Материалы для СРСП 4

 

СРСП 4

ТЕПЛОНОСИТЕЛОИ И ХЛАДОГЕНТЫ

 

Цель: сформировать представление о теплоносителях и хладогентах

 

План

1 Виды теплоносителей

2 Хладогенты

 

1 Виды теплоносителей

Водяной пар. Является наиболее распространенным теплоноси­телем. Использование отработанного пара паросиловых установок и вторичного пара выпарных установок экономически выгодно. Обычно пользуются насыщенным водяным паром. Он обладает высокой удельной теплотой парообразования.

Важным достоинством насыщенного водяного пара является постоянство температуры его конденсации при данном давлении, что позволяет точно поддерживать температуру нагревания, а также в случае необходимости легко ее регулировать, изменяя давление греющего пара. Водяной пар дешев, доступен, нетоксичен и по­жаробезопасен.

Существенным недостатком водяного пара является то, что рост температуры его насыщения связан с повышением давления. Это ведет к увеличению стоимости аппаратуры, так как требуется тол­стостенная и дорогостоящая теплообменная аппаратура.

Насыщенный водяной пар применяют для нагревания воды до температуры 150... 180°С при давлении 0,5... 1,2 МПа.

Горячая вода. Используется для нагревания аппаратов или про­дуктов до 100°С. Получают горячую воду в водогрейных котлах, обогреваемых топочными газами.

В аппаратах может быть использован также водяной конденсат, поступающий из выпарных установок или теплообменных аппа­ратов.

Для нагревания до температур выше 100 °С применяют пере­гретую воду, находящуюся под избыточным давлением.

Вода является доступным, дешевым, некоррозиеактивным теп­лоносителем, имеющим высокие теплоемкость и коэффициент теплоотдачи. Обычно обогрев водой осуществляется через стенку аппарата, разделяющую теплоноситель и продукт.

Высокотемпературные органические теплоносители {ВОТ). При­меняются как в жидком, так и в парообразном состоянии для нагревания аппаратов до 400 °С.

В качестве высокотемпературных органических теплоносителей используются: глицерин, нафталин, этиленгликоль, дифенил, дифениловый эфир, арохлоры, многокомпонентные ВОТ, мине­ральные масла и др.

Наибольшее значение получила смесь, состоящая из 26,5 % дифенила и 73,5 % дифенилоксида, называемая дифенильной сме­сью и носящая торговое название «Даутерм А».

Основными достоинствами дифенильной смеси как теплоно­сителя являются: возможность получения высоких температур (258...380°С), коэффициент теплоотдачи а при конденсации па­ров дифенильной смеси составляет 1 200... 1 700 Вт/(м2- К); не вы­зывает коррозию металлов (например, в аппаратуре из обыкно­венной углеродистой стали); низкая температура плавления (12 °С); практически невзрывоопасна.

Недостатком «Даутерма А» является его токсичность.

Глицерин применяется в качестве жидкого теплоносителя для нагревания до 220...250 °С. Глицерин не ядовит, невзрывоопасен, недефицитен и примерно в 4 раза дешевле дифенильной смеси. С помощью глицерина достигается равномерный обогрев тепло­использующих аппаратов.

Минеральные масла, используемые для нагревания, бывают обычные и ароматизированные. В настоящее время для нагревания до 300 °С в качестве теплоносителей применяются цилиндровые и компрессорные масла, а также ароматизированные масляные теп­лоносители АТМ-300, «Мобильтерм-600», «Мобильтерм Лайт» и др.

Топочные газы. Газы, образующиеся при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива в специальных печах, исполь­зуют для нагрева до температуры 1 000 °С.

К недостаткам обогрева топочными газами можно отнести: низ­кий коэффициент теплоотдачи, неравномерный нагрев, значи­тельные температурные перепады, сложность регулирования тем­пературы, окисление стенок аппаратов.

Горячий воздух. Нагревание горячим воздухом применяют в су­шильных установках. Для этого воздух, предварительно очищен­ный от взвешенных примесей, нагревают до необходимой темпе­ратуры топочными газами или паром в воздухоподогревателях (ка­лориферах).

Электрический ток. Нагревание электрическим током (элект­ронагрев) обеспечивает равномерный и быстрый нагрев до тем­пературы 1 000 °С и выше, легкое регулирование степени нагрева в соответствии с заданным технологическим режимом.

Электронагрев прост и удобен в применении, компактен, но относительно дорог и требует строгого соблюдения правил тех­ники безопасности.

По способу превращения электрической энергии в тепловую различают нагревание сопротивлением, электрической дугой, ин­дукционное и высокочастотное нагревание.

Нагревание электрическим сопротивлением осуществляется при прохождении тока через нагреваемое тело или через специальные нагревательные элементы.

Нагревание электрической дугой применяют в дуговых печах, что дает возможность увеличивать температуру до 2 000 °С и выше. Печи бывают с открытой и закрытой дугой.

