69. Промышленные способы подвода и отвода теплоты. Виды теплоносителей.

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 , с_р;

• высокое значение теплоты парообразования;

• низкая вязкость;

• негорючесть, нетоксичность, термостойкость;

• дешевизна.

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).

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.