Тепловой баланс
Для передачи тепла в любой среде необходима разность температур (движущая сила процесса).
Пусть в аппарате происходит охлаждение горячего теплоносителя от tгор1 до от tгор2, то количество отданного тепла можно рассчитать по формуле:
Qгор = Gгор cгор(tгор1 - tгор2)
где - Gгор – количество горячего теплоносителя кг (моль)
С — удельная теплоемкость Дж/кг град (Дж/ моль град).
Удельная теплоемкость — это количество тепла, сообщаемое единице массы вещества (1 кг, 1 м3, 1 моль) для изменения его температуры на 1°С.
При этом происходит нагрев холодного теплоносителя от tхол2 до tхол1, то количество отданного тепла можно рассчитать по формуле
Qхол = Gхол cхол(tхол2 - tхол1)
В соответствии с законом сохранения энергии количество тепла отданного горячим теплоносителем равно количеству тепла принятому холодным теплоносителем, т.е.
Qгор = Qхол
Однако в реальных процессах часть тепла расходуется на теплообмен с окружающей средой (потери тепла). Тогда
Qгор = Qхол + Qпот
В современных теплообменных аппаратах потери тепла обычно невелики и составляют не более 2—5 %.
При изменении агрегатного состояния вещества (плавление-кристаллизация, испарение-конденсация) изменения температуры не происходит, поэтому количество тепла принятое (отданное) может быть расчитано по формуле
Q = G r,
где r – теплота испарения(конденсации) Дж/кг (Дж/ моль).
Q = G q,
где q – удельная теплота плавления (кристаллизации) Дж/кг (Дж/ моль).
Рассчитать время для испарения 1 кг льда, взятого при температуре -20 С электрокипятильником мощностью 1 кВт.
1) Количество тепла, затрачиваемого на нагревание льда (с -20 до 0°С):
Q1=
Q=1
C=2,14 кДж/кг К
Q1=
2) Количество тепла, затрачиваемого на плавление:
Q2=G r =
3) Количество тепла, затрачиваемого на нагрев воды:
С=4,19 кДж/кг К
Q3=
4) Q4 = G r
r= 2260 кДж/кг
Q4 =
5) Q=42,8+380,7+419+2260=3102,5 кДж
N=