Нагревающие и охлаждающие теплоносители

Прямые источники тепла, применяемые в ХП -дымовые газы и электроэнергия. Дымовые газы получают сжиганием твердого, жидкого, газообразного топлива. Дымовыми газами нагревают до 1100 °С. Однако, у них низкие коэффициенты теплоотдачи и теплоемкости. Электрическим током можно нагреть в очень широком интервале температур. Например в печах сопротивления. Однако, этот способ сравнительно дорогой и используется редко.

Как правило, для нагрева в ХП применяют промежуточные теплоносители: вод. пар, гор. воду, высокотемпературные органические теплоносители, ионные и жидкометаллические теплоносители. Наиболее часто используют насыщенный вод. пар.

"+" :очень высокий коэффициент теплоотдачи, огромная удельная массовая теплота конденсации. Равномерность нагрева, постоянство температуры конденсации, нетоксичность, пожаро- и взрывобезопасность, дешевизна.

"-" : большое давление при высоких температурах(требуется толстостенная. Поэтому, водяным паром нагревают обычно лишь до 200 °С. Водой нагревают до 100 °С, она имеет высокие значения теплоотдачи и теплоемкости. Однако, вода дает накипь (особенно при температуре выше 50 °С)

К ВОТ относится даутерм, глицерин, минеральные масла.

Даутерм- смесь дифенила и дифенилоксида. Температура кипения даутерма 258 °С,а глицерина 290 °С при атмосферном давлении.

Основное достоинство ВОТ-высокие температуры кипения при атмосферном давлении. Однако, ВОТ термолабильный (разлагется при температуре больше 400 °С. Поэтому ими нагревают лишь до 400 град. Цельсия. Кроме того, ВОТ пожаро- и взрывоопасен, в какой-то степени токсичен и дорог.

К ионным теплоносителям относятся нитрит- нитратная смесь (до 540 °С) и кремнийорганические соединения (до 350 °С).

Жидкометаллическими теплоносителями являются(Li,K,Na,Pb,Hg,Sn).

Нагревают до 800°С и выше.

"+": очень высокая термостабильность, большой коэффициент теплоотдачи.

"-": очень высокая коррозийная активность, пары их смесей с воздухом токсичны и взрывоопасны.

Охлаждающие теплоносители.

До температуры 10-30 °С обычно охлаждают водой или воздухом. Оборотную воду (отработанную воду теплообменника) охлаждают в градирнях. В них навстречу стекающей по поверхности насадки пленке воды поднимается воздух, то есть происходит испарительное охлаждение воды.

Воздух уступает воде по теплоемкости, и , особенно, по теплоотдаче. Тем не менее воздушное охлаждение иногда экономичнее водяного и находит все более широкое применение. Объясняется это тем, что приходится перерабатывать огромные объемы сточных вод на очистных сооружениях. До 0 °С рабочую среду охлаждают непосредственным введением в нее льда. До температуры ниже 0 град. Цельсия охлаждают искусственным холодом. Его получают на холодильных установках. В которых в качестве хладагента используют (NH3,CO2,CH4,C2H6,C2H4 и т.д.)

Фреоны - фторхлорпроизводные низших парафиновых углеводородов. Например, хладон (фреон). Однако, у фреонов есть крупный минус - они взаимодействуют с азотом. Это может привести к возникновению озоновых дыр в атмосфере Земли.

52. Теплообменная аппаратура "Кожухотрубный теплообменник".

По способу теплообмена технологические аппараты делятся на три группы: Рекуперативные(наиболее часто используемые), регенеративные(используют редко),смесительные.

КТА состоит из кожуха и приваренных к нему трубных решеток с пучком параллельных труб, с торцов кожух закрывается крышками на фланцах. Трубы в решетках размещают обычно в шахматном порядке.

В трубы подают теплоноситель, склонный загрязнять, например, воду.

Для повышения интенсивности применяются двух- ,четырех- ,шестиходовые КТА.

Межтрубное пространство КТА делят на ряд ходов(секций). Повышение степени турбулентности потоков теплоносителя увеличивает коэффициент теплоотдачи. При большой средней разности температур кожуха и труб они удлиняются неодинаково, что вызывает возникновение механических напряжений, способных разрушить КТА.

Если указанная разность температур небольшая, то изготавливают КТА жесткой конструкции (с неподвижными трубными решетками). В противном случае, применяют аппараты нежесткой конструкции, то есть, используют различные способы температурной компенсации, предотвращающие появление механических напряжений:

1) линзовый компенсатор на кожухе;

2) "плавающую головку";

3) "U"-образные трубы;

4) двойные теплообменные трубки (трубки Фильда);

5) продольный компенсатор на крышке.

Линзовый компенсатор при больших изменениях температур функционирует как гармошка, то есть сжимается/разжимается, обеспечивая хорошую температурную компенсацию.

Очень высокая температурная компенсация характерна для плавающей головки. Высокая компенсирующая способность характерна также для КТА с U-образными трубками и двойными теплообменными трубками. Последние используют в штыковых аппаратах.

КТА по назначению делятся на четыре типа:

1) теплообменники;

2) холодильники;

3) конденсаторы;

4) испарители (кипятильники);

Применяют специальную маркировку КТА, например:

* ТНГ - теплообменник с неподвижными трубными решетками (горизонтальный);

* ИПВ - испаритель с плавающей головкой (вертикальный);

53."Труба в трубе"

Теплообменники типа "труба в трубе" состоят из ряда последовательно соединенных элементов, образованных двумя соосными (концентрическими) трубами. Один из теплоносителей подают в трубы, а другой - в межтрубное пространство. Эти аппараты применяют при малых расходах рабочих сред и высоких давлениях.

"+": высокие коэффициенты теплопередачи вследствие большой скорости теплоносителей.

"-": повышенное гидравлическое сопротивление, громоздкость, высокая металлоемкость.

В химических реакторах часто используют охлаждающие или нагревающие "рубашки".

Для конденсации паров иногда применяют смесительные, насадочные или полочные конденсаторы.

Хоть и редко, в химической промышленности применяют регенераторы.

В них насадка или стенка поочередно контактируют с горячим или холодным газом. Их устанавливают по два.

Очень перспективным считается теплопровод (тепловая труба). Это закрытая с обоих концов металлическая труба, заполненная пористо-капиллярным материалом ("фитилем"). Фитилем может служить, например, стекловата. Фитиль пропитан жидким теплоносителем. В первой зоне (отвода тепла) теплоноситель в теплопроводе испаряется и проходит во вторую зону, в которой он конденсируется. Затем конденсат под действием капиллярных сил возвращается в первую зону.

54.Массообменные (диффузионные) процессы.