工业加热载体与冷却剂方法及过程实用版文档格式.docx
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20XX年XX月
版次
1/1
编制人
XXXXXX
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化工生产中的换热通常在两流体之间进行,但是换热的目的不尽相同。
主要有两种,或是将工艺流体加热(汽化),或是将工艺流体冷却(冷凝)。
一
加热剂与加热方法
(一)
水蒸气
水蒸气是最常用的加热剂。
通常,使用饱和水蒸气,在蒸汽过热程度不大(过热20一30°
C)的条件下,允许使用过热蒸汽。
采用水蒸气作为加热剂的主要优点是:
汽化潜热大,蒸汽消耗量相对较小;
在给定压力下,冷凝温度恒定,故在有必要时,可通过改变加热蒸汽的压力来调节其温度。
蒸汽冷凝时的给热系数很大[a=5000~15000W/(m²
·
.K)],能够在低的温度差下操作;
价廉、无毒无失火危险等。
水蒸气的主要缺点是:
饱和温度与压力一一对应,且对应的压力较高,甚至中等饱和温度(200℃)就对应着相当大的压力(1.56X10的6次方(原多次方位置应该标在右上位置,但word格式不支持)Pa),对设备的机械强度要求高,投资费用大。
用水蒸气加热的方法有两种:
直接蒸汽加热和间接蒸汽加热。
当直接蒸汽加热时,水蒸气直接引入被加热介质中,并与介质混合。
这种方法适用于允许被加热介质和蒸汽的冷凝液混合的场合。
直接蒸汽由鼓泡器引入,鼓泡器通常布置在设备底部,鼓泡器一般为开有许多鼓泡器通常布置在设备底部,鼓泡器一般为开有许多小孔的盘管,蒸汽鼓泡时,通过并搅拌液层,与介质直接换热。
当间接蒸汽加热时,通过换热器的间壁传递热量。
当蒸汽在换热器内没有完全冷凝时,一部分蒸汽将随冷凝液排出,造成蒸汽消耗量增加,为了使冷凝液能够顺利排出而不带走蒸汽,需要设置冷凝水排除器,最常用的排除器为浮球式冷凝水排除器。
图9—5为一闭式浮球冷凝水排除器,由外壳、导向管、浮球(含导向杆)、针形阀等构成。
蒸汽和冷凝水的混合物进入外壳内,当外壳内液位上升到一定高度时,浮球上浮,针形阀开启,排出冷凝水,液面下降,浮球下落,针形阀关闭,直至下次冷凝水再积累到一定高度,阀门再次开启。
在冷凝水排除器内,始终维持一定的液位,以阻止蒸汽从冷凝水排除器内漏出。
1m3)100℃的水变为l00°
C的蒸汽,其体积为1700m3,若变为300°
C以上的蒸汽则为3000m3以上。
水蒸气爆炸的危险以及由水蒸气引起的爆炸事故十分普遍,相变引起的爆炸称为蒸汽爆炸。
蒸汽爆炸事故中最常见的是水汽化后引起的爆炸事故。
(二)
热水
热水加热一般用于100~C以下的场合,热水通常可使用锅炉热水和从换热器或蒸发器得到的冷凝水。
当要求加热到较高温度而仍然采用热水时,则要使用高压热水。
但此时对设备的强度要求和操作费用都会很高,很不经济。
用热水加热的优点是:
可利用二次热源,节约能量。
其缺点是:
和蒸汽冷凝相比,给热系数低许多,许多加热过程中,温度下降,不能恒定;
加热的均匀性不好。
(三)高温有机物
在将工艺流体加热到400°
C的范围内,可使用液态(或气态)高温有机物作为加热剂。
常用的有机物加热剂有:
甘油、萘、乙二醇、联苯与二苯醚的混合物、二甲苯基甲烷、矿物油和有机硅液体等。
最常用的是由26.5%联苯和73.5%的二苯醚组成的混合物,称为二苯混合物。
二苯混合物作为加热剂的主要优点:
①不用高温就能够得到高温,当P=0.1MPa时,沸点tb=258°
C,汽化潜热r=285kJ/kg;
P=0.8MPa时,tb=380°
C,r=220kJ/kg;
②热稳定性好无爆炸危险,无腐蚀。
二苯混合物可以是液态或气态,液态二苯混合物用于加热250°
C范围内的场合。
气态二苯混合物的加热温度可达到380°
C。
高温有机物由于具有燃烧爆炸危险、高温结焦和积炭危险,因此运行中密闭性和温度控制必须严格。
另外二苯混合物由于具有较强的渗透性,因此系统的密闭问题十分明显。
甘油作为加热剂,用于加热220—250°
甘油无毒、无爆炸危险、易得、价格较低(仅为二苯混合物的1/4),且加热均匀。
(四)
无机熔盐
当需要加热到550°
C时,可用无机熔盐作为加热剂。
应用最广的是含40%NaNOz、7%NaN03和53%KN03的熔化物,其熔点是142℃,熔盐加热装置应具有高度的气密性,并用惰性气体保护。
由于硝酸盐和亚硝酸盐混合物具有强氧化性,因此,应避免和有机物质接触。
此外,工业生产中,还可以利用液体金属、烟道气和电等来加热,其中,液态金属可加热到300—800°
C,烟道气可加热到1100°
电加热最高可达到3000C。
二
冷却剂和冷却过程
工业生产中,要得到10一30°
C的冷却温度,使用最普遍的冷却剂是水和空气。
水的主要来源是江河和地下水,江河水的温度与当地气候以及季节有关,通常在10—30~C左右。
地下水的温度则较低,大约在4—15℃左右。
为了节约用水和保护环境,生产上大多使用循环水,在换热器内用过的冷却水,送至凉水塔内,与空气逆流接触,部分汽化而冷却,再重新作为冷却剂使用。
冷却水可用于间壁式换热器和混合式换热器中。
值得注意的是,工业用水常常会被污染,要求在最终排放前,必须进行水质净化,达到排放标准。
空气作为冷却剂,适用于有通风机的冷却塔和有增大的传热面的换热器(如翅片式换热器)的强制冷却。
空气作为冷却剂的优点是不会在传热面产生污垢。
其缺点是给热系数小,比热容较低,因此其耗量较大(达到同样的冷却效果,空气的质量流量大约是水的5倍)。
若要冷却到0°
C左右,工业上通常采用冷冻盐水,由于盐的存在,使水的凝固温度大为下降(其具体数值视盐的种类和含量而定),盐水的低温由制冷系统提供。
此外,为了得到更低的冷却温度或更好的冷却效果,还可使用沸点更低的制冷剂,例如氨和氟里昂,当然,还得借助于制冷技术。
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