В печах с открытой дугой пламя дуги образуется между элект­родами, расположенными над нагреваемым материалом.

В печах с закрытой дугой пламя дуги образуется между элект­родом и самим нагреваемым материалом.

Основной недостаток нагревания электрической дугой — не­равномерный обогрев и невозможность точного регулирования тем­ператур.

При индуктивном нагревании используется тепловой эффект (тем­пература около 400 °С), вызываемый вихревыми токами Фуко, возникающими под воздействием переменного поля в стенках стального нагреваемого аппарата.

Высокочастотное нагревание применяется для нагревания ма­териалов, не проводящих электрического тока, — диэлектриков.

В настоящее время в пищевой промышленности широко ис­пользуется энергия электромагнитного поля сверхвысокочастот­ного (СВЧ) и инфракрасного (ИК) диапазонов. Нагрев в СВЧ- и ИК-полях позволяет значительно сократить длительность тепло­вой обработки, повысить качество готовых изделий.

К основным особенностям сверхвысокочастотного нагрева сле­дует отнести: способность СВЧ-поля проникать в обрабатываемый продукт на значительную глубину, что позволяет осуществлять его объемный нагрев независимо от теплопроводности; отсутствие кон­такта с теплоносителем; безынерционность процесса нагрева. Ос­новное преимущество объемного нагрева продуктов в СВЧ-по- лях — высокая скорость нагрева, продолжительность которого умень­шается в 5... 10 раз по сравнению с поверхностным нагревом и составляет для большинства продуктов несколько минут (2... 5 мин).

ИК-поле в отличие от СВЧ-поля проникает в материал на мень­шую глубину, вследствие чего такой вид нагревания является про­межуточным между поверхностным и объемным.

Применение ИК-нагрева позволяет значительно сократить про­должительность процесса тепловой обработки, уменьшить метал­лоемкость и размеры аппаратов, автоматизировать производство и получать продукцию высокого качества.

Нагревание водяным паром

Существует два способа нагревания водяным паром: острым и глухим паром.

При нагревании острым паром (рис. 4.3, а) водяной пар вво­дится непосредственно в нагреваемую среду 2 и смешивается с ней. Этот способ применяется, когда допустимо смешение нагреваемой среды с паровым конденсатом. Введение острого пара осу­ществляется через барботеры 1 — трубы, расположенные у дна аппарата и снабженные множеством мелких отверстий. При бар­ботаже пузырьки пара проходят слой жидкости, перемешивая ее.

 

yyy1.png

 

2 Хладогенты

Охлаждение водой наиболее дешевый способ передачи теплоты. Вода имеет большую теплоемкость и более высокие коэффициен­ты теплоотдачи, чем воздух. В зависимости от времени года и кли­матических условий температура воды в водоемах составляет 12...25 °С. Артезианская вода имеет температуру 4... 15 °С. Вода из водоемов дешевле артезианской, но ее температура выше и под­вержена сезонным колебаниям.

Для экономии воды и охраны окружающей среды на предпри­ятиях вводится система водооборота, что дает возможность резко сократить потребление свежей воды и уменьшить стоки. Оборот­ную воду, т.е. отработанную охлаждающую воду теплообменных устройств, охлаждают в градирнях (башнях с насадкой, по кото­рой распределяется стекающая вода) за счет частичного испаре­ния в движущийся противотоком воздух и снова направляют на использование в качестве охлаждающего агента.

Вода применяется для охлаждения в поверхностных и смеси­тельных теплообменниках.

Охлаждение атмосферным воздухом, применяемым как охлаж­дающий агент, используется при его принудительной циркуля­ции с помощью вентиляторов в градирнях и в теплообменных аппаратах с увеличенной поверхностью теплообмена (например, путем ее оребрения).

Достоинством воздуха как охлаждающего агента является его доступность и то, что он практически не приводит к загрязнению наружной поверхности охлаждения. К недостаткам воздуха по срав­нению с водой следует отнести сравнительно низкий коэффици­ент теплоотдачи со стороны воздуха (до 58 Вт/(м2- К)) и сравни­тельно низкую удельную теплоемкость, вследствие чего массо­вый расход воздуха в 4 раза превышает расход воды.

Охлаждение льдом применяют для получения температуры око­ло О °С. Если добавить ко льду или к снегу кристаллическую по­варенную соль (NaCl), то температура таяния этой смеси будет ниже О °С, и величина ее будет определяться количеством соли в смеси. Наиболее низкую температуру смеси (-21,2 °С) можно достичь при содержании соли 29 % в смеси. В качестве хладоно- сителей в холодильной технике применяются рассолы NaCl и СаС12.

Для охлаждения до температуры ниже О °С используются такие хладагенты, как аммиак и хладоны, имеющие низкие температу­ры кипения

 

Контрольные вопросы

 

1 Какие существуют теплоносители?

2 Самый распространённый тепловой агент?

3 Виды хладогентов?