13. Выбор взаимного направления движения теплоносителей .

Правильный выбор взаимного направления движения теплоносителей имеет существенное значение для наиболее экономичного проведения процесса теплообмена.

Для сравнительной оценки прямотока и противотока сопоставим эти виды взаимного направления движения теплоносителей с точки зрения расхода теплоносителей средней разности температур. Построим графическую зависимость изменения температур горячего и холодного теплоносителей для прямотока и противотока.

Обозначим T- температуру горячего теплоносителя, которая снижается, а -температуру холодного теплоносителя, которая увеличивается.

В случае прямотока (рис. а) конечная температура более холодного теплоносителя не может быть выше конечной температуры более нагретого теплоносителя.

Практически для осуществления процесса теплообмена на выходе из теплообменника должна быть некоторая разность температур

При противотоке (рис. б) более холодные теплоносители с той же начальной температурой ,что и при прямотоке, может нагреться до более высокой температуры,близкой к начальной температуреболее нагретого теплоносителя. Это позволяет сократить расход более холодного теплоносителя, но одновременно приводит к уменьшению средней разности температур (), т.е. увеличению поверхности теплообмена. Однако эффект от сокращения расхода холодного теплоносителя превышает затраты на увеличение поверхности теплообмена (S), т.о. противоток экономичнее прямотока, т.е. одним из способов интенсификации процесса теплопередачи является переход от прямоточной схемы подачи теплоносителей к противоточной.

Если один из теплоносителей - пар, то температура пара на входе и температура конденсата на выходе одинакова, т.е. . При этом схема подачи теплоносителей прямоток или противоток не влияет на процесс теплопередачи.

Методы интенсификации процесса теплопередачи:

1). Увеличение скорости теплоносителя с меньшим коэффициентом теплоотдачи ();

2). Использование противоточной схемы подачи тепла теплоносителями;

3). Увеличение поверхности теплообмена (оребрение труб).

14. Классификация и выбор теплоносителей.

Нагревание и охлаждение жидкостей, а так же конденсация паров, осуществляется в теплообменных аппаратах.

Теплоноситель, имеющий более высокую температуру называется нагревающим агентом, и более низкую - охлаждающим. В качестве прямых источников тепла используют дымовые газы (продукты сгорания топлива) и электроэнергию. Вещества, получающие тепло от прямых источников и отдающие его нагреваемой жидкости, называются промежуточными теплоносителями, к их числу относятся: водяной пар, горячая вода, высокотемпературные теплоносители (а именно перегретая вода, минеральные масла, органические жидкости и их пары, расплавленные соли, жидкие металлы). В качестве охлаждающих агентов применяют : воду, воздух.

Выбор теплоносителя зависит от требуемой температуры. Теплоноситель должен обеспечивать высокую интенсивность теплообмена при небольших расходах, он должен обладать малой вязкостью, но высокой плотностью, он должен быть не горюч, не токсичен, термически стоек, обладать антикоррозийными свойствами и вместе с тем должен быть доступен и дешев.

1). Вода. Наиболее рационально применять воду как теплоноситель при температурах до100⁰С, так как при создании высокого давления и более высоких температурах вода менее экономична по сравнению с другими теплоносителями. Коэффициент теплоотдачи воды () ниже чем у пара. Воду получают в водогрейных котлах, обогреваемых паром или топочными газами или в паровых водоподогревателях, которые называются Бойлеры.

Горячую воду как теплоноситель широко применяют для отопительных целей, подогрева сырьевых материалов.

2). Водяной пар. Основные достоинства водяного пара - высокие теплоемкость и теплота конденсации (= 2260кДж/кг при давлении 1ат.), а также простота получения и транспортировки к месту потребления, низкая стоимость. Коэффициент теплоотдачи водяного пара, поэтому у него очень мало термическое сопротивление, что позволяет проводить процесс на малой поверхности теплообмена. К достоинствам водяного пара относятся: постоянство температуры, пожаробезопасность, высокий К.П.Д. паросиловых установок (88%). Основной недостаток - быстрый рост давления при повышение его температуры насыщения. Так для получения пара снеобходимо давление 1.6МПа, а 300⁰С-10МПа.

Водяной пар бывает : глухой (тепло отдается через разделяющую стенку) и острый (при непосредственном контакте ).

Также водяной пар может быть насыщенным (который находится в динамическом равновесии с жидкостью). Он может быть сухим и влажным. Сухой насыщенный пар не содержит в себе капельной жидкости. Влажный насыщенный пар представляет собой смесь пара с мельчайшими капельками воды. Перегретый пар получают за счет дополнительного подвода тепла к сухому насыщенному пару в пароперегревателе.

3). Горячий воздух, топочные газы. Чистый горячий воздух или топочные газы в смеси с воздухом широко применяются как теплоносители для подогрева материала, тепловой обработки бетонов и в сушильных процессах. В зависимости от назначения рабочих температур процессов, температура теплоносителей может находиться в пределах 100800⁰С.

Получают теплоносители путем нагрева атмосферного воздуха в паровых

или огневых калориферах. Топочные газы получают сжиганием твердого, жидкого или газообразного топлива и последующего смешения продуктов горения с атмосферным воздухом до заданных температур. У топочных газов коэффициент теплоотдачи невелик , невысокая теплоемкость, поэтому их расход велик, отсюда велики затраты на транспортировку. Температур топочных газов достигает 1000 -1500⁰С. Более оптимально использовать отходящие газы.