В данном случае горячая жидкость представляет собой промежуточный теплоноситель, к их числу относят: горячую (перегретую) воду, минеральные масла, жидкие высокотемпературные органические теплоносители, расплавы солей и металлов и др.
На практике процесс нагревания с помощью горячих жидкостей реализуется в виде схем с естественной и принудительной циркуляцией промежуточного теплоносителя.
Схемы обогрева с естественной (а) и принудительной (б) циркуляцией
высокотемпературных теплоносителей
1 – печь для нагрева теплоносителя; 2 – теплообменник; 3 – циркуляционный контур; 4 – насос
Рис. XVI.7
Схема с естественной циркуляцией:
Жидкость нагревается в змеевике топочными газами. При нагревании плотность теплоносителя снижается и он перемещается по трубопроводу «горячей ветви» к обогреваемому аппарату, где отдает тепло нагреваемой среде. В процессе теплопередачи температура теплоносителя понижается, а плотность повышается. При этом теплоноситель по трубопроводу «холодной ветви» возвращается в печь 1 для последующего нагревания. При этом скорость невелика 0,1 м/с, поэтому значения коэффициента теплопередачи и тепловой производительности невелики.
Схема с принудительной циркуляцией:
Перемещение горячей жидкости обеспечивается насосом, что позволяет заметно повысить скорость циркуляции до (2…2,5) м/с и повысить интенсивность теплопередачи.
Нагревание топочными газами
Огневой нагрев
Установка представляет собой реакционный котел, вмурованный в печь и обогреваемый дымовыми газами, которые получаются от сжигания топлива.
Рис. XVI.8
а) Схема пищеварочного котла 1 - котел; 2 - поддувало; 3 - топочная решетка; 4 - топливник; 5 - винтовой дымооборот; б) Пищеварочный котел конструкции А. П. Трухачева: 1 - котел; 2 - топливник; 3 - топочная решетка; 4 - поддувало.
+ легкость получения высоких температур.
+ дешевизна.
- отсутствие равномерности и точности обогрева, температура в топке может колебаться в значительных пределах)
- металл, из которого изготовлен аппарат, работает в тяжелых условиях (возможен перегрев, образование накипи).
- большие потери тепла с отходящими газами (КПД 30-35%)
- низкий коэффициент теплоотдачи от газов.
- повышенная пожароопасность.
Трубчатая печь
Рис. XVI.9 Cхема трубчатой печи
Трубчатая печь состоит из топочной опоры и шахты, вдоль стен которой размещается трубчатка. Несмотря на очень высокую температуру топочных газов в этих аппаратах очень редко имеет место перегрев и прогорание трубок, т.к. большая скорость протекания жидкости обусловливает высокий коэффициент теплоотдачи. Температура стенок труб гораздо ближе к температуре жидкости, чем к температуре газа. Та же высокая скорость течения жидкости или парожидкостной смеси уменьшает возможность образования пристенных осадков, под которыми мог бы образоваться местный перегрев стенок. Горючий газ смешивается с воздухом, горение протекает на поверхности излучающей панели при отсутствии пламени. Образовавшиеся газы из радиантной части, где тепло в основном передается путем излучения, идут в конвекционную (за перегородкой), где тепло передается, главным образом, путем конвекции.
Электрический нагрев
При нагревании электрическим током может быть достигнут практически любой желаемый режим, который легко поддерживать. В зависимости от способа превращения электроэнергии в тепловую различают электропечи сопротивления, индукционные, высокочастотные и дуговые.
В электропечах сопротивления прямого действия в электрическую цепь включается ток и среда, края нагреваются при прохождении через них электрического тока.
В электропечах сопротивления косвенного действия теплота выделяется в специальных нагревательных элементах, по которым проходит электрический ток.
Рис. XVI.10
. Схема аппарата с электрическим обогревом:
1 – обогреваемый аппарат; 2 – нагреваемый элемент.
Нагревание в индукционных печах осуществляется индукционными токами.
Обогреваемый аппарат является сердечником соленоида, обмотки которого охватывают аппарат. При пропускании по соленоиду переменного электрического тока вокруг соленоида возникает переменное магнитное поле, индуцирующее в стенках обогреваемого аппарата ЭДС и вызывающее появление вихревых токов Фука, под действием которых происходит разогрев всего аппарата. Обеспечивает равномерный обогрев при температурах, не превышающих 400°С.
Высокочастотное нагревание.
Рис. XVI.11 Иллюстрация принципа высокочастотного нагревания:
1 – пластины конденсатора, к которым подведен ток высокой частоты; 2 – нагреваемый материал (диэлектрик); 3 – ориентированные (условно) частицы материала
Применяют для нагревания диэлектриков (пластик, резина, дерево и др.). нагреваемый материал помещают в переменное магнитное поле частотой 10-100МГц и напряженностью 1000-2000 В/см. под действием переменного поля молекулы диэлектрика колеблются и при этом поляризуются. В результате внутреннего трения между молекулами выделяется теплота. Выделение происходит по всей толщине – равномерный нагрев.
В электродуговых печах нагревание происходит за счет того, что электрическая энергия превращается в теплоту, выделяемую пламенем дуги, возникающей между электродами. Нагревание до 1500 – 3000 °С.
– неравномерность
+ трудно регулировать температуру.
Отвод теплоты
Отвод теплоты осуществляется аналогично и осуществляется охлажденной водой, низкотемпературными жидкими хладоагентами, воздухом.
ВОДООБОРОТНЫЕ ЦИКЛЫХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Воду, используемую в процессах охлаждения различных технологических потоков на химических предприятиях после прохождения через соответствующие теплообменные устройства собирают в сборник-накопитель, а затем подают для охлаждения на градирни. Они представляют собой полые башни, в которых сверху разбрызгивается теплая вода, а снизу движется воздух (за счет естественной тяги или нагнетается вентилятором).
Расположенная внутри градирни насадка служит для увеличения поверхности контакта между водой и воздухом. Горячая вода охлаждается как за счет контакта с холодным воздухом, так и в результате испарения части потока воды.
Отходящая с градирен вода может быть вновь использована для охлаждения технологических потоков. Это позволяет значительно снизить потребности в свежей воде, которая в дан ном случае используется лишь для подпитки.
Рис. XVI.12 Градирни с естественной (а) и принудительной (б) тягой
1 – поддоны; 2 – слои насадки; 3 – распределители охлаждающей воды; 4 – полая часть градирни для обеспечения естественной тяги; 5 – осевой вентилятор; 6 – брызгоотбойник
Периодически воду, находящуюся в водооборотном цикле, необходимо очищать: это удорожает охлаждающую воду, но улучшает экологическую обстановку.