Материал: PAKhT_LEKTsII_1sem

Достоинства дымовых газов как теплоносителей:

1) Наиболее высокий из всех теплоносителей рабочий интервал температур (для печ-

ных и топочных дымовых газов 400÷1 000 °С, для отработанных газов 300÷500 °С).

2) Относительно низкая стоимость, благодаря получению непосредственно сжиганием топлива.

Недостатки дымовых газов как теплоносителей:

1) Малая удельная объѐмная теплоѐмкость (около 1,5 кДж/(м3·К)), что вызывает необ-

ходимость пропускания через аппараты больших объѐмов газов.

2) Низкие коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке (менее 50 Вт/(м2·К)), что при-

водит к необходимости создания в аппаратах больших поверхностей теплоотдачи.

3)Неравномерность нагрева и сложность регулирования нагрева из-за значительного изменения температуры дымовых газов в процессе теплообмена.

4)Загрязнение поверхности теплопередачи продуктами сгорания

5)Коррозия стенок аппарата вследствие высоких температур и содержания коррози-

онно-активных веществ (воды, остатков кислорода, оксидов серы и азота) в дымовых газах.

6) Экологическая опасность (загрязнение атмосферы продуктами сгорания топлива:

оксидами азота, серы и фосфора, а также выброс в атмосферу парниковых газов).

Область применения

Дымовые газы, получаемые при сжигании твѐрдого, жидкого или газообразного топ-

лива – основной источник тепловой энергии на химических предприятиях. Другие теплоно-

сители, являющиеся промежуточными теплоносителями (такие как водяной пар, горячая во-

да, ВОТ и др.), получают тепловую энергию от дымовых газов.

2. Водяной пар

Паровые котлы для получения насыщенного пара предназначены для снабжения на-

сыщенным водяным паром химического предприятия. Высокие требования при получении пара предъявляются к качеству испаряемой воды. Подаваемая в парогенераторы вода должна быть очищена не только от механических примесей, но и от солей жѐсткости – гидрокарбо-

натов кальция и магния, которые при нагревании способны выпадать на стенках труб в виде накипи. на стоимости получаемого пара.

3

3)Возможность транспортировки на значительные расстояния (при этом пар должен быть перегрет на 10÷20 К).

4)Равномерность обогрева, поскольку температура конденсации пара постоянна по всей длине аппарата.

5)Возможность регулирования температуры пара путѐм изменения давления.

6)Водяной пар нетоксичен, экологически безопасен, негорюч и невзрывоопасен.

Недостатки водяного пара как теплоносителей:

1) Значительное возрастание давления с увеличением температуры, вследствие чего использование пара высоких температур возможно только на оборудовании, рассчитанном на высокие давления, что ограничивает применение водяного пара.

Область применения

Водяной пар является наиболее распространѐнным теплоносителем в химической промышленности. Рабочий интервал температур насыщенного водяного пара ограничен

250 °С, однако на практике насыщенный водяной пар используют при 100÷190 °С, поскольку более высокие температуры пара соответствуют высоким давлениям. Использование пара с давлением свыше 1,2 МПа, как правило, экономически нецелесообразно вследствие услож-

нения аппаратурного оформления процесса и заметного снижения удельной теплоты парооб-

разования

Рис.15.3. Схема устройства конденсатоотводчика со сферическим закрытым поплав-

ком:1 – корпус; 2 – поплавок; 3 – клапан

4

3. Пары высокотемпературных органических теплоносителей

Для нагревания выше 190 °С без существенного усложнения оборудования вместо во-

дяного пара могут быть использованы пары высокотемпературных органических жидкостей

(ВОТ). Широкое распространение получила дифенильная смесь – эвтектическая и азеотроп-

ная бинарная смесь, содержащая 26,5 % дифенила и 73,5 % дифенилового эфира, кипящая при атмосферном давлении при 258 °С и разлагающаяся при 400 °С.

Достоинства паров дифенильной смеси как теплоносителя:

1) Возможность нагрева до высоких температур без существенного повышения давле-

ния (рабочий интервал температур 260÷380 °С, при этом давление паров не превышает

1 МПа).

2) Низкая горючесть и взрывобезопасность паров (в случае просачивания паров в то-

почное пространство происходит их воспламенение, но пары горят слабо, образуя шлак, ко-

торый часто герметизирует имеющуюся щель).

3) Нетоксичность (вдыхание паров не опасно, однако длительное пребывание в атмо-

сфере паров дифенильной смеси вызывает раздражение слизистых оболочек и иногда голов-

ные боли).

4) Коррозионно неактивна по отношению к наиболее распространенным конструкци-

онным материалам.

Недостатки паров дифенильной смеси как теплоносителя:

1)Коэффициент теплоотдачи при конденсации паров дифенильной смеси на порядок ниже коэффициента теплоотдачи при конденсации пара (около 1400÷1750 Вт/(м2·К)).

2)Теплота конденсации дифенильной смеси в 4–5 раз меньше, чем для водяного пара,

однако вследствие большей плотности паров дифенильной смеси количество теплоты, выде-

ляющееся на единицу объѐма, для паров дифенильной смеси и водяного пара примерно оди-

наково.

3)Стоимость дифенильной смеси существенно выше стоимости водяного пара.

4)Быстрое разложение дифенильной смеси при нагревании выше 400°С. Если точное регулирование температуры в испарителе невозможно и дифенильная смесь может частично разлагаться, то необходимо предусмотреть в схеме аппарат для удаления продуктов разло-

жения.

4. Вода

Горячая вода является побочным продуктом работы котлов для получения водяного

пара. Также может быть использован конденсат от выпарных установок, теплообменников, 5

подогревателей и других аппаратов, где происходит конденсация водяного пара без охлаж-

дения конденсата.

Интервал рабочих температур жидкой воды как горячего теплоносителя ограничен температурой еѐ кипения и при атмосферном давлении составляет 50÷95 °С. Однако повы-

шение давления до 0,5 МПа позволяет расширить интервал до 150 °С без серьѐзного услож-

нения оборудования.

Достоинства воды как горячего теплоносителя:

1) Доступность воды.

2) Высокая теплоѐмкость воды по сравнению с органическими жидкостями

(4,19 кДж/(кг·К) у горячей воды, примерно 1,5–2 кДж/(кг·К) у органических жидкостей).

3)Невысокая вязкость воды по сравнению с органическими жидкостями.

4)Высокий коэффициент теплоотдачи (примерно в 5–6 раз выше, чем у органических жидкостей).

5)Нетоксичность, пожаро- и взрывобезопасность, экологическая безопасность.

Недостатки воды как горячего теплоносителя:

1)Ограниченный температурный интервал вследствие резкого повышения давления для перегретой воды.

2)Высокие требования к качеству очистки воды от солей жѐсткости, способных обра-

зовывать накипь на стенках аппаратов.

3) Коррозионная активность воды по отношению к обычной стали и чугуну, из кото-

рых выполняются большинство трубопроводов и аппаратов.

5. Минеральные масла

Минеральными маслами называют жидкие смеси высококипящих углеводородов

(температура кипения 300÷600 °С), главным образом алкилнафтеновых и алкилароматиче-

ских, получаемые переработкой нефти. При использовании минеральных масел в качестве горячего теплоносителя часто применяют циркуляционный способ обогрева с естественной или принудительной циркуляцией. Однако образование в минеральных маслах твѐрдых или газообразных продуктов их разложения и окисления требует установки в циркуляционном контуре устройств для удаления этих продуктов: фильтров, сепараторов и т.п.

Достоинства минеральных масел как горячего теплоносителя:

1)Возможность нагрева до высоких температур без повышения давления.

2)Отсутствие коррозионного действия большинства минеральных масел на материал трубопроводов и материалов.

6

3) Невысокая стоимость и доступность по сравнению с другими высокотемператур-

ными теплоносителями.

4) Нетоксичность.

Недостатки минеральных масел как горячего теплоносителя:

1)Невысокая теплоѐмкость минеральных масел и низкий коэффициент теплоотдачи приводят к низкой производительности теплообменной аппаратуры.

2)Высокая вязкость, ещѐ более возрастающая в ходе длительной эксплуатации из-за окисления и полимеризации.

3)Разложение минеральных масел при перегреве, что ограничивает рабочий интервал температур (не выше 200–300 °С).

4)Постепенное разложение, окисление или полимеризация минеральных масел, что влечѐт необходимость их частой замены, а также установки в циркуляционном контуре до-

полнительных устройств, удаляющих твѐрдые и газообразные продукты разложения.

5)Загрязнение поверхностей трубопроводов и аппаратов продуктами разложения или полимеризации минеральных масел.

6)Горючесть минеральных масел и взрывоопасность их паров.

6. Высокотемпературные органические теплоносители

Для получения высоких температур без существенного увеличения давления в систе-

ме используются высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ): индивидуаль-

ные органические вещества (этиленгликоль, глицерин, нафталин и его производные, дифе-

нил и продукты его хлорирования, полифенолы), смеси (дифенильная смесь).

Достоинства жидких ВОТ как горячих теплоносителей:

1) Возможность нагрева до высоких температур без существенного повышения давле-

ния (нагрев жидкой дифенильной смесью при атмосферном давлении проводят до 255 °С,

под избыточным давлением – до 380 °С).

2)Отсутствие коррозионного действия большинства ВОТ на материал трубопроводов

иматериалов.

3)Низкая токсичность большинства ВОТ.

Недостатки жидких ВОТ как горячих теплоносителей:

1)Меньшая, чем у воды, теплоѐмкость ВОТ.

2)Меньший, чем у воды, коэффициент теплоотдачи (дифенильная смесь имеет коэф-

фициент теплоотдачи около 200÷350 Вт/(м2·К)).

3) Горючесть большинства ВОТ.

7