 |
Органические теплоносители
|
|
|
|
Минеральные масла являются одним из старейших промежуточных теплоносителей, используемых для равномерного нагревания различных продуктов. В качестве нагревающих агентов применяются масла, отличающиеся высокой температурой вспышки до 310°С (цилиндровое, компрессорное). Поэтому верхний предел нагревания маслами ограничен Т = 250 -300°С
Нагрев с помощью минеральных масел производят либо помещая теплоиспользующий аппарат с рубашкой, заполненный маслом в печь, в которой тепло передается маслу топочными газами, либо устанавливая электронагреватели внутри масляной рубашки.
Иногда масло нагревают вне теплоиспользующего аппарата (огне- и взрывоопасные производства) с естественной и принудительной циркуляцией.
1- печь со змеевиком;
2- теплоиспользующий аппарат;
3- подъемный трубопровод,
4- опускной трубопровод.
К группе высокотемпературных органический теплоносителей относятся: глицерин, этиленгликоль, нафталин. Наибольшее применение получила дифенильная смесь, состоящая из 26,5% дифенила и 78,5% дифенилового эфира.
=12,3°С; = 258°С.
Нагревание расплавами солей
Из различных неорганических солей и их сплавов, применяют для нагревания до высоких температур, нитрит - нитратную смесь. Это тройная эвтектическая смесь, содержащая
40% - NaNO2; 7% - KNO3, 53% - NaNO3, смеси = 142,3° С.
Эта смесь применяется для нагрева до 500-540°С
Нагревание жидкими металлами
Для нагрева до температур 400-800°С и выше в качестве высокотемпературных теплоносителей могут быть эффектно использованы ртуть, Nа, К, Рв и др. легкоплавкие металлы и сплавы.
Большинство металлических носителей огне- и взрывоопасны, неагрессивны. Легкоплавкие металлы, кроме ртути, натрия и калия и их сплавов используются главным образом в качестве промежуточных теплоносителей для нагревательных бань.
|
|
|
Нагревание электрическим током
1. Нагревание электрической дугой применяется в дуговых печах и дает возможность развивать высокие температуры (1 500 - 2 000°С) и выше. Различают печи:
а) с открытой дугой - пламя дуги образуется над нагреваемым материалом и тепло передается лучеиспусканием;
б) с закрытой дугой - пламя дуги образуется между электродом и самим материалом.
2. Нагревание сопротивлением производится непосредственным пропусканием электрического тока через нагреваемое тело, либо через специальные нагревательные элементы.
3. Нагревание индукционными токами.
Производится следующим образом: аппарат окружают обмоткой, через которую пропускают переменный ток. При этом вокруг обмотки образуется переменное магнитное поле, индуцирующее в стенках аппарата электродвижущую силу. В результате в стенках аппарата возникает электрический ток, который и нагревает их по всей толщине.
4. Диэлектрическое нагревание или нагревание токами высокой частоты, основано на том, что при взаимодействии на диэлектрик (непроводник эл.тока) переменного электрополя, часть энергии затрачивается на преодоление трения между молекулами диэлектрика и превращается в тепло. При этом диэлектрик нагревается.
Лекция № 10
Тема: Охлаждение
В качестве охлаждающего агента используют воздух и воду, а для достижения низких температур - низкотемпературные агенты.
Воздух применяется для естественного и искусственного охлаждения, например, с помощью вентилятора.
При естественном охлаждении нагретый теплоноситель охлаждается за счет потерь тепла через стенки аппарата в окружающую среду. Искусственное охлаждение воздухом используют в поверхностных или смесительных теплообменниках.
Охлаждение воздухом в поверхности теплообменника применяется редко из-за низкого коэффициента теплопередачи и значительного расхода электроэнергии при работе вентилятора.
|
|
|
Смесительные теплообменники представляют собой аппараты башенного типа, в которых охлаждающий воздух движется снизу вверх навстречу стекающей жидкости. При этом охлаждение происходит не только за счет теплоотдачи, но в значительной степени и за счет испарения части жидкости. Такие аппараты широко используются для охлаждения воды и называются градирнями.
Вода является наиболее распространенным охлаждающим агентом.
Ее преимущества: 1) высокая теплоемкость;
2) большой коэффициент теплоотдачи;
3) доступность;
Источники воды:
1) свежая из наземных источников (Т = 4÷25°С);
2) артезианская вода (Т = 8÷15° С);
3) оборотная вода, т.е. вода охлажденная в градирне (Т = 4÷30°С).
Если температура охлаждаемой среды выше 100°С, применяют испарительное охлаждение, при котором часть воды испаряется. В этом случае расход воды резко снижается, а образующийся пар утилизируется.
Низкотемпературные агенты используются для получения температур ниже 5-20°С.
1) лед; 0
2) охлаждающие смеси (смесь льда с различными солями);
3) холодильные рассолы (растворы; NaCl и т.д.);
4) пары жидкостей, кипящих при низких температурах.
Хладагенты, применяемые на АО "НКНХ":
1) вода до +5° С;
2) аммиачный рассол до -15° С;
3) пропан до -40° С;
4) метан до -50° С;
5) этан до-80° С;
6) этилен до -100°С.
