Процес нагрівання

Нагрівання — підвищення температури матеріалів, що переробляються, шляхом підводу до них тепла.

Як теплоносій для нагрівання середовищ застосовують водяну пару, гарячу воду, нагріте повітря, димові гази, електричний струм та ін. Найбільш поширений промисловий теплоносій – це насичена водяна пара, яка має такі переваги перед іншими теплоносіями:

1. невеликі витрати завдяки високій питомій теплоті конденсації,

2. високий коефіцієнт тепловіддачі,

3. легко подавати трубопроводами до теплообмінника;

4. просте і автоматизоване регулювання температури нагріву речовини;

5. рівномірність нагріву матеріалу, тому що конденсація пари відбувається за постійної температури.

Існують різні методи нагрівання:

1. глухою парою,

2. насиченою парою,

3. гострою парою,

4. гарячою водою,

5. топковими газами,

6. високотемпературними теплоносіями,

7. електричним струмом.

Нагрівання глухою парою найбільш широко розповсюджене і являє собою передачу тепла через стінку теплообмінного апарату.

Під час нагрівання насиченою парою перегріту водяну пару рідко використовують в якості теплового агенту. Щоб із зони конденсації не виводилася неконденсована пара, використовують спеціальні пристрої – конденсатовідвідники. Якщо в парі є повітря, N2, O2, CO2, то це зменшує коефіцієнт тепловіддачі.

Нагрівання гострою парою використовується в тих випадках, коли допускається змішування рідини з паровим конденсатом. При цьому гостру пару вводять безпосередньо в рідину, що нагрівають. Для зменшення шуму використовують спеціальні сопла. При використанні гострої пари використовується і тепло конденсату (перевага перед глухою парою).

Нагрівання гарячою водою застосовується для нагріву до температури не більше 100^оС. Недоліки: нижчі коефіцієнти тепловіддачі ніж при нагріванні парою, нерівномірність нагрівання.

Під час нагрівання топковими газами продукти горіння дозволяють нагрівати до температури 1000-1100^оС. Найбільш часто продукти горіння використовують для нагрівання проміжних теплоносіїв – через стінку теплообмінників. Недоліки: нерівномірність нагріву, важко регулювати температуру, низькі коефіцієнти тепловіддачі від газу до стінки (не більше 60 Вт/м²∙К), забруднення продуктів горіння, жорсткі умови нагріву, що у багатьох випадках неприпустимо, оскільки виникає перегрів. Продукти горіння отримують шляхом спалювання в топках печей рідкого, твердого або газоподібного палива. Іноді в якості нагріваючих агентів використовуються і продукти горіння. Нагрів продуктами горіння відбувається безпосередньо в печах.

Нагрівання високотемпературними теплоносіями здійснюють:

а) нагріванням перегрітою водою використовується при тиску до 225 ат., якому відповідає температура 374^оС. Можливий нагрів металів до 350^оС. Недоліки: високий тиск, що веде до подорожчання установок і вартості експлуатації. Використовують установки з природною і вимушеною циркуляцією. При вимушеній циркуляції =2,0-2,5 м/с;

б) нагріванням мінеральними маслами. Масла є поширеними проміжними теплоносіями. Використовують масла з високою температурою самозапалювання (до 310^оС). Це такі масла, як циліндрові, компресорні та інші. Верхня границя нагрівання маслами не перевищує 250-300^оС. Недоліки: невисокі граничні температури, низькі коефіцієнти тепловіддачі, термічний розклад, забруднення поверхні. Різниця температур між теплоносіями повинна бути не нижче 15-20^оС для забезпечення достатніх теплових навантажень;

в) нагріванням високо киплячими органічними рідинами. До цієї групи відносять гліцерин, етиленгліколь, нафталін та інші. Широко використовується дифенільна суміш. Вона має низькі тиски при високих температурах. Недоліки: як у дифенільної суміші так і інших органічних теплоносіїв – низька теплота пароутворення, але у неї велика густина пари. Застосовується для нагріву до 380-400^оС. При вищих температурах проходить її термічний розклад;

г) нагрівання розплавленими солями. Для нагріву до температур 500-540^оС використовують неорганічні розплавлені солі (нітрат – нітратна суміш). Суміш практично не викликає корозію при температурах нижче 450^оС. Суміш використовують тільки при вимушеній циркуляції. Недоліки: коефіцієнти тепловіддачі нижчі ніж від перегрітої води. Сильний окислювач і недопустимий контакт з речовинами органічного походження;

д) нагріванням ртуттю і рідкими металами. Для нагрівання до температур 400-800^оС використовують ртуть, натрій, калій, свинець і інші легкоплавкі метали. Вони стійкі, мають велику густину, велику теплопровідність і високі коефіцієнти тепловіддачі. Проміжні теплоносії К і Na мають високу хімічну активність, тому необхідно використовувати нержавіючі сплави, вони займаються з швидкістю вибуху. Ртуть єдиний метал, який використовують в паровому стані, причому тиск насичених парів у неї дуже низький (2ат. при 400^оС). Однак пари металічних теплоносіїв дуже отруйні.

Нагрівання електричним струмом. Нагрівання проводять в широкому діапазоні температур, точно підтримується і легко регулюється температура, пристрої прості, компактні і зручні для обслуговування. Недоліки: застосування електричного струму досить дороге. Це зв‘язано з багатоступеневим перетворенням хімічної енергії в електричну. У залежності від методу перетворення електричної енергії в теплову розрізняють нагрівання:

5. в пристроях (печах) опору (омічне нагрівання),

6. індукційне нагрівання,

7. високочастотне нагрівання,

8. нагрівання електричною дугою.

Нагрівання в печах опору. У якості опорів широко застосовують хром-залізо-алюмінієві сплави, які мають високий опір і термічну стійкість. Використовують і дротяні опори, намотані на керамічні сердечники.

Індукційний нагрів електричним струмом базується на використанні теплового ефекту, який обумовлюється вихровими струмами Фуко, які виникають в товщині стінок апаратів. Апарат працює як трансформатор, первинною обмоткою якого служить індукційна котушка, а магнітопроводом і вторинною котушкою - стінки апарату.

Високочастотне нагрівання використовується для матеріалів, які не проводять електричного струму (діелектрики). Молекули, які розміщені в змінному електричному полі, починають коливатися з частотою поля і при цьому поляризуються. Коливна енергія частин затрачається на переборення тертя між молекулами діелектрика і перетворюється в тепло безпосередньо в масі матеріалу (нагрівання пластичних мас, сушіння).

Л-ра: [6], C. 115

3.Процес охолодження.

Природний і штучний холод широко застосовуються в промисловості, торгівлі, на транспорті, в побуті тощо. Наприклад, кондиціювання повітря, охолодження сировини, матеріалів, напівфабрикатів і готової продукції в харчовій, легкій, хімічній та інших галузях народного господарства.

Охолодження — процес віднімання теплоти, який приводить до зниження температури або зміни агрегатного стану фізичного тіла. За технологіями виробництва здебільшого охолоджуючим агентом служить холодна вода, рідше – повітря або інші носії холоду.

Охолодження може бути:

1. природним (найдешевший спосіб);

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Основні відомості про теплові процеси	\|	Штучним.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.