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

A
4 Sdílení tepla
3. co největší teplotní rozdíl – to často nemůžeme ovlivnit. Použití chladiva o velmi nízké teplotě
nebo ohřevu vysokou teplotou bývá nákladnější, a rovněž některé zpracovávané tekutiny nemusejí
snášet příslušné teploty a teplotní rozdíly.
Promyslete si z hlediska použité teploty, rychlosti ohřevu (trvání procesu) a výsledku rozdíly mezi
vařením, smažením, pečením, fritováním a grilováním.
Pokud máme možnost volby, hledáme zpravidla kompromis mezi velikostí teplosměnné plochy a mezi
potřebným teplotním rozdílem.
Souproudý a protiproudý výměník
Zejména u trubkového výměníku je jednoduše vidět, že proudy tekutin A a B můžeme vést buďto ve
stejném směru – pak výměník označujeme jako souproudý, nebo v obráceném směru – pak jde o
výměník protiproudý.
V souproudém výměníku se teploty proudů od místa vstupu k místu výstupu v obou proudech
B
SOUPROUD
A
PROTIPROUD
B
Teplota
Teplota
Poloha
Poloha
Obr.4.12. Rozložení teplot v souproudém a protiproudém výměníku
V protiproudém výměníku je v celém rozsahu poměrně malý teplotní spád mezi proudy A a B; zato výstupní teplota
chladnějšího proudu B může být větší než výstupní teplota teplejšího proudu A – teploty se „vymění“. Počet schůdků,
zakreslených čárkovanou čarou, znamená, že daný protiproudý výměník se chová jako 3 až 4 teoretické stupně.
V souproudém výměníku je na počátku velký tlakový spád a teploty se rychleji vyrovnávají; na konci však se rozdíl
zmenšuje jen exponenciálně..
vzájemně přibližují; kdyby byl výměník dokonalý, došlo by nakonec k vyrovnání teplot na hodnotě
dané kalorimetrickou rovnicí (4-27). Ideální zařízení, z něhož vystupují proudy v rovnováze, tedy i
výměník, který opouštějí tekutiny se stejnou teplotou, nazýváme rovnovážný stupeň. Souproudý
výměník má vždy horší funkci než 1 rovnovážný stupeň. Protiproudý výměník může mít i funkci
několika rovnovážných stupňů, je v něm však obecně menší teplotní rozdíl mezi proudem A a B a
tudíž při stejném součiniteli průchodu tepla za to musíme zaplatit větším rozměrem zařízení.
Úvaha o to, zda zapojit výměník protiproudně nebo souproudně je významná jen tehdy, když
množství zpracovávaných tekutin je blízké ve smyslu vztahu m B c PB ≈ m A c PA a obě teploty se zásadně
mění. Jinak je zapojení celkem lhostejné a používá se často i příčný křížový tok.
Výpočty tepelných výměníků
Ve všech případech tepelných výměníků uvažujeme dva proudy tekutin, které opět označíme A a B.
V bilanci tepla vystupují teploty proudů ∆T A , ∆T B
95