где: Qт; Qж; Qг; количество тепла, вносимого в аппарат с твердыми, жидкими и газообразными веществами. Qт1; Qж1; Qг1 количество тепла, уносимого из аппарата с твердыми, жидкими и газообразными веществами; Qф, Qф1 теплоты физических процессов, происходящих с выделением и поглощением тепла, соответственно (конденсация и испарение, кристаллизация и плавление, абсорбция и десорбция, адсорбция и десорбция, растворение, возгонка и т. д.);
Qр, Qр1 теплота экзо- и эндотермических основных и побочных реакций; Qтептепло, вносимое теплоносителем; Qхлтепло, удаляемое хладоносителем; Qа1тепло, необходимое для нагрева аппарата при периодическом проведении процесса; Qп1 потери теплоты в окружающую среду.
ТЕПЛОВЫЕ БАЛАНСЫ
Qх = G C (Tкон-Тнач)
Qх = V Cоб (Tкон-Тнач)
Qх = Cмоль (Tкон-Тнач);
Qх = G C T
Непрерывный процесс.
В случае непрерывных процессов, начальная (базовая) температура принимается равной 0 0С (273 К) , а величины Qх теплового баланса рассчитываются для каждого потока, входящего и выходящего из аппарата.
Непрерывный процесс
Qх = G C (Tкон-Тнач)
T=Tкон-Тнач=(273+tкон) – (273+tнач)=
=tкон - tнач= tкон – 0= tкон
По умолчанию принято за базу tнач=0
Периодический процесс.
Тепловой баланс аппаратов проводят по операциям (стадиям) (растворение, нагрев, реакция, отгонка, осаждение, охлаждение и т. д.), а затем определяют самую теплонапряженную стадию, на которую и рассчитывают поверхности теплообмена и т. п.
Периодический процесс
Стадия нагрева
Qi = Gi Ci (Tкон-Тнач) =Qi = Gi Ci T
T= Ткон–Тнач=
=(273,15+tкон)-(273,15+tнач)= tкон- tнач
Т .е. в формулу вставляются градусы К, численно равные разнице градусов в 0С
1. Проводится расчет тепловых эффектов реакции из теплот сгорания или образования без учета стехиометрических коэффициентов.
2. При выборе энтальпии (теплот) образования или сгорания веществ не проводится выбор нужного фазового состояния или на этот момент вообще не обращается никакого внимания.
3. При выборе энтальпии (теплот) образования или сгорания веществ из разных термодинамических таблиц данные не проводятся к единой размерности, т. е. могут использоваться в уравнении одновременно кдж/моль и ккал/моль.
4. При расчете выделяющегося тепла реакции не учитываются размерности полученных тепловых эффектов реакции. Например тепловой эффект реакции выражен в кдж/моль, но для расчета выделяющегося тепла это значение почему-то сразу умножается на расход вещества, выраженный в кг/час или т/час.
5. При расчете выделяющегося тепла реакции в реакторе используются практические расходы веществ, а не количество (расход) реагирующих веществ в данной реакции.
Типичные ошибки студентов
6. При расчете теплового баланса аппаратов студенты путаются в знаках процессов. Можно привести типичные ошибки:
6.1. Получив тепловой эффект реакции с минусом (экзотермическая реакция), студенты записывают почему-то рассчитанное тепло с минусом в приход уравнения теплового баланса.
6.2. Аналогичная картина наблюдается с теплотами фазовых переходов.
7. В головке таблиц часто встречается обозначение типа b103 и далее в колонке приводятся значение этой величины (возьмем в данном случае 517,7), т. е. с точки зрения математики имеем b103 = 517,7 откуда истинное значение коэффициента все-таки будет равно b = 517,7 10-3, а не b= 517,7 103.
8. При расчетах состояния промышленных газовых систем студенты забывают, что в физической химии во всех формулах, если не оговаривается иное, подразумевается абсолютное давление, а в технической документации и на производстве используется избыточное давление (РАБС = РАТМ+Р ИЗБ ).
Внимание! Требования к расчетам по НТД.
Любая справочная величина, используемая в расчете, должна быть обоснована: указаны литературные источники, номер страницы, таблицы, номограммы, графика, формулы, по которой они рассчитана.
Аналогично расчетные характеристики веществ и различные величины метод, формула, размерности, выбранные коэффициенты и исходная литература с указанием соответствующих страниц.
Из ВКР
Теплоёмкости индивидуальных соединений можно вычислить по формуле:
(2.2.)
где величина выражена в калл/(моль∙К), Т – в кельвинах.
Сомнения:
1. Обычно неорган. и органич. по разным формулам.
2. В справочниках степени обычно вынесены в головку таблицы
ВКР. 5.1. Расчет обечайки корпуса нагруженной внутренним давлением
Толщина стенки обечайки определяется по формуле:
(5.1)
где:
Р – давление в аппарате, МПа;
D – диаметр аппарата, мм;
[σ] – допускаемое напряжение стали, МПа;
φ - коэффициент прочности сварного шва;
С- прибавка на коррозию и минусовый допуск принимаем
