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 расплавленными солями

Из различных неорганических солей и их сплавов, применяют для нагревания до высоких температур, нитрит - нитратную смесь. Это тройная эвтектическая смесь, содержащая 40%; 7%; 53% 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, На, К, Рв и др. легкоплавкие металлы и сплавы.

Большинство металлических носителей огне- и взрывоопасны, не агрессивны. 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 (1500-2000°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 среды выше 100°С, применяют 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;

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;

- 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, в которых оба теплоносителя разделены стенкой, 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 нагреваемый другим теплоносителем;

3) смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.