základy procesního inženýrství - Vysoká škola báňská - Technická ...

4 Sdílení tepla
µ
Tab.4.1. Přibližné hodnoty vlastností látek, důležité při přenosu tepla
c P λ a ρ
ν ∆h výp ∆h tání Pr
kJ kg -1 K -1 W m -1 K -1 m 2 s -1 kgm -3 mPa s m 2 s -1 kJ/kg kJ/kg 1
látky
=λ/(ρ c P )
=µ/ρ
=µ c P /λ
voda 4,2 0,6 0,15*10 -6 1000 1 1*10 -6 2260 334 7
led 2 2 10 -6 900 - - 334 -
vodní pára 2 0,02 20*10 -6 0,6 0,010 20*10 -6 2260 1
vzduch, plyny (STP) 1 0,03 20*10 -6 1,2 0,020 20*10 -6 - - 0,7
uhlovodíky methan (g)
hexan (l)
2
2
0,05
0,1
30*10 -6
0,08*10 -6 0,7
600
0,010
0,3
5*10 -6
0,4*10 -6 500
300 150
0,5
5
ocel ( (L) roztavená)
hliník
0,45
0,9
40
200
10*10 -6
100*10 -6 7800
2300
(L)
5
-
(L)
0,6*10 -6
-
-
-
220
-
(L)
0,06
-
polymery 1-2 0,1-0,2 0,1*10 -6 1000 0,5-∞ 0,5*10 -6 -∞ - - 5 - ∞
kámen, sklo, keramika 0,8-1 0,5 0,2*10 -6 2600 - - - - -
korek 0,2 0,04 0,6*10 -6 300 - - - - -
V technické praxi, kde připadají v úvahu i obecné materiály, je lépe vztahovat teplo k hmotnosti.
Takovouto enthalpii značme h (i když někde najdeme také H, i…) - v každém případě proto
doporučujeme v technických výpočtech pečlivě sledovat, jak je uváděná měrná tepelná kapacita
definována a v jakých jednotkách se číselně vyjadřuje. Slovo "měrná" se také v textech někdy (ne
příliš šťastně) vynechává.
Měrná tepelná kapacita je stavová materiálová vlastnost, mírně závislá na teplotě. Přesnou závislost na
teplotě je nutno uvažovat při termochemických výpočtech, ve kterých se pohybujeme daleko od
standardních teplot. V technických úvahách stačí většinou odhady, založené na nějaké střední,
průměrné měrné tepelné kapacitě c P /(J kg -1 K -1 ). Staré jednotky tepelné energie byly zvoleny tak, aby
tepelná kapacita vody při 15°C byla právě c P = 1 cal g -1 K -1 = 1 kcal kg -1 K -1 = 1 BTU lb -1 F -1 . Typické
hodnoty c P leží, bez ohledu na skupenství, v poměrně úzkém rozsahu, jak je vidět v tabulce 4.1..
Tepelné výpočty, bilance tepla
Tepelné výpočty jsou vždy založeny na řešení tepelných bilancí. V některých případech
přistupuje i předpoklad rovnováhy. Hlavní počet tepelných úloh v chemickém inženýrství je spojen i s
posouzením rychlosti procesu a s tím souvisejícím dimenzováním aparátů pro daný výkon nebo jinak
zadaný účinek.
Zdroj tepla
V řadě případů známe zdroj tepla a zajímá nás, jak tento zdroj působí na příjemce tepla.
1. Zdrojem tepla může být elektrický ohřev. Známe-li jeho tepelný výkon P /(W) a realizujeme-li
tento výkon v materiálu o hmotnosti /(kg) a měrné tepelné kapacitě c P /(J kg-1K-1), majícím tedy
tepelnou kapacitu m c P , pak rychlost akumulace tepelné energie se rovná vstupu a rychlost ohřevu je
tedy
dT P = . (4-5)
dt
m c P
Jestliže ohřívaným objemem materiál protéká objemovým průtokem
dV
V '= , (4-6)
dt
pak výstup energie rovná se vstupu a ohřátí materiálu je
P
∆ T = . (4-7)
ρ c V'
P
(Domácí tepelné spotřebiče mají zpravidla výkon 0,5-2 kW, grily, vyžadující zvláštní elektrický přívod až 4 kW.
Speciální těžké laboratorní pece až 100 kW.)
78