Материал: PAKhT_LEKTsII_1sem
4)Стоимость ВОТ существенно выше стоимости воды.
5)Большинство ВОТ разлагаются при резком повышении температуры (дифенильная смесь начинает быстро разлагаться при 400 °С).
Состав наиболее распространённых ВОТ
Дифенильная смесь (даутерм) – смесь, содержащая 26,5 % дифенила и 73,5 % дифе-
нилового эфира, температура кипения при атмосферном давлении 258 °С.
Двойная нафталиновая смесь – эвтектическая бинарная смесь, содержащая 15 % наф-
талина и 85 % дифенилового эфира, температура плавления смеси 12 °С, температура тер-
мического разложения нафталина 320 °С.
Тройная нафталиновая смесь – эвтектическая трѐхкомпонентная смесь, содержащая
15 % нафталина, 25,5 % дифенила и 59,5 % дифенилового эфира, рабочий интервал темпера-
тур ограничен, с одной стороны, температурой плавления смеси 4 °С, с другой стороны – температурой термического разложения нафталина 320 °С.
7. Нагрев электрическим током
Наряду с топочными газами электрическая энергия представляет собой прямой источ-
ник тепловой энергии. Нагрев электрическим током имеет ряд существенных преимуществ:
высокий кпд; широкий рабочий диапазон температур, превосходящий все иные теплоноси-
тели, и ограниченный только термической стойкостью материалов, из которых изготовлен теплообменный аппарат (электропечь); компактность оборудования; удобство подвода элек-
трического тока к теплообменному оборудованию; возможность точного и быстрого регу-
лирования нагрева.
Несмотря на столь существенные преимущества, нагрев электрическим током не на-
ходит широкого применения в химической технологии, что связано с высокой стоимостью электрической энергии.
Основные способы нагрева электрическим током:
-Нагрев электрическим сопротивлением прямого и косвенного действия;
-Электроиндукционный нагрев индукционными токами;
-Высокочастотный диэлектрический нагрев;
-Электродуговой нагрев.
8
ТЕПЛОНОСИТЕЛИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ (ХЛАДАГЕНТЫ)
По фазовому состоянию хладагенты можно разделить на жидкие и газообразные. Га-
зообразные хладагенты в химической технологии представлены в основном воздухом. Из жидких хладагентов наиболее широко в химической технологии применяется вода, которая является вторым после воздуха по доступности хладагентом.
Рис.15.4. Интервалы рабочих температур хладагентов
1. Воздух
Получаемый из окружающей среды воздух обычно не требует никакой дополнитель-
ной обработки и подготовки и может быть сразу использован как хладагент. В редких случа-
ях требуется очистка воздуха от пыли или влаги перед его использованием, но, даже с учѐ-
том этого, воздух остаѐтся наиболее дешѐвым хладагентом.
Достоинства воздуха как хладагента:
1)Доступность (чаще всего, не требуется предварительной очистки и подготовки).
2)Дешевизна (воздух получают непосредственно из окружающей среды).
3)Воздух не загрязняет поверхности аппаратов.
Недостатки воздуха как хладагента:
1) Низкая плотность воздуха и низкая изобарная удельная теплоѐмкость приводят к необходимости прокачивать через теплообменные аппараты значительные объѐмы охлаж-
дающего воздуха.
2) Низкий коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к воздуху
9
2. Вода
Вода, как и воздух, может являться прямым источником холода в том случае, если по-
ступает из окружающей среды. Температура такой воды будет зависеть от еѐ источника:
речная, прудовая и озѐрная вода в зависимости от времени года имеет температуру 4÷25 °С,
артезианская вода – температуру 8÷12 °С. При проектировании теплообменного оборудова-
ния начальную температуру охлаждающей воды следует принимать исходя из наиболее не-
благоприятных – летних условий. Таким образом, для воды как хладагента не следует рас-
считывать на охлаждение ниже 30 °С. Температура охлаждающей воды на выходе из тепло-
обменника должна составлять не более 40÷50°С.
На химическом предприятии охлаждающая вода циркулирует по замкнутому контуру,
Рис.15.5. Схема водоподготовки и водооборотного цикла химического предприятия:
1 – водоѐм; 2 – насос водозабора; 3 – отстойник-коагулятор; 4 – фильтр со слоем кварцевого песка; 5 – ионообменные колонны; 6 – сборник холодной воды; 7 – насос холодной воды; 8 – теплообменники; 9 – сборник отработанной (тѐплой) воды; 10 – насос тѐплой воды; 11 – градирня
Достоинства воды как хладагента:
1)Невысокая стоимость воды.
