Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


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 Tкип ≤ 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, ср;

- 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; Нн и Нк – начальная
и конечная энтальпии охлаждаемого теплоносителя; Ннв и Нкв – 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 Tкип ≤ 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, ср;

- высокое значение теплоты парообразования;

- низкая вязкость;

- негорючесть, нетоксичность, термостойкость;

- дешевизна.

 


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-05-30; Просмотров: 1422; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.043 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь