ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА

Лекция 4

1 вариант

 

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА

 

Проведение многих технологических процессов связано
с необходимостью подвода и отвода теплоты. Все тепловые процессы
и установки разделяют на:

- высокотемпературные от 400 до 2000 °C (огнетехнические процессы, нагревательные печи);

- среднетемпературные от 150 до 700 °C (ректификация, сушка, выпарка);

- низкотемпературные от –150 до 150 °C (отопительные, вентиляционные; установки, кондиционеры, холодильные установки);

- криогенные – Т < –150 °C (разделение воздуха).

Теплообменники (ТО) – аппараты для передачи тепла от одного вещества к другому. Вещества, участвующие в процессе передачи тепла, называются теплоносителями (ТН).

 

Подвод теплоты

 

Для решения этой задачи применяют различные теплоносители.
ТН классифицируются по:

1. По назначению:

- греющий ТН;

- охлаждающий ТН, хладаноситель;

- промежуточный ТН;

- сушильный агент.

2. По агрегатному состоянию:

· Однофазные:

- низкотемпературная плазма;

- газы;

- неконденсирующиеся пары;

- не кипящие и неиспаряющиеся при данном давлении жидкости;

- растворы;

- зернистые материалы.

· Много (двух) фазные:

- кипящие, испаряющиеся и распыляемые газом жидкости;

- конденсирующиеся пары;

- плавящиеся, затвердевающие материалы;

- пены, газовзвеси;

- аэрозоли;

- эмульсии, суспензии и т.д.

3. По диапазону температур:

- высокотемпературные ТН (дымовые, топочные газы, расплавы солей, жидкие металлы);

- среднетемпературные ТН (водяной пар, вода, воздух);

- низкотемпературные ТН (при атмосферном давлении T_кип ≤ 0 °C);

криогенные(сжиженные газы – кислород, водород, азот, воздух и др.).

С увеличением давления растет и температура кипения жидкостей.

В качестве прямых источников тепловой энергии на промышленных предприятиях используют топочные (дымовые) газы и электроэнергию. Вещества, передающие от этих источников теплоту, в ТО называют промежуточными ТН.

Наиболее распространенные промежуточные ТН:

- водяной пар насыщенный;

- горячая вода;

- перегретая вода;

- органические жидкости и их пары;

- минеральные масла, жидкие металлы.

Требования к ТН:

- большая r, с_р;

- высокое значение теплоты парообразования;

- низкая вязкость;

- негорючесть, нетоксичность, термостойкость;

- дешевизна.

 

Нагревание горячими жидкостями

 

Когда недопустим даже кратковременный перегрев нагреваемой среды, используются промежуточные теплоносители в виде жидкостей. К их числу относят горячую (перегретую) воду, минеральные масла, жидкие ВОТ, расплавы солей.

Этот процесс может быть организован с естественной или вынужденной циркуляцией промежуточного теплоносителя (рис. 2.4).

 

печь

ТО

печь

ТО

насос

а

б

 

Рис. 2.4. Схемы обогрева с естественной (а) и вынужденной (б) циркуляцией жидких ВОТ

 

Жидкий ТН (с естественной циркуляцией) нагревается в печи, например, топочными газами, плотность ТН уменьшается, и возникает естественная конвекция. При этом скорости жидкого ТН невелики, и поэтому значения коэффициента теплоотдачи небольшие

При вынужденной циркуляции скорость жидкого ТН доходит до 2–2, 5 м/с и процесс теплоотдачи более интенсивный.

Рассмотренные выше способы нагревания предусматривают использование в качестве прямых источников тепловой энергии топочных (дымовых) газов, получаемых при сжигании твердого, жидкого
или газообразного топлива. Топочные газы относятся к числу наиболее широко применяемых теплоносителей, они обеспечивают надежное нагревание до 1000–1100 °С. Нагревание топочными газами производят
в трубчатых печах, облицованных шамотом камерах сгорания, внутри которых размещены нагревательные элементы, состоящие из стальных трубок.

 

Наряду с топочными газами электрическая энергия представляет собой прямой источник тепловой энергии. При нагревании электрическим током может быть достигнут практически любой желаемый температурный режим, который легко поддерживать и регулировать. Нагревание электрическим током осуществляется в электрических печах.

 

Отвод теплоты

 

Многие процессы промышленной технологии протекают в условиях, когда возникает необходимость отвода теплоты, например, при охлаждении газов, жидкостей или при конденсации паров.

Рассмотрим некоторые способы охлаждения.

 

Охлаждение водой и низкотемпературными жидкими хладагентами .

Охлаждение водой используют для охлаждения среды до 10–30 °С. Речная, прудовая и озерная вода в зависимости от времени года имеет температуру 4–25 °С, артезианская – 8–12 °С, а оборотная (летом) – около 30 °С.

 

 

Расход охлаждающей воды определяют из уравнения теплового баланса

. (83)

 

Здесь – расход охлаждаемого теплоносителя; Н_н и Н_к – начальная
и конечная энтальпии охлаждаемого теплоносителя; Н_нв и Н_кв – начальная
и конечная энтальпии охлаждающей воды; – потери в окружающую среду.

