Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ГЛАЗА 10. НАГРЕВАНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ
Тепловые процессы нагревания и охлаждения жидкостей и газов, конденсации паров проводятся в теплообменных аппаратах — теплообменниках. Теплообменниками называют аппараты, предназначенные для передачи теплоты от одних веществ к другим. Теплоносители с. более высокой температурой, которые отдают теплоту, принято называть нагревающими агентами. Теплоносители с более низкой температурой, воспринимающие теплоту, называются охлаждающими агентами. В качестве источников теплоты в химической технологии используют главным образом топочные газы, представляющие собой газообразные продукты сгорания различных видов топлива, или электрическую энергию. Часто непосредственный нагрев топочными газами невозможен или невыгоден. В этом случае применяют промежуточные теплоносители, которые нагреваются топочными газами, а затем используются для обогрева реакционных и других аппаратов. Промежуточными теплоносителями служат водяной пар, вода и высокотемпературные теплоносители (минеральные масла, органические жидкости, расплавленные соли, металлы и др.). В качестве охлаждающих агентов для охлаждения до обыкновенных температур 10—30° С применяют в основном воду и воздух. Выбор того или иного теплоносителя зависит от температуры нагрева или охлаждения и интенсивности процесса теплообмена. Желательно, чтобы теплоноситель был негорюч, нетоксичен, термически стоек и обеспечивал удобство регулирования температуры. Кроме того, необходимо, чтобы теплоноситель оказывал минимальное коррозионное воздействие на материал теплообмеников, был дешев и доступен. Для нагревания и охлаждения не всегда используют теплоносители. Практически иногда возможно утилизировать теплоту некоторых промежуточных продуктов н отходов производства, которые в этом случае выполняют функции теплоносителя по отношению к нагреваемым продуктам. Нагревание водяным паром Одним из наиболее широко распространенных теплоносителей является насыщенный водяной пар, который обладает высокими теплофизичеекими характеристиками. Водяной пар по сравнению с другими веществами имеет большую скрытую теплоту конденсации— 2,26-10е Дж/кг при давлении ОД МПа и высокие коэффициенты теплоотдачи. Это позволяет при малом расходе пара и небольших поверхностях теплообмена передавать значительные количества теплоты. Важным достоинством насыщенного пара является постоянство температуры конденсации при данном давлении, что позволяет поддерживать температуру нагрева. Пар удовлетворяет также ряду других требований (доступность, пожаробезопасность, относительно высокий тепловой КПД). Основной недостаток насыщенного водяного пара заключается в значительном возрастании давления с повышением температуры. При температуре 180° С его давление составляет ~1,0 МПа. При больших давлениях требуются более прочная толстостенная и дорогостоящая аппаратура и подводящие коммуникации. Обычно это и ограничивает его применение областью температур 180°—19D°C. 119 Перегретый пар получают на специальных установках — пароперегревателях— за счет дополнительного нагрева насыщенного пара. В качестве теплоносителя перегретый пар применяют крайне редко, так как его коэффициент теплоотдачи невелик. Теплосодер-
ным парой: / — теплообменник, 2 — конденсатоотводчик, 3 *— емкость. 4 — центробежный насос крытым поплавком: / — корпус, 3 — поплавок, 3 — шток, 4 — штуцер поступления конденсата, 5 — клапан, 6 — патрубок, 7 — обратный клапан. S — продувочный вентиль, 9 — штуцер отвода конденсата, 10 — пробка для спус» ка конденсата жание перегретого пара по сравнению с насыщенным также увеличивается незначительно, поэтому затраты на его перегрев не могут быть оправданы. Иногда используют небольшой перегрев для уменьшения тепловых потерь в подводящих паропроводах. В качестве теплоносителя насыщенный водяной пар используют Нагревание глухим паром через .стенку теплообменного аппарата применяется очень часто, поскольку при* этом нагреваемый продукт не разбавляется конденсатом и не изменяет состава. Схема обогрева глухим насыщенным паром приведена на рис. 107. П.