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.