Достижение более низких температур охлаждения можно обеспечить
с помощью низкотемпературных жидких хладагентов.

 

Охлаждение воздухом.

 

Наиболее широко воздух в качестве охлаждающего агента используют в смесительных теплообменниках – градирнях, являющихся основным элементом оборудования водооборотного цикла (рис. 2.5).

 

отработанный воздух

отработанный воздух

а

б

горячая вода

атм. воздух

охлажденная вода

слой насадка

горячая вода

охлажденная вода

атм. воздух

вентилятор

 

Рис. 2.5. Градирни с естественной (а) и принудительной (б) тягой

 

Горячая вода в градирне охлаждается как за счет контакта с холодным воздухом, так и в результате так называемого испарительного охлаждения,
в процессе испарения части потока воды.

 

Смесительные теплообменники

 

В смесительных теплообменниках (СТО) передача тепла от одного теплоносителя к другому происходит при их непосредственном соприкосновении или смешении, следовательно, термическое сопротивление стенки (разделяющей теплоносители) отсутствует. Наиболее часто СТО применяют для конденсации паров, нагревания и охлаждения воды и паров. По принципу устройства СТО подразделяют на барботажные, полочные, насадочные и полые (с разбрызгиванием жидкости) (рис. 2.18).

 

вода

неконденсир. газы

к вакуум-насосу

ловушка

пар

вода

в

воздух

вода

вода

вода

пар

г

пар

нагретая жидкость

а

вода

пар

вода + конденсат

б

жидкость

вода+конденсат

форсунки

воздух

 

Рис. 2.18. Схемы СТО: а) барботажный смесительный теплообменник для нагрева воды;

б) насадочный теплообменник-конденсатор; в) полочный барометрический конденсатор; г) полый скруббер

Лекция 4

1 вариант

 

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА

 

Проведение многих технологических процессов связано
с необходимостью подвода и отвода теплоты. Все тепловые процессы
и установки разделяют на:

- высокотемпературные от 400 до 2000 °C (огнетехнические процессы, нагревательные печи);

- среднетемпературные от 150 до 700 °C (ректификация, сушка, выпарка);

- низкотемпературные от –150 до 150 °C (отопительные, вентиляционные; установки, кондиционеры, холодильные установки);

- криогенные – Т < –150 °C (разделение воздуха).

Теплообменники (ТО) – аппараты для передачи тепла от одного вещества к другому. Вещества, участвующие в процессе передачи тепла, называются теплоносителями (ТН).

 

Подвод теплоты

 

Для решения этой задачи применяют различные теплоносители.
ТН классифицируются по:

1. По назначению:

- греющий ТН;

- охлаждающий ТН, хладаноситель;

- промежуточный ТН;

- сушильный агент.

2. По агрегатному состоянию:

· Однофазные:

- низкотемпературная плазма;

- газы;

- неконденсирующиеся пары;

- не кипящие и неиспаряющиеся при данном давлении жидкости;

- растворы;

- зернистые материалы.

· Много (двух) фазные:

- кипящие, испаряющиеся и распыляемые газом жидкости;

- конденсирующиеся пары;

- плавящиеся, затвердевающие материалы;

- пены, газовзвеси;

- аэрозоли;

- эмульсии, суспензии и т.д.

3. По диапазону температур:

- высокотемпературные ТН (дымовые, топочные газы, расплавы солей, жидкие металлы);

- среднетемпературные ТН (водяной пар, вода, воздух);

- низкотемпературные ТН (при атмосферном давлении T_кип ≤ 0 °C);

криогенные(сжиженные газы – кислород, водород, азот, воздух и др.).

С увеличением давления растет и температура кипения жидкостей.

В качестве прямых источников тепловой энергии на промышленных предприятиях используют топочные (дымовые) газы и электроэнергию. Вещества, передающие от этих источников теплоту, в ТО называют промежуточными ТН.

Наиболее распространенные промежуточные ТН:

- водяной пар насыщенный;

- горячая вода;

- перегретая вода;

- органические жидкости и их пары;

- минеральные масла, жидкие металлы.

Требования к ТН:

- большая r, с_р;

- высокое значение теплоты парообразования;

- низкая вязкость;

- негорючесть, нетоксичность, термостойкость;

- дешевизна.

 

12Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. III. Условия передачи и ознакомления с информацией
2. Аналоговые системы передачи.
3. ВОПРОС Территориальная подсудность и ее виды. Порядок передачи дела из одного суда в другой суд.
4. Всего через десять дней он умер. Но перед смертью он продиктовал секретарю небольшое заявление для передачи Георгию Гурджиеву и Успенскому.
5. Выбор передаточного числа тормозной рычажной передачи тормоза
6. Выбор схемы присоединения потребителей тепла ГВС.
7. Выбор типа среды передачи данных
8. Вывод формулы геометрического передаточного числа рычажной передачи тормоза
9. Выражение коэффициента массопередачи через коэффициенты массоотдачи
10. Глава 2.3. Воздушные линии электропередачи и токопроводы
11. Глава 3. Механизм синаптической передачи и ее регуляции
12. ГЛАВА 3. ПРИЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИРОНИИ В ПЕРЕВОДЕ