Chemická technika
06 – Tepelné operace
Petr Zbořil

Tepelné operace
nÚčel
•Udržování optimální teploty
•Zahušťování (krystalizace), sušení – rozdíly
•Destilace
•Sterilizace
nEkonomická hlediska
•Zdroj energie – cena x problémy (ekologie)
•Efektivita ohřívání a chlazení – způsob, konstrukce
•Isolace proti tepelným ztrátám
nZpůsoby sdílení tepla
•Vedením – kondukce
•Zářením, sáláním – radiace
•Prouděním - konvekce
n
n

Vedení tepla
n
n dQ/dt  = - l . S. dT/dx
n
nTvar teplotního gradientu
•Lineární pro planární stěnu
•Exponenciální pro válcovou (trubka)
•Gradient u stěny z obou stran
•S pro konst. vlastnosti – jinak dS

Radiace
nEnergie dopadajícího záření
n E = f (l, I)
nE = R + A + D = 1
nA = 1 – absolutně černé těleso
n

Konvekce
nRozdíl měrných hmotností
n (r2 - r1) . g = F
n
nZrychlení z něho plynoucí – pohyb
n
n a = F / r1

Zahřívání
nPřímý zdroj tepla
•Kouřové plyny, horké zplodiny hoření
•Elektrický proud
nZprostředkováno nosiči
•Voda – pára (různé teploty)
•Minerální oleje
•Speciální nosiče (taveniny kovů aj.)
n
n

Zahřívání kouřovými plyny
nZařízení
•Pece na přímý ohřev
nPřímo vyhřívané kotle
•Pece na ohřev nosiče
nTrubkové kotle

Zahřívání vodní parou
nPřímá (ostrá pára)
nNevadí-li kondensovaná voda
nSoučasně se míchá
nRychlý ohřev (míchání)
nJednoduchá a účinná zařízení (trubka či ejektor)
n
n

Zahřívání vodní parou
nNepřímá pára
•Vylučuje styk reakční směsi s vodou a ředění
•Pomalejší přestup tepla (jen vedení)
•Výměníky různé konstrukce (dvojité dno, spirálové pláště a trubky, žebrové výměníky – ohřev
vzduchu)
n

Zahřívání vodní parou
nTrubkový výměník
n
n
n
n
nDeskový výměník

Zahřívání vodní parou
nČasový průběh teplot pro přímý a nepřímý ohřev
SterilTeplota

Zahřívání vodní parou
nOdvod kondensátu
•Zařízení zamezí úniku páry, odvádí vodu
VentilPlovakovy VentilHrncovya

Ohřev dalšími nosiči
nCirkulují v trubkách, pláštích apod.
nExpansní nádrže (kompensace objemových a tlakových změn)
nKonstrukce dle tepelných podmínek a vlastností nosiče (agresivita, toxicita)

Ohřev elektrickým proudem
nZpůsoby
•Přímý ohřev
•Nepřímý – ohřev nosiče
nZařízení
•Odporové pece a tělesa
nTopná tělesa kolem nádoby (dno)
nPonorná tělesa
nSnadná regulace
nNejčastější způsob pro přímý i nepřímý ohřev
•Obloukové pece
nSpeciální účely, vysoké teploty
•Indukční pece
nVířivé proudy indukované v tělese

Ohřev elektrickým proudem
•Oblouková pec – výroba oceli
•

Oblouková pec
n
n
n
n
n
n
n
nOblouková pec

Chlazení a kondensace
nZpůsoby
•Odevzdáváním tepla do okolí
•Vlastním vypařováním
•Přímým přidáváním vody (ledu)
nZařízení
•Chladiče pro kapaliny (vodu)
nAnalogie výměníkům – viz ohřev
•Kondensátory pro plyny (páru)
nChlazení vzduchem, vodou
n

Chlazení a kondensace
nChladicí věže JE Dukovany


Kondensace
n
n
n
n
n
n
n
nKondensátor směšovací – výpočet