W = 
где:
G - расход охлаждаемой среды;
с - средняя теплоемкость этой среды;
s w:val="24"/></w:rPr><m:t>РІ</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> 
- удельная теплоемкость воды;
- начальная и конечная температура охлаждаемой воды;
- начальная и конечная температура охлаждающей воды.
Конденсация паров
|
|
|
Конденсация может быть осуществлена либо путем охлаждения пара (или газа), либо посредством охлаждения и сжатия одновременно.
Конденсация паров часто используется в основных химико-технологических процессах, например, при выпаривании, вакуум-сушке и др. для создания разрежения.
По способу охлаждения паров различают конденсаторы смешения и поверхностные конденсаторы.
В конденсаторах смешения пар непосредственно соприкасается с охлаждающей водой и, получаемый конденсат, смешивается в последней.
В поверхностных конденсаторах тепло отнимается от конденсирующегося пара через стенку.
Теплообменники
По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов:
1) поверхностные (рекуперативные), в которых оба теплоносителя разделены стенкой различной конфигурации, причем тепло передается через поверхность этой стенки;
2) регенеративные, в которых процесс передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами - насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем;
3) смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.
Кожухотрубные теплообменники
Теплообменник жесткой конструкции состоит из корпуса-1 и приваренных к нему трубных решеток с пучком труб-2. Выступающие из корпуса части решеток являются одновременно фланцами, к которым на прокладках и болтах крепятся сферические или плоские днища.
В кожухотрубном теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред II -движется внутри труб, в трубном пространстве, а другая I - движется в межтрубном, омывая пучок труб снаружи. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую теплоту, - в противоположном направлении. Трубы в решетках размещают равномерно по периметрам правильных шестиугольников, что обеспечивает компактность расположения. Иногда трубы размещают по концентрическим окружностям. При необходимости обеспечения очистки наружных поверхностей труб применяется коридорное расположение - по сторонам квадратов. Теплообменники изготавливаются одноходовыми и многоходовыми. В одноходовых теплообменниках вследствие большого суммарного проходного сечения труб и межтрубного пространства скорости протекания теплоносителей невелики и коэффициенты теплоотдачи сравнительно низкие. Для увеличения скорости протекания в трубном и межтрубном пространствах устанавливают перегородки, уменьшая сечения потока жидкости. При больших разностях температур за счет неодинакового температурного удлинения в сварочных швах присоединения кожухов и фланцам, в местах заделки труб в трубных решетках возникают значительные напряжения, которые могут превысить предел прочности материала. Для предотвращения разрушения аппарата применяются конструкции, в которых пучок труб перемещается относительно кожуха, компенсируя температурные удлинения. Такие конструкции применяются при разности температур пучка труб и кожуха, превышающей 50° С. Применяются теплообменники с линзовым компенсатором, с плавающей головкой и с U -образными трубами (допустимое растяжение или сжатие до 8 мм). Крепление труб в трубных решетках в зависимости от свойств применяемых материалов, давления, необходимой герметичности производят развальцовкой, развальцовкой с канавками, сваркой, пайкой, с помощью разъемных сальниковых устройств.
|
|
|
Условные обозначения: Т – теплообменник, К – конденсатор, Х – холодильник, И - испаритель.
Теплообменники типа "труба в трубе"
Теплообменник типа "труба в трубе" включает несколько расположенных друг под другом элементов, причем каждый элемент состоит из двух труб: наружной-1 большого диаметра и концентрически расположенной внутри нее трубы-2.
Внутренние трубы элементов соединены между собой последовательно; также связаны между собой и наружные трубы. Для возможности очистки внутренние трубы соединяют при помощи съемных калачей-3.
Погружные змеевиковые теплообменники
Состоят из змеевиков, помещенных в сосуд жидким теплоносителем. Другой теплоноситель движется внутри змеевика. Змеевик выполнен из концентрически расположенных параллельных секций.
Преимущества погружных теплообменников:
1) простота изготовления;
2) доступность поверхности теплообмена для осмотра и ремонта;
3) малая чувствительность к изменениям режима вследствие наличия объема жидкости в сосуде.
Недостатки:
1) громоздкость;
2) трудность очистки труб;
3) неупорядоченное движение жидкости в сосуде.
|
|
|
Спиральные теплообменники
Состоят из двух спиральных каналов прямоугольного сечения, по которым движутся теплюносители-1,2. Каналы образуются тонкими металлическими листами-1,2, которые служат поверхностью теплообмена. Внутренние концы спиралей соединены разделительной перегородкой-3. Система каналов закрыта с торцов крышками-3.
Преимущества:
1) компактность;
2) возможность пропускания обоих теплоносителей с высокими скоростями;
3) гидравлическое сопротивление меньше, чем у кожухотрубных теплообменников.
Недостатки:
1) сложность изготовления и ремонта;
2) пригодность работы под давлением не выше 6 кГс/ 
.
Теплообменники с оребренными поверхностями теплообмена
Если коэффициент теплоотдачи для одного из теплоносителей значительно ниже, чем для второго, то поверхность теплообмена со стороны теплоносителя с низким... целесообразно увеличить по сравнению с поверхностью теплообмена со стороны другого теплоносителя. Это достигается в теплообменниках с оребренными поверхностями теплообмена. В таких аппаратах поверхность теплообмена имеет на одной стороне различной формы ребра. В трубчатых теплообменниках обычно используются поперечные или продольные ребра.
Лекция №11
|
|
|
