- •Предисловие
- •Часть. 1. Теплообмен
- •1.1. Кондуктивный теплообмен в плоской стенке
- •1.2. Кондуктивный теплообмен в цилиндрической стенке
- •1.3. Конвективный теплообмен
- •1.3.1. Гидродинамический и тепловой пограничные слои на плоской пластине
- •1.3.2. Теплообмен в круглой трубе
- •1.3.3. Теплообмен с телами сложной формы
- •1.4. Теплообмен при изменении теплофизических характеристик теплоносителя и его фазового состояния
- •1.4.1. Теплоотдача при конденсации пара
- •1.4.2. Теплоотдача при кипении жидкостей
- •1.5. Теплообмен при непосредственном контакте теплоносителей
- •1.6. Радиационно-конвективная теплоотдача. Тепловое излучение
- •1.7. Оптимизация и интенсификация теплообмена
- •Контрольные вопросы
- •Часть 2. Промышленные способы передачи тепла
- •2.1. Подвод теплоты
- •2.1.1. Нагревание водяным паром и парами высокотемпературных теплоносителей
- •2.1.2. Нагревание горячими жидкостями
- •2.2. Отвод теплоты
- •2.3. Классификация и конструкция теплообменников
- •2.3.1. Рекуперативные теплообменники
- •1 Корпус аппарата; 2 змеевик; 3 металлическая стенка
- •2.3.2. Регенеративные теплообменники
- •2.3.3. Смесительные теплообменники
- •2.4. Методика расчета теплообменника
- •2.4.1. Проектный расчет теплообменника
- •2.4.2. Поверочный расчет теплообменника
- •Контрольные вопросы
- •Часть 3. Выпаривание
- •3.1. Классификация и конструкция выпарных установок
- •3.2. Однокорпусное (однократное) выпаривание
- •3.3. Температурные потери
- •3.4. Многокорпусное выпаривание
- •3.5. Полезная разность температур в многокорпусной установке и ее распределение по корпусам
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Зиннатуллин Назиф Хатмулович, Гурьянов Алексей Ильич, Ильин Владимир Кузьмич,
2.1.1. Нагревание водяным паром и парами высокотемпературных теплоносителей
Рассмотрим более конкретно наиболее распространенный метод – нагревание водяным насыщенным паром.
При конденсации насыщенного водяного пара выделяется значительное количество теплоты. Насыщенный водяной пар используют при 1,0 1,2 МПа, что соответствует температурам нагревания до 190 C. Выше – экономически невыгодно, усложняется аппаратурное оформление процесса.
Преимущества насыщенного водяного пара:
высокий коэффициент теплоотдачи от конденсированного пара к стенке;
большое количество теплоты, выделяющейся при конденсации пара;
равномерность обогрева (Tконд = const);
возможность регулирования температуры путем изменения давления;
возможность передачи на большие расстояния.
Недостатки насыщенного водяного пара:
увеличение давления с увеличением температуры (основное).
постепенное увеличение в системе содержания неконденсированных газов (N2, O2, CO2, и т.д.).
При нагревании насыщенным водяным паром различают острый и глухой пар. Острый пар – пар, конденсирующийся непосредственно в нагреваемой среде, глухой пар – пар, отдающий свою теплоту через разделяющую твердую стенку.
Острый пар используется в тех случаях, когда допустимо смешение нагреваемой среды с образующимся при конденсации пара конденсатом (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема использования острого пара
Массовый расход острого пара, используемого на нагревание жидкости, определяют из уравнения теплового баланса
. (81)
Здесь – массовый расход сухого острого пара; Нг – энтальпия пара; – массовый расход нагреваемой жидкости; с – теплоемкость нагреваемой жидкости; – теплоемкость конденсата; Т1 и Т2 – температуры жидкости до и после нагрева; – потери тепла в окружающую среду. Температура конденсата и жидкости одинаковы.
Острый пар применяется редко, наиболее часто применяется глухой пар (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Схема использования глухого пара
Пар конденсируется на поверхности аппарата, и стекает в виде пленки по поверхности стенки. Уравнение теплового баланса в таком случае
(82)
Как видно из (82), температура конденсата и температура нагреваемой среды разные. При нагревании глухим паром в паровом пространстве аппарата может скапливаться содержащийся в нем неконденсирующийся газ (N2, O2, CO2 и др.), что значительно снижает коэффициент теплоотдачи от пара к стенке.
Более высокого уровня температуру (чем для водяного пара) можно получить при конденсации паров высокотемпературных органических теплоносителей (ВОТ) (рис. 2.3). Как видно из рисунка, к нагреваемой системе можно подводить теплоту при температуре дифениловой смеси 258 C при атмосферном давлении.
Рис. 2.3. Зависимость температуры насыщения Т C
от давления р для воды (1) и дефиниловой смеси (2)
2.1.2. Нагревание горячими жидкостями
Когда недопустим даже кратковременный перегрев нагреваемой среды, используются промежуточные теплоносители в виде жидкостей. К их числу относят горячую (перегретую) воду, минеральные масла, жидкие ВОТ, расплавы солей.
Этот процесс может быть организован с естественной или вынужденной циркуляцией промежуточного теплоносителя (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Схемы обогрева с естественной (а) и вынужденной (б) циркуляцией жидких ВОТ
Жидкий ТН нагревается в печи, например, топочными газами, плотность ТН уменьшается, и возникает естественная конвекция. При этом скорости жидкого ТН невелики, и поэтому значения коэффициента теплоотдачи небольшие
При вынужденной циркуляции скорость жидкого ТН доходит до 2–2,5 м/с и процесс теплоотдачи более интенсивный.
Рассмотренные выше способы нагревания предусматривают использование в качестве прямых источников тепловой энергии топочных (дымовых) газов, получаемых при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива. Топочные газы относятся к числу наиболее широко применяемых теплоносителей, они обеспечивают надежное нагревание до 1000–1100 С. Нагревание топочными газами производят в трубчатых печах, облицованных шамотом камерах сгорания, внутри которых размещены нагревательные элементы, состоящие из стальных трубок.
Наряду с топочными газами электрическая энергия представляет собой прямой источник тепловой энергии. При нагревании электрическим током может быть достигнут практически любой желаемый температурный режим, который легко поддерживать и регулировать. Нагревание электрическим током осуществляется в электрических печах.