Нагревание водяным паром и парами высокотемпературных теплоносителей

Подвод теплоты

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА

Вариант

Лекция 4

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).

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.

Рассмотрим более конкретно наиболее распространенный метод – нагревание водяным насыщенным паром.

При конденсации насыщенного водяного пара выделяется значительное количество теплоты. Насыщенный водяной пар используют при 1,0 1,2 МПа, что соответствует температурам нагревания до 190 °C. Выше – экономически невыгодно, усложняется аппаратурное оформление процесса.

Преимущества насыщенного водяного пара:

- высокий коэффициент теплоотдачи a от конденсированного пара
к стенке;

- большое количество теплоты, выделяющейся при конденсации пара;

- равномерность обогрева (T_конд = const);

- возможность регулирования температуры путем изменения давления;

- возможность передачи на большие расстояния.

Недостатки насыщенного водяного пара:

- увеличение давления с увеличением температуры (основное).

- постепенное увеличение в системе содержания неконденсированных газов (N₂, O₂, CO₂, и т.д.).

При нагревании насыщенным водяным паром различают острый
и глухой пар. Острый пар – пар, конденсирующийся непосредственно
в нагреваемой среде, глухой пар – пар, отдающий свою теплоту через разделяющую твердую стенку.

Острый пар используется в тех случаях, когда допустимо смешение нагреваемой среды с образующимся при конденсации пара конденсатом
(рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема использования острого пара

Массовый расход острого пара, используемого на нагревание жидкости, определяют из уравнения теплового баланса

. (81)

Здесь – массовый расход сухого острого пара; Н_г – энтальпия пара;
– массовый расход нагреваемой жидкости; с – теплоемкость нагреваемой жидкости; – теплоемкость конденсата; Т₁ и Т₂ – температуры жидкости до и после нагрева; – потери тепла в окружающую среду. Температура конденсата и жидкости одинаковы.

Острый пар применяется редко, наиболее часто применяется глухой пар (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема использования глухого пара

Пар конденсируется на поверхности аппарата, и стекает в виде пленки по поверхности стенки. Уравнение теплового баланса имеет вид

(82)

Как видно из (82), температура конденсата и температура нагреваемой среды разные. При нагревании глухим паром в паровом пространстве аппарата может скапливаться содержащийся в нем неконденсирующийся газ (N₂, O₂, CO₂ и др.), что значительно снижает коэффициент теплоотдачи
от пара к стенке.

Более высокого уровня температуру (чем для водяного пара) можно получить при конденсации паров высокотемпературных органических теплоносителей (ВОТ) (рис. 2.3). Как видно из рисунка, к нагреваемой системе можно подводить теплоту при температуре дифениловой смеси
258 °C при атмосферном давлении.

Рис. 2.3. Зависимость температуры насыщения Т °C

от давления р для воды (1) и дефиниловой смеси (2)

Дата добавления: 2014-03-21; просмотров: 981; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!