Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 589
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рефлекторные печи могут быть сконструированы как для режима прямого, так и для режима косвенного направленного теплообмена, причем последние предпочтительнее, так как при расположении нагревателей вдоль стен легче обеспечивается равномерность обогрева поверхности нагрева. Печи данного типа предназначены главным образом для лабораторных целей.Используя уравнение (77), пренебрегая собственным излучением холодного ограждения рефлекторных печей и обозначая через RK отражательную способность поверхности ограждения, получим следующее выражение: (103)из которого следует, что рефлекторные печи работают тем интенсивнее, чем больше отражательная способность ограждения RK и чем меньше степень черноты газов еп, например защитных, заполняющих рабочее пространство печи и имеющих температуру, близкую к температуре поверхности нагрева. В частности, поэтому вакуумные рефлекторные печи являются наиболее эффективными.В камерной муфельной печи для нагрева металлов в защитной атмосфере в целях термообработки можно выделить две самостоятельные теплообменные зоны, разумеется, взаимосвязанные. Первая зона, где расположено пламя — это пространство между футеровкой и муфелем. Режим теплообмена здесь может быть и прямой направленный, и косвенный направленный, удовлетворяющий условию равномерности обогрева стенок муфеля. Во второй зоне внутри муфеля имеет место предельный случай косвенного направленного теплообмена [уравнение (102)]. В данном случае излучающая внутренняя поверхность стенок муфеля получает тепло от наружной поверхности стенок муфеля теплопроводностью.Учтя степень черноты газов внутри муфеля, из уравнения (102) получим (104)Из формулы видно, что интенсивность теплообмена в муфеле всецело определяется теплом, поступающим через стенки муфеля qк, и тем выше, чем лучепрозрачнее газы, заполняющие муфель.3.2 Теплоносители и хладоагенты.
Расход пара на нагревание D, кг, определяют из уравнения теплового баланса ,где r – удельная теплота парообразования, кДж/кг.
3).Ионные высокотемпературные теплоносители. К этому классу относятся следующие соединения:1) соли почти всех неорганических кислот и их эвтектические сплавы (эвтектическими называются такие сплавы, температура плавления которых всегда ниже температур плавления всех компонентов, составляющих данную смесь);2) кремнийорганические жидкости.Из различных неорганических солей и их сплавов, применяемых в качестве ионных теплоносителей, наибольшее практическое применение имеет эвтектический сплав состава 53 % KNO3 + 7 % NaNO3 + 40 % NaNO2 (нитрит-нитратная смесь СС-4). Она применяется при атмосферном давлении в интервале 150–550 °С. Этот теплоноситель характеризуется тонкостью регулировки степени нагрева, высокой теплоотдачей, хорошей термической стойкостью и до 500 °С практически не оказывает коррозионного воздействия на обыкновенные углеродистые стали. Для изготовления аппаратуры и трубопроводов, работающих при более высоких температурах, используют хромистые и хромоникелевые стали.Температура плавления нитрит-нитратной смеси равна 142,3 °С, поэтому трубопроводы, по которым транспортируется этот теплоноситель, должны быть оборудованы системой парового обогрева и термоизолированы. При рабочих температурах расплав очень подвижен.В качестве кремнийорганических теплоносителей (КОТ) используют ароматические эфиры ортокремниевой кислоты и полиорганосилоксаны. Ароматические эфиры ортокремниевой кислоты (силаны) имеют следующую структуру:В ней ион кремния связан с ароматическими радикалами R через ионы кислорода, которые окружают его тетраэдрически. Из ряда ароматических эфиров ортокремниевой кислоты находят применение в качестве высокотемпературных теплоносителей тетра-м-крезосилан (CH3C6H4O)4Si (ТКС), тетра-м-ксиленосилан ((CH3)2C6H3O)4Si (ТКОС) и др.Силиконовые теплоносители (полиорганосилоксаны) представляют собой кремнийорганические соединения – полиметилсилоксаны, полиэтилсилоксаны и полиметилфенилсилоксаны:
Высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ). По составу ВОТ делятся на однокомпонентные и многокомпонентные.В свою очередь однокомпонентные ВОТ по форме молекул делятся на:1) однокомпонентные ВОТ с симметричными молекулами (глицерин, этиленгликоль и полигликоль);2) однокомпонентные ВОТ с плоскими молекулами – ароматические углеводороды (нафталин, замещенные бензола и нафталина: дифенил, дифенилбензол (терфенил), дифенилметан, дитолилметан (ДТМ) и т.д.).Многокомпонентные ВОТ делятся на 3 подгруппы:1) эвтектические смеси;2) неэвтектические смеси;3) минеральные масла.Из всех перечисленных ВОТ самым изученным и распространенным на практике является дифенильная смесь (ДФС, даутерм, динил), являющаяся эвтектической азеотропной смесью дифенила (26,5 % по весу) и дифенилового эфира (73,5 %).Дитолилметан (ДТМ) представляет собой техническую смесь о- и п- изомеров, получающихся при конденсации толуола с формальдегидом. Т.к. дитолилметан синтезируется из недефицитных и недорогих продуктов, стоимость его примерно в 1,3 раза меньше стоимости дифенильной смеси.Ароматизированное масло АМТ-300 применяется, как и все масла, только в жидком состоянии и в атмосфере инертного газа (азота). Оно содержит 52–56 % ароматических и нафтеновых и 36–40 % парафиновых цепей.Главными недостатками АМТ-300 являются невысокая термическая стойкость (уже при 180 °С происходит его термическое разложение с образованием горючих газообразных продуктов – метана, этана, пропана, этилена, пропилена и др.) и очень низкая температура самовоспламенения (290 °С) (всего на 5 °С выше максимальной рекомендуемой температуры применения (285 °С)).
