Водяна пара

Нагріваючі агенти і методи нагрівання.

При конденсації пари 1 кг виділяється приблизно 550ккал кг (2300кдж/кг) при Р=9,8×10⁴Па. Коефіцієнти тепловіддачі мають високі значення. Крім того, пара доступна і пожежобезпечна. Простота регулювання температури. Забезпечує рівномірність нагріву. Недолік: ріст тиску при підвищенні температури. Переважно використовують пару з температурою 180-190^оС, що відповідає тискові в 10-12ат. При підвищенні тисків необхідно збільшувати товщину стінок теплообмінної апаратури, що веде до її подорожчання. Більш економічно використовувати водяну пару, яка пройшла паросилові установки. Наприклад, пару направляють на турбіни для виробництв електроенергії, а потім – м‘яту пару турбін з тиском 6-8ат. Направляють для нагріву хімічної апаратури. Ця пара перегріта. Щоб довести пару до стану насичення, її змішують з водою, що приводить до випаровування води і додаткового збільшення насиченої пари, яка при нагріванні конденсується.

1.1 Нагрівання глухою парою найбільш широко розповсюджене і являє собою передачу тепла через стінку теплообмінного апарату. Використовують пару насичену. Перегріту водяну пару рідко використовують в якості теплового агенту. Щоб із зони конденсації не виводилася неконденсована пара використовують спеціальні пристрої – конденсатовідвідники. Якщо в парі є повітря, N₂, O₂, CO₂, то це зменшує коефіцієнт тепловіддачі.

1.2. Нагрівання гострою парою використовується в тих випадках, коли допускається змішування середовища з паровим конденсатом. При цьому гостру пару вводять безпосередньо в рідину, що нагрівають. Для зменшення шуму використовують спеціальні сопла. При використанні гострої пари використовується і тепло конденсату (перевага перед глухою парою).

Витрата пари D визначається з рівняння теплового балансу:

температури конденсату і розчину t₂ вирівнюються.

2. Нагрівання гарячою водою. Застосовується для нагріву до температури не більше 100^оС. Недоліки: нижчі коефіцієнти тепловіддачі ніж при нагріванні парою, нерівномірність нагрівання.

3. Нагрівання продуктами горіння. Метод не загубив свого застосування і сьогодні. Продукти горіння дозволяють нагрівати до температури 1000-1100^оС. Найбільш часто продукти горіння використовують для нагрівання проміжних теплоносіїв – через стінку теплообмінників.

Недоліки: нерівномірність нагріву, важко регулювати температуру, низькі коефіцієнти тепловіддачі від газу до стінки (не більше 60 вт/м²К), забруднення продуктів горіння, жорсткі умови нагріву, що у багатьох випадках недопустимо, оскільки виникає перегрів.

Продукти горіння отримують шляхом спалювання в топках печей рідкого, твердого і газоподібного палива. Іноді в якості гріючих агентів використовуються і продукти горіння, які залишають печі (вторинні енергоресурси). Нагрів продуктами горіння відбувається безпосередньо в печах. В печах є радіантна і конвективна частини, де тепло відповідно передається випромінюванням і конвекцією. Втрати палива визначаються із рівняння теплового балансу.

4. Нагрівання високотемпературними теплоносіями:

а) нагрівання перегрітою водою використовується при тисках 225ат., якому відповідає температура 374^оС. Можливий нагрів металів до 350^оС.

Недоліки: високий тиск, що веде до подорожчання установок і вартості експлуатації.

Використовують установки з природною і вимушеною циркуляцією. При вимушеній циркуляції u=2.0-2.5 м/с.

б) нагрівання мінеральними маслами.

Масла є розповсюдженими проміжними теплоносіями. Використовують масла з високою температурою самозапалювання (до 310^оС). Це такі масла, як циліндрові, компресорні та інші. Верхня границя нагрівання маслами не перевищує 250-300^оС.

Недоліки: невисокі граничні температури, низькі коефіцієнти тепловіддачі, термічний розклад, забруднення поверхні. Різниця температур між теплоносіями повинна бути не нижче 15-20^оС для забезпечення достатніх теплових навантажень.

в) Нагрівання висококиплячими органічними рідинами. До цієї групи відносять гліцерин, етиленгліколь, нафталін та інші. Широко використовується дифенільна суміш. Вона має низькі тиски при високих температурах. Тиск її насиченої пари складає 1\30-1/60 вцілому насиченої пари при температурах 200-400^оС.

Недоліки: як у дифенільної суміші і інших органічних теплоносіїв – низька теплота пароутворення, але у неї велика густина пари. Застосовується для нагріву до 380-400^оС. При вищих температурах проходить її термічний розклад. Для масел і органічних теплоносіїв після нагріву або теплообмінника ставлять розширюючий бачок.

г) нагрів розплавленими солями. Для нагріву до температур 500-540^оС використовують неорганічні розплавлені солі (нітрат – нітратна суміш). Суміш практично не викликає корозію при температурах нижче 450^оС. Суміш використовують тільки при вимушеній циркуляції.

Недоліки: коефіцієнти тепловіддачі нижчі ніж від перегрітої води. Сильний окислювач і недопустимий контакт з речовинами органічного походження.

д) нагрівання ртуттю і рідкими маслами. Для нагрівання до температур 400-800^оС використовують ртуть, натрій, калій, свинець і інші легкоплавкі метали. Вони стійкі, мають велику густину, велику теплопровідність і високі коефіцієнти тепловіддачі. Це проміжні теплоносії. К і Na мають високу хімічну активність, тому необхідно використовувати нержавіючі сплави, вони займаються з швидкістю вибуху. Ртуть єдиний метал, який використовують в паровому стані, причім тиск насичених парів у неї дуже низький (2ат. при 400^оС). Однак пари металічних теплоносіїв дуже отруйні.

5. Нагрівання електричним струмом. Нагрівання проводять в широкому діапазоні, точно підтримується легко регулюється температура, пристрої прості, компактні і зручні для обслуговування.

Недоліки: застосування електричного струму досить дороге. Це зв‘язано з багатоступеневим перетворенням хімічної енергії в електричну. В залежності від методу перетворення електричної енергії в теплову розрізняють нагрівання електричними опорами (омічне нагрівання), індукційне нагрівання, високочастотне нагрівання, нагрівання електричною дугою.

а) нагрівання електричним опором. Опори: хром-залізо-алюмінієві сплави, які мають високий опір і термічну стійкість. Використовують і дротяні опори намотані на керамічні сердечники.

б) індукційний нагрів електричним струмом базується на використанні теплового ефекту, який обумовлюється вихоровими струмами Фуко, які виникають в товщині стінок стального поля. Апарат працює як трансформатор, первинною обмоткою якого служить індукційна котушка, а магнітопроводом і вторинною котушкою стінки апарату.

в) високочастотне нагрівання використовується для матеріалів, які не проводять електричного струму (діелектрики). Молекули, які розміщені в змінному електричному полі починають коливатися з частотою поля і при цьому поляризуються. Коливна енергія частин затрачається на переборення тертя між молекулами діелектрика і перетворюється в тепло безпосередньо в масі матеріалу (нагрівання пластичних мас, сушіння).

Дата добавления: 2014-01-04