ар из парового котла поступает в теплообменник 1, где продукт нагревается паром через разделяющую их стенку трубчатки. Насыщенный пар, соприкасаясь с более холодной стенкой, конденсируется на ней, стекает и удаляется через нижний штуцер аппарата. Чтобы обеспечить удаление конденсата" пар вводят в верхнюю часть аппарата, а конденсат удаляют из его • нижней части. Во избежание непроизводительного расхода пара и снижения его 120 давления на трубопроводе конденсата устанавливают конденсата-отводчик 2, препятствующий пролетному прохождению пара, но пропускающий конденсат. Конденсат собирают в емкость 3; откуда центробежным насосом 4 его возвращают в котельную. Для контроля за чистотой возвра-щаемоге в котельную конденсата в емкости 3 устанавливают автоматическое анализирующее устройство, которое дает сигнал в случае его загрязнения солями, кислотами и др. Конденсатоотводчики, служащие для предотвращения непроизводительного расхода пара, по конструкции бывают различными. Наибольшее распространение имеют устройства с' открытым поплавком, используемые до давления 1,0 МПа. Конденсатоотводчик с открытым поплавком (рис. 108) состоит из.следующих основных частей: чугунного литого'корпуса / со штуцером 4 для ввода конденсата, открытого поплавка 2 с закрепленным в нем штоком 3 и клапаном 5, патрубка 6 в крышке кондеиса-тоотводчика, обратного клапана 7, продувочного вентиля 8 и штуцера 9 для отвода конденсата. Смесь пара и конденсата поступает через штуцер 4 в корпус коиденсатоотводчика, при этом поплавок 2 всплывает и клапан 5, укрепленный в верхней части штока 3, закрывает выходное отверстие конденсата. По мере накопления конденсат переливается через край внутрь поплавка, в результате чего поплавок тонет и открывает клапан для выхода конденсата. Конденсат выдавливается из поплавка за с^ет разности давлений через кольцевой зазор между штоком 3 и патрубком 6, а затем проходит через клапан 5 и штуцер 9. Попаданию конденсата в нагреваемый аппарат из кондеисатной линии при колебаниях давления препятствует обратный клапан 7. Таким образом, конденсат выпускается периодически. Для освобождения аппарата от накапливающихся в аппарате неконденсирующихся газов служит продувочный вентиль 8. Конденсатоотводчики снабжают обводной линией с вентилями, позволяющей проводить осмотры и ремонты без остановки основного теплообменного аппарата. Расход глухого пара при непрерывном нагревании определяют по уравнению теплового баланса: г ' где G — массовый расход нагреваемого продукта; С — теплоемкость нагреваемого продукта; t % K , ha — конечная и начальная температуры продукта; Qn— потери теплоты в единицу времени; г — скрытая теплота парообразования водяного пара при заданном давлении. При проведении расчетов предполагают, что конденсат не охлаждается, а отводится при температуре греющего пара и от пара отбирается только скрытая теплота парообразования. Нагревание острым паром целесообразно проводить* только.в тех случаях, когда допустимо смешение нагреваемой среды с паро- 121 вым конденсатом. Такой способ нагрева проще, чем нагрев глухим паром, и позволяет полнее использовать теплоту пара, так как паровой конденсат смешивается с нагреваемой жидкостью и их температуры выравниваются. Пар подводится к нагреваемой жидкости с помощью труб с отверстиями, которые расположены у дна аппарата и называются барботерами. При конденсации пара происходит резкое —более Рис. 109. Бесшумный пароструйный Рнс. ПО. Трубчатая печь для нагрева / — диффузор, 2 — сопло / — конвективная теплообмеииая поверх- ность, 2 — змеевик-подогреватель. 3 — дымовая труба, 4 — радиантная нагревательная поверхность, 5 — излучающая панель, 6 — газовые горелки чем в 1000 раз —сокращение его объема. Это явление вызывает «схлопывание» отдельных пузырьков, множество гидравлических ударов жидкости и значительный шум. Для лучшего перемешивания, уменьшения гидравлических ударов и снижения шума при нагревании острым паром- применяют бесшумные подогреватели (рис. 109), в которых пар подается через сопло 2 и захватывает жидкость, поступающую через кольцевой зазор в смешивающий диффузор /. Расход греющего пара также определяют из уравнения тенло-вого баланса, но с учетом теплоты, частично отбираемой от конденсата. Нагревание горячей водой Горячую воду получают в паровых водонагревателях (бойлерах) и водогрейных котлах, обогреваемых топочными газами. Горячая вода применяется обычно для нагрева до температуры не более 100° С. Обогрев водой применяют в тех случаях, когда необ-122 ходимо обеспечить мягкие условия обогрева. Часто для этой цели используют конденсат водяного пара. Коэффициент теплоотдачи при нагревании горячей водой во много раз ниже, чем при нагревании конденсирующимся паром. Тем-' пература воды снижается вдоль поверхности обогрева, что ухудшает условия нагрева и затрудняет регулирование температуры. Указанные недостатки ограничивают применение воды как теплоносителя. |
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-19; Просмотров: 97; Нарушение авторского права страницы