Розглянемо приклад застосування рівняння теплового балансу.
Визначити кількість тепла Q, що передається та витрату насиченої водяної пари для нагрівання G2 = 10 кг/с води від початкової температури t2n = 15ºС до t2k = 55ºС. Тут слід пояснити, що пара може бути перегрітою (яка веде себе подібно газу і тоді може при постійному тискові охолоджуватись до стану насичення і насиченою, яка буде віддавати тепло при конденсації, перетворюючись на конденсат, а температура конденсації змінюватись не буде, її значення залежить від тиску конденсації. Оскільки тиск конденсації в умові не заданий розглянемо два варіанти:
1) Pнас= 1 ат; 2) Рнас= 3 ат.
Рівняння теплового балансу має вигляд
Q= G1∙r = G2∙c2(t2k - t2n) (8)
тут Q – кількість тепла, що передається від пари при її конденсації до води, яка нагрівається
по І варіанту r = 2264 кДж/кг (табл. LVІІ при Р = 1 ат, tконд = 99,1ºС)
по ІІ варіанту r = 2171 кДж/кг (при Р = 3 ат, tконд = 132,9ºС).
Для визначення кількості тепла Q не можемо скористатись лівою частиною рівняння (8), оскільки невідома витрата гріючої (насиченої) пари. Для цього використаємо праву частину рівняння (8)
Q= G2∙c2(t2k - t2n)
тут с2 - фізична константа – теплоємність води, значення якої знаходимо з довідника. З таблиці ХХХІХ при середній температурі води ºС, с2=4180 Дж/кг·К.
Таким чином, кількість тепла необхідна для нагрівання води
Q = 10·4180·(55-15) = 1,67·106 Вт.
Витрата гріючої пари буде
І варіант: кг/с;
ІІ варіант: кг/с.
Розрахунок теплообмінної апаратури включає:
1. Визначення кількості тепла (теплового потоку) на основі рівняння теплового балансу.
2. Визначення поверхні теплообміну F з основного рівняння теплопередачі.
Основним при аналізі та розрахунках кількості тепла, що передається, є визначення лімітуючої стадії, вибір відповідного рівняння для розрахунку та пошук технологічних та конструктивних рішень для інтенсифікації процесу теплообміну.