2)Самая высокая среди хладагентов теплоѐмкость (4,18 кДж/(кг·К)).
3)Высокий коэффициент теплоотдачи от стенки к воде (1 000÷6 000 Вт/(м2·К)).
4)Нетоксична, экологически безопасна, взрыво- и пожаробезопасна).
5)Вода – один из прямых источников холода, либо может быть охлаждена воздухом в градирнях.
Недостатки воды как хладагента:
1)Коррозионная активность воды
2)В воде содержатся соли жѐсткости, загрязняющие поверхность теплообменников
10
3. Холодильные рассолы
Холодильными рассолами называют водные растворы солей (хлорида кальция, хло-
рида натрия и др.), применяемые как промежуточные теплоносители для транспортировки холода от холодильной машины к потребляющим аппаратам.
Достоинства холодильных рассолов:
1) Невысокая стоимость холодильных рассолов по сравнению с фреонами (использо-
вание холодильных рассолов позволяет значительно сэкономить фреон, которого потребова-
лось бы гораздо больше, если для доставки холода к потребляющим аппаратам использовал-
ся непосредственно он).
2) Замерзание части рассола концентрирует оставшуюся часть, препятствуя дальней-
шему замерзанию.
3) Высокая теплоѐмкость рассола (при необходимости остановки холодильной маши-
ны рассол некоторое время способен поддерживать низкую температуру в системе).
4)Безопасность рассолов (нетоксичны, взрыво- и пожаробезопасны).
5)Рассолы безопасны для экологии (если соблюдать правила утилизации).
Недостатки холодильных рассолов:
1)Высокая коррозионная активность.
2)Наличие двойного перепада температур: в холодильной машине от фреона к рассо-
лу и в аппарате от рассола к охлаждаемой среде. Это влечѐт необходимость создания более глубокого холода в холодильной машине, чем при непосредственном охлаждении фреоном.
3) Высокая вязкость рассолов по сравнению с фреонами.
4. Аммиак как хладагент
Аммиак в нормальных условиях – бесцветный газ с резким запахом, под избыточным давлением легко сжижается. До настоящего времени аммиак продолжает оставаться самым распространенным холодильным агентом промышленных холодильных установок.
Достоинства аммиака как хладагента:
1) Аммиак может быть использован для подвода холода непосредственно к охлаждае-
мой среде (в отличие от фреонов).
2) Высокая теплоѐмкость жидкого аммиака и низкая вязкость жидкого аммиака
3)Высокий коэффициент теплоотдачи от стенки к аммиаку.
4)Аммиак имеет оптимальные свойства в наиболее важном для холодильной техники температурном интервале от –50 °С до 10 °С.
11
5)Не оказывает корродирующего действия на материал трубопроводов и аппаратов.
6)Экологически безопасен
Недостатки аммиака как хладагента:
1) По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушаю-
щего и нейротропного действия. 2) Пожаро- и взрывоопасен.
5. Фреоны (хладоны)
Получение и область применения
Фреоны (хладоны) – техническое название группы насыщенных алифатических фтор-
содержащих углеводородов, применяемых в качестве хладагентов. Известно более 40 раз-
личных фреонов. Наиболее широко в качестве хладагентов применяют R12 (дифтордихлор-
метан) и R22 (хлордифторметан).
Достоинства фреонов:
1)Благодаря своему многообразию фреоны обеспечивают охлаждение в широком температурном интервале от –120 °С до 30 °С.
2)Высокие объѐмные холодопроизводительности значительной части фреонов (не ус-
тупающие аммиаку).
3)Фреоны химически инертны, не оказывает корродирующего действия на материал трубопроводов и аппаратов.
4)Фреоны не токсичны и безопасны для человека.
5)Фреоны пожаро- и взрывобезопасны.
6)Фреоны, являясь хорошими растворителями, смывают загрязнения с внутренних поверхностей трубопроводов и аппаратов.
Недостатки фреонов:
1)Пары фреонов, попадая в атмосферу, способствуют разрушению озонового слоя в атмосфере Земли.
2)При нагревании выше 250 °С или под действием открытого пламени образуют ядо-
витые вещества, в том числе фосген.
3) Более высокая стоимость фреонов по сравнению с аммиаком.
12