2.2.6.2. Нагрівання мінеральними мастилами

Мінеральні мастила – це один із найстаріших проміжних теплоносіїв, що використовуються для рівномірного нагрівання різних продуктів. Як гріючі агенти використовують мастила, що мають найвищу температуру спалаху – до 310 С. Тому верхня границя нагрівання мастилами обмежується температурами 250 – 300 С.

Нагрівання за допомогою мінеральних мастил здійснюють, або розміщаючи апарат з сорочкою, заповненою мастилом, в піч, в якій тепло передається до мастила від топкових газів, або встановлюючи електронагрівачі всередині мастильної сорочки. Якщо використання рідинної сорочки не забезпечує високих коефіцієнтів теплопередачі, оскільки в проміжному теплоносії виникають дуже слабкі конвекційні струмені, то використовують установки з циркулюючим рідким проміжним теплоносієм.

У тих випадках, коли нагрівання теплоносія в сорочці неможливе (на вогне- та вибухонебезпечних підприємствах), нагрівання мастила здійснюють ззовні теплоізолювального апарата в установках з природною та вимушеною циркуля­цією.

Ці установки відрізняються деякими особливостями порівняно зі схемами, показаними на рис. 2.9 і 2.10. Так, внаслідок значного збільшення об’єму мастила під час його нагрівання за теплообмінником (і вище нього) встановлюють розширяючу ємність. Ємність для холодного в’язкого мастила забезпечують паровим обігрівачем і підводять до нього інертний газ для створення “подушки”, яка захищає мастило від окислення під час взаємодії з повітрям.

Незважаючи на те, що мастила є найдешевшими органічними високо­температурними теплоносіями, вони мають певні недоліки. Крім порівняно невисо­ких граничних температур використання, мінеральні мастила мають низькі коефіцієнти тепловіддачі, які знижуються ще більше під час термічного розкладу і окислення мастил. Окислення і забруднення поверхні теплообміну продуктами розкладу посилюється у разі роботи мастил за температур, наближених до температури їхнього спалаху, і спричиняє значне погіршення теплопередачі. Тому для одержання необхідних теплових навантажень різниця температур між мастилом і нагрівальним продуктом повинна бути не нижчою, ніж 15–20 С.

2.2.6.3. Нагрівання висококиплячими органічними рідинами і їхньою парою

Докладно властивості високотемпературних органічних теплоносіїв, до яких належать:

• індивідуальні органічні речовини (гліцерин, етиленгліколь, нафталін та його замінники);

• похідні ароматичних вуглеводнів (дифеніл, дифенілів ефір, дифенілметан, дитолілметан тощо);

• продукти хлорування дифенілу і поліфенолів (арохлори);

• багатокомпонентні (дифенільна суміш) описуються у спеціальній і довідковій літературі.

У промисловості здебільшого використовують дифенільну суміш (дифеніл – 25  %; дифенілів ефір – 73,5  %), або Даутерм А, дініл тощо. Вона є термічно стійкою з низькою температурою топлення (+12,3 С), добре транспортується, не кристалі­зуючись. Її температура кипіння становить 258 С (1 атм), тому в рідкому стані використовується для нагрівання до температур, менших за 250 С. Основ­ною перевагою дифенільної суміші є те, що тиск її насиченої пари становить 1/30–1/60 від тиску насиченої пари води в межах температур від 200 до 400 С, і тому можна використовувати замість змійовиків простіші теплообмінні пристрої – сорочки.

Недоліком дифенільної суміші є її мала теплота пароутворення, однак це компенсується більшою, ніж у води, густиною парів, в результаті чого під час випаровування або конденсації суміші кількість тепла, що виділяється на одиницю об’єму пари, є наближеною до відповідної величини для води.

За температур, вищих від 400 С, відбувається розкладання дифенільної суміші. Вона є горючою, але фактично вибухобезпечною, для людського організму є слабкотоксичною.

На рис. 2.11 показано схему нагрівання рідкою дифенільною сумішшю з вимушеною циркуляцією. Суміш відцентровим насосом 1 через котел 2 з електрообігріванням подається на нагрівання апарата 3.

Рис. 2.11. Схема нагрівання рідкої дифенільної суміші з вимушеною циркуляцією: 1 – спеціальний відцентровий насос; 2 – котел з електрообігріванням; 3 – теплоізолюючий агент; 4 – розширювальна ємність; 5 – приймальна ємність; 6 – фільтр

Через збільшення об’єму суміші під час нагрівання за апаратом 3 встановлена розширяюча ємність 4. Після здійснення процесу теплообміну і охолодження суміш знову насосом 1 засмоктується в котел. Для компенсації втрат теплоносія під час заповнення системи і її підживлення в ємності 5 здійснюють попереднє підігрівання системи, в яку суміш надходить через фільтр 6.

Щоб уникнути окислення суміші під час контактування її з повітрям над поверхнею рідини в посудині 4 і ємності 5 знаходиться інертний газ (азот), подавання якого в камери електронагрівачів котла 2 забезпечує вибухобезпечні умови його роботи. Уся система також періодично продувається азотом.

С хему нагрівання пароподібною дифенільною сумішшю показано на рис. 2.12. Пара з котла 1 з електронагріванням подається у сорочки теплообмінних апаратів 2, де вона конденсується. Конденсат через конденсатовідвідники 3 повертається на випаровування самопливом у котел 1. Для очищення дифенільної суміші від продуктів осмолення частину парів з котла 1 подають у міжтрубний простір теплообмінника-регенератора 4, у трубний простір якого насосом подають рідкий теплоносій з ємності 5. У трубках суміш кипить, від неї відокремлюються смолисті домішки, після чого чиста пара теплоносія скеровується в конденсатор 6, звідки конденсат стікає у ємність 7.

Рис. 2.12. Схема обігрівання парами високотемпературних органічних теплоносіїв (ВОТ): 1 – котел з електрообігрівачем; 2 – теплоізолювальні апарати; 3 – конденсатовідвідники; 4 – теплообмінник-регенератор; 5 – приймальна ємність; 6 – конденсатор; 7 – ємність для очищеного ВОТ; 8 – насос; 9 – мембрана

У нижній частині регенератора 4 збираються продукти осмолення і періодично із нього видаляються. В ємність 7, оснащену паровим обігріванням, подається азот. Під час запуску установки, а також для компенсації втрат рідкий теплоносій з ємності 7 насосом 8 подається в парогенератор 1. В котлі на паровій лінії встановлено мембрану 9, яка призначена для запобігання недопустимому збільшенню тиску. Для забезпе­чення інтенсивної циркуляції теплоносія теплооб­мінні апарати встановлюються значно вище від котла-парогенератора (на відміну від схеми на рис. 2.11). Оскільки процес здійснюється за високої температури теплоносія, що спричиняє інтенсивне окислення і смолоутворення в схемі, то для очищення теплоносія передбачені додаткові пристрої. Перевагою схеми, показаної на рис. 2.12, є її спрощення – зникає необхідність у наявності спеціального і складного в експлуатації циркуляційного насоса, який є обов’язковою ланкою у схемі на рис. 2.11.