Вопрос № 2. Характеристика тепло и хладоносителей

1. Горячая вода, подогреваемая в водогрейных котлах или в теплообменниках – бойлерах, используется для нагревания продуктов до 130–150 ⁰С.

Достоинства горячей воды:

- высокий коэффициент теплоотдачи,

- хорошо транспортируется по трубопроводам,

- низкие требования к конструированию и устройству теплообменников (из–за – относительно низкого давления горячей воды).

Недостатки:

- значительное снижение температуры при транспортировке,

- трудность регулирования обогрева

2. Водяной пар используется для нагревания веществ и материалов до температур 150–170 °С.

Преимущества водяного пара:

- высокий коэффициент теплоотдачи;

- большая скрытая теплота конденсации;

- возможность транспортировки по трубопроводам на значительные расстояния;

- равномерность обогрева;

легкое регулирование обогрева.

Водяной пар в зависимости от способа теплообмена называют "острым" или "глухим". Острый пар используют для нагревания продукта путем его непосредственного введения в жидкость и смешения с ней образующегося конденсата. Глухой пар нагревает продукт, не соприкасаясь с ним, а передает тепло через разделяющую их стенку.

3. Горячий воздух, предварительно подогретый в калориферах до относительно невысоких температур (50–150 ⁰С), наиболее широко используется для отапливания помещений и в процессах сушки.

При использовании воздуха в металлургии (например, в производствах чугуна и стали) его нагревают в воздухонагревателях регенеративного типа (кауперах) до 900–1300 ⁰С.

4. Топочные газы – газообразные продукты сгорания топлива различного вида с температурой от 400 до 1000 ⁰С.

Регулирование температуры топочных газов достигается разбавлением их свежим воздухом.

Недостатки обогрева горячим воздухом (или другими нагретыми газами) и топочными газами:

- низкий коэффициент теплоотдачи;

- неравномерный обогрев нагреваемого материала;

- трудность регулирования обогрева;

- при использовании топочных газов, загрязнение нагреваемого вещества.

5. Высокотемпературные теплоносители (ВТТ) – группа веществ неорганического и органического происхождения, используются в интервале температур от 150 до 900 ⁰С.

Различают три группы ВТТ:

- жидкометаллические ВТТ;

- ионные ВТТ;

- органические высокотемпературные теплоносители.

а) жидкометаллические (литий, натрий, калий, ртуть, галлий, сплавы натрия и калия) обладают высокой термической стойкостью, используются в интервале температур 500–900 ⁰С, применяются, в основном, в атомной промышленности и энергетике.

Недостатки: агрессивно воздействуют на конструкционные материалы, обладают высокой токсичностью, многие из них – пожаровзрывоопасны.

б) ионные ВТТ или расплавы солей:

- ТiСl4,

Сплавы:

- СС–1 состав: (22–25) % А1С13 + (75–78) % А1Вг3;

- СС–3 состав: 50 % NaNO2 + 50 % KNO3;

- СС–4 состав: 40 % NaNO2 + 7 % NaNO3 + 53 % KNO3.

применяются в интервале температур 350–550 °С.

в) органические высокотемпературные теплоносители:

- минеральные масла,

- глицерин,

- дифенил,

- силиконовые масла

- кремнийорганические соединения применяются при температурах 250– 400 ⁰С.

Характеристика хладоносителей:

- атмосферный воздух используется для конденсации паров и предварительного охлаждения горячих продуктов до 60–80 ⁰С с целью экономии других хладоносителей;

- вода используется для конденсации паров и охлаждения горячих продуктов до температуры 15–30 ⁰С;

- холодильные рассолы – водные растворы СаСl₂, NaCl и других солей;

- антифризы – водные растворы этанола, глицерина, этиленгликоля или сами чистые продукты. Используются для создания температуры ниже 5–20 ⁰С.

ВЫВОД ПО ВОПРОСУ:

Для проведения тепловых процессов используются различные теплоносители: горячая вода, водяной пар, горячий воздух, топочные газы, высокотемпературные теплоносители) и хладоносители: атмосферный воздух, вода, холодильные рассолы.

Вопрос № 3. Классификация теплообменных аппаратов

По способу подвода тепла:

- поверхностные (через стенку);

- смесительные (непосредственный контакт);

- регенеративные (через нагретую насадку).

По назначению: холодильники, подогреватели...

По направлению движения теплоносителей: прямоточные, противоточные, перекрестные.

По виду поверхности теплообмена и способу изготовления:

- с поверхностью теплообмена из труб (кожухотрубные, типа "труба в трубе", оросительные, змеевиковые);

- с поверхностью теплообмена из листа (спиральные, пластинчатые, рубашечные);

По виду конструкционного материала (металлические, эмалированные, графитовые, стеклянные).

Требования, предъявляемые к теплообменной аппаратуре:

- Компактность при высокой производительности;

- Малое гидравлическое сопротивление;

- Высокий коэффициент теплопередачи;

Герметичность узлов, разделяющих среды;

- Возможность очистки теплообменных поверхностей;

- Разборность конструкции для осмотра и ревизии.

Оборудование для нагревания горячей водой, водяным паром, высокотемпературными теплоносителями и горячими продуктами производства.

Аппарат с рубашкой имеет теплообменную поверхность, образуемую наружной стенкой самого аппарата. Схема аппарата с рубашкой показана на (Рисунке 4.1.1).

Недостатки:

- поверхность теплообмена не превышает 10 м²;

- максимальное давление греющего пара не более 1 МПа.

Достоинства: Несмотря на указанные недостатки, аппараты с рубашками находят применение в качестве реакторов, смесителей и тому подобных аппаратов, у которых внутри имеются скребки, мешалки и т.д.

Рисунок 4.1.1 – Схема аппарата с рубашкой:

1 – обогреваемый аппарат, 2 – рубашка; 3 – продувочная линия.

Погружной теплообменник с внутренним спиральным змеевиком представляет собой аппарат со спиральным змеевиком 1, размещенным внутри корпуса 2 аппарата (Рисунок 4.1.2).

Рисунок 4.1.2 – Погружной теплообменник с внутренним спиральным змеевиком: I – теплоноситель; II – хладоагент

Достоинства змеевиковых теплообменников:

- простота устройства;

- доступность для осмотра внешней поверхности теплообмена.

Недостатки:

трудность очистки внутренней поверхности теплообмена змеевиков от отложений.

Теплообменники Calorplast (Рисунок 4.1.3) имеют модульную конструкцию и компонуются из стандартных трубных систем.

Рисунок 4.1.3 – Теплообменник Calorplast

Теплообменники могут производиться из различных материалов: полиэтилен, полипропилен, фторопласт. В зависимости от материала теплообменника и рабочего давления максимально рабочая температура: 140°C.

Теплообменник типа "труба в трубе" (ТТ)

Теплообменник типа "труба в трубе" (ТТ) показан на (Рисунке 4.1.4)

Рисунок 4.1.4 – Звено теплообменника типа «труба в трубе» жесткого типа:

1 – наружная труба; 2 – внутренняя труба; 3 – двойник; 4 – патрубок

Он представляет собой устройство, обычно сваренное из аксиально расположенных друг в друге 2 и 1 разного диаметра. Звено образуется из двух таких конструкций, соединенных вместе на сварке или фланцах с помощью двойников 3.

Для увеличения поверхности теплообмена звенья собирают в вертикальный ряд–секцию. Поверхность теплообмена многосекционных теплообменников типа ТТ достигает 150 м².

Достоинства теплообменников типа «труба в трубе»:

- простота конструкции,

- выдерживает высокие давления,

- имеет большое значение коэффициента теплопередачи;

- широко применяется в качестве конденсаторов в производствах продуктов, получаемых под высоким (до 150 МПа и выше) давлением.

Недостатки:

- громоздкость,

- большой удельный расход металла,

- трудность очистки межтрубного пространства.

Спиральный теплообменник (Рисунок 4.1.5) изготавливают из двух металлических листов, свитых вместе и образующих два спиральных пространства прямоугольного сечения.

Достоинства спирального теплообменника:

- компактность,

- большой коэффициент теплопередачи (благодаря высокой скорости движения продуктов),

- небольшое гидравлическое сопротивление.

Недостатки:

- сложность изготовления и ремонта;

- работа под небольшим давлением (до 0,6 МПа);

- небольшая поверхность теплообмена (20–30 м²).

Рисунок 4.1.5 – Спиральный теплообменник.

Дата добавления: 2014-01-11