Нагревание горячей водой

Теплоносители и хладагенты

Основные теплоносители. Требования к ним

Теплоносители, используемые в промышленности, должны отвечать следующим требованиям:

1) достижение высоких температур при собственных низких давлениях;

2) большая термическая устойчивость;

3) отсутствие корродирующего действия на материал оборудования;

4) высокий коэффициент теплоотдачи;

5) большая удельная теплота испарения;

6) высокий КПД;

7) отсутствие токсических свойств, взрыво- и пожаробезопасность;

8) доступность и низкая стоимость.

Нагревание водяным паром

Наиболее широко в химической технологии в качестве теплоносителя используют насыщенный водяной пар, при конденсации которого выделяется значительное количество теплоты.

При нагревании насыщенным водяным паром различают "острый" и "глухой" пар.

При нагревании "острым" паром водяной пар вводится непосредственно в нагреваемую жидкость; конденсируясь, он отдает жидкости тепло, а конденсат смешивается с этой жидкостью.

Для нагревания и одновременного перемешивания жидкости пар вводят через барботер – трубу с рядом небольших отверстий. Барботер располагают на дне резервуара в виде спирали или колец.

Массу острого пара, используемого на нагревание жидкости D, кг, определяют из уравнения теплового баланса, учитывая равенство конечных температур нагреваемой жидкости и конденсата:

,

где Q₂ – количество подводимого тепла, кДж;

Н – энтальпия пара, кДж/кг;

с_в – теплоемкость конденсата, кДж/кг×К;

t₂ – конечная температура жидкости, К.

Нагревание острым паром в технике используют довольно редко, так как смешение нагреваемой жидкости и конденсата пара обычно недопустимо. Значительно чаще на практике нагревание насыщенным паром осуществляют через стенку (т.н. нагревание "глухим" паром). При этом способе нагревания пар, соприкасаясь с более холодной стенкой, конденсируется на ней, и конденсат в виде пленки стекает по поверхности стенки. Пар практически всегда вводят в верхнюю часть аппарата, а образующийся конденсат отводят из его нижней части через конденсатоотводчик. Температуру конденсата можно с достаточной точностью принять равной температуре насыщенного греющего пара.

Расход пара на нагревание D, кг, определяют из уравнения теплового баланса

,

где r – удельная теплота парообразования, кДж/кг.

Нагревание горячей водой

Горячая вода хорошо транспортируется, имеет высокий коэффициент теплопередачи и мало загрязняет поверхность теплообмена. Однако она обладает определенными недостатками по сравнению с насыщенным водяным паром. Во-первых, коэффициенты теплоотдачи от горячей воды, как и от любой другой жидкости, ниже, чем коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара. Во-вторых, температура горячей воды снижается вдоль поверхности теплообмена, что ухудшает равномерность нагрева и затрудняет его регулирование.

Расход воды и других жидких теплоносителей и хладагентов, не меняющих своего агрегатного состояния, G (в кг) определяют по формуле:

,

где Q₂ – количество подводимого или отводимого тепла, кДж;

с – теплоемкость теплоносителя или хладагента, кДж/кг×К;

t_к и t_н – конечная и начальная температура теплоносителя или хладагента, К.