

Dцz vY Yks axının mюvcud olduğu aparatlarda temperaturlar fYrqi orta temperaturlar fYrqi kimi hesablana bilYr:

Δt_or =(Δt_bюy –Δt_kiч)/2,3 lg (Δt_bюy/Δt_kiч) (11.13)

ЏgYr

Δt_bюy/Δt_kiч <2 olarsa, => Δt_or =(Δt_bюy+Δt_kiч)/2 (11.14)

kimi hesablanır.

Burada Δt_b vY Δt_k aparatın sYthindY bюyцk vY kiчik temperaturlar fYrqidir.

⁰Ъ t_b=T₁-t₁ 1) t_b=T₁-t₂ 2) t_b=T₂-t₁

t_k=T₂-t₂ ⁰Ъ t_k=T₂-t₁ t_k=T₁-t₂

T₂ T₁

T₂

t t₂ T<sub>2

1</sub>
t₁

a)dцz axın F b)Yks axın F

ŞYkil 11.2 Axınların sxemi

MцqayisY etsYk, Yks axının daha Ylverişli olduğunu gюrYrik. Ona gцrY ki, eyni giriş vY чıxış temperaturlarında (Δt_or)_Yk>(Δt_or)_dцz olur. 2-ci halda isY t₂>T₂ dY ola bilYr.

Чarpaz axınlarda isY orta temperaturlar fYrqini mцYyyYn dцzYliş Ymsalını daxil
etmYklY Yks axınlı aparatlarda olduğu kimi hesablayırlar.




(Δt_or)_чar= ε (Δt_or)_Yks
burada ε –чarpaz axının Yks axından fYrqlYnmY 1,0

dYrYcYsini nYzYrY alır.

ε =f(P,R) ≤1,0 R₃ R₂ R₁

P = gc/GC=(T₁-T₂)/(t₂-t₁) ; R =(t₂-t₁)/(T₁

şYkil 11.3 Чarpaz axınын Yks

axından fYrqlYnmY dYrYcYsinin

ε =f(P,R) asılılığı