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;св – теплоемкость конденсата, кДж/кгК;t2 – конечная температура жидкои, 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/кгК;tк и tн – конечная и начальная температура теплоносителя или хладагента, К.Нагревание высокотемпературными носителями
Применяемые в промышленности высокотемпературные теплоносители по принципу термодинамического подобия могут быть разделены на три основные группы:а) металлические;б) ионные;в) органические (ВОТ).Металлы как теплоносители применяют как в жидком, так и в парообразном состоянии. В настоящее время используются литий, натрий, калий и ртуть. С их помощью можно обеспечить нагревание до температур 400–800 °С и выше при относительно низких давлениях.Среди высокотемпературных теплоносителей жидкометаллические имеют самую высокую термическую стойкость. Однако наряду с этим они оказывают и самое большое агрессивное воздействие на конструкционные материалы, поэтому верхний температурный предел их применения определяется максимально допустимой температурой коррозионной стойкости конструкционного материала против агрессивного воздействия на него данного теплоносителя.Пары жидкометаллических теплоносителей также обладают высокой токсичностью (для паров ртути предельно допустимое содержание их в воздухе производственных помещений составляет 0,01 мг/м3).Ионные высокотемпературные теплоносители. К этому классу относятся следующие соединения:1) соли почти всех неорганических кислот и их эвтектические сплавы (эвтектическими называются такие сплавы, температура плавления которых всегда ниже температур плавления всех компонентов, составляющих данную смесь);2) кремнийорганические жидкости.Из различных неорганических солей и их сплавов, применяемых в качестве ионных теплоносителей, наибольшее практическое применение имеет эвтектический сплав состава 53 % KNO3 + 7 % NaNO3 + 40 % NaNO2 (нитрит-нитратная смесь СС-4). Она применяется при атмосферном давлении в интервале 150–550 °С. Этот теплоноситель характеризуется тонкостью регулировки степени нагрева, высокой теплоотдачей, хорошей термической стойкостью и до 500 °С практически не оказывает коррозионного воздействия на обыкновенные углеродистые стали. Для изготовления аппаратуры и трубопроводов, работающих при более высоких температурах, используют хромистые и хромоникелевые стали.Температура плавления нитрит-нитратной смеси равна 142,3 °С, поэтому трубопроводы, по которым транспортируется этот теплоноситель, должны быть оборудованы системой парового обогрева и термоизолированы. При рабочих температурах расплав очень подвижен.В качестве кремнийорганических теплоносителей (КОТ) используют ароматические эфиры ортокремниевой кислоты и полиорганосилоксаны. Ароматические эфиры ортокремниевой кислоты (силаны) имеют следующую структуру:В ней ион кремния связан с ароматическими радикалами R через ионы кислорода, которые окружают его тетраэдрически. Из ряда ароматических эфиров ортокремниевой кислоты находят применение в качестве высокотемпературных теплоносителей тетра-м-крезосилан (CH3C6H4O)4Si (ТКС), тетра-м-ксиленосилан ((CH3)2C6H3O)4Si (ТКОС) и др.Силиконовые теплоносители (полиорганосилоксаны) представляют собой кремнийорганические соединения – полиметилсилоксаны, полиэтилсилоксаны и полиметилфенилсилоксаны:
Высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ). По составу ВОТ делятся на однокомпонентные и многокомпонентные.В свою очередь однокомпонентные ВОТ по форме молекул делятся на:1) однокомпонентные ВОТ с симметричными молекулами (глицерин, этиленгликоль и полигликоль);2) однокомпонентные ВОТ с плоскими молекулами – ароматические углеводороды (нафталин, замещенные бензола и нафталина: дифенил, дифенилбензол (терфенил), дифенилметан, дитолилметан (ДТМ) и т.д.).Многокомпонентные ВОТ делятся на 3 подгруппы:1) эвтектические смеси;2) неэвтектические смеси;3) минеральные масла.Из всех перечисленных ВОТ самым изученным и распространенным на практике является дифенильная смесь (ДФС, даутерм, динил), являющаяся эвтектической азеотропной смесью дифенила (26,5 % по весу) и дифенилового эфира (73,5 %).Дитолилметан (ДТМ) представляет собой техническую смесь о- и п- изомеров, получающихся при конденсации толуола с формальдегидом. Т.к. дитолилметан синтезируется из недефицитных и недорогих продуктов, стоимость его примерно в 1,3 раза меньше стоимости дифенильной смеси.Ароматизированное масло АМТ-300 применяется, как и все масла, только в жидком состоянии и в атмосфере инертного газа (азота). Оно содержит 52–56 % ароматических и нафтеновых и 36–40 % парафиновых цепей.Главными недостатками АМТ-300 являются невысокая термическая стойкость (уже при 180 °С происходит его термическое разложение с образованием горючих газообразных продуктов – метана, этана, пропана, этилена, пропилена и др.) и очень низкая температура самовоспламенения (290 °С) (всего на 5 °С выше максимальной рекомендуемой температуры применения (285 °С)).