Теплоносители и хладоагенты
advertisement
Хладоагенты и теплоносители в химической технологии 1 Критерии выбора хладоагента и теплоносителя 1) Показатели термической стойкости, 2) Теплофизическая характеристика, 3) Технико-экономические показатели 2 Основные требования к теплоносителям и хладоагентам Рабочий диапазон температур Теплоёмкость Коррозионная активность Вязкость Смазывающая способность Безопасность Ресурс теплоносителя Условия эксплуатации оборудования с теплоносителем Экономические аспекты выбора теплоносителя 3 Типы циркуляции Замкнутые Незамкнутые Открытые Источники циркуляции Конвективные Циркуляционные 4 Принцип работы теплового насоса 5 ТЕПЛОНОСИТЕЛИ – жидкие, паро- или газообразные вещества, применяемые для обогрева различных аппаратов химической промышленности Теплоносители в химической технологии вода, высокотемпературные теплоносители, соляные теплоносители, жидкометаллические теплоносители 6 Оптимальные теплоносители: • при 100–200 °С – вода и насыщенный водяной пар; •при 200–315 °С – ароматизированное нефтяное масло и дитолилметан; •при 315–350 °С – тетраарилсиликат и дифенильная смесь; •при 315–385 °С – дифенильная смесь; •при 385–500 °С – селитренная смесь; >500 °С – щелочные металлы и газообразные продукты горения. 7 Насыщенный водяной пар «острый» пар вводится непосредственно в нагреваемую жидкость, конденсируется и отдает жидкости тепло, а конденсат смешивается с этой жидкостью Q2 D Н свt2 «глухой» пар, соприкасается с более холодной стенкой, конденсируется на ней, и конденсат в виде пленки стекает по поверхности стенки Q2 – количество подводимого тепла, кДж; Н – энтальпия пара, кДж/кг; Св – теплоемкость конденсата, кДж/кгК; t2 – конечная температура жидкости, К. r – удельная теплота парообразования, кДж/кг Q2 D r 8 Горячая вода «+» «–» • хорошо транспортируется, • высокий коэффициент теплопередачи, • мало загрязняет поверхность теплообмена Q2 G c(t к t н ) • коэффициент теплоотдачи ниже чем у пара, • температура горячей воды снижается вдоль поверхности теплообмена Q2 – количество подводимого или отводимого тепла, кДж; С – теплоемкость, кДж/кгК; tк и tн – конечная и начальная температура, К. 9 Высокотемпературные теплоносители металлические литий, натрий, калий, ртуть (нагрев до 400–800 °С ) ионные неорганические кислоты, кремнийорганические жидкости (нагрев до 150–550 °С ) органические ароматические эфиры ортокремниевой кислоты, полиорганосилоксаны (нагрев до 300– 400 °С ) 10 Высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ) Однокомпонентные с симметричными молекулами с плоскими молекулами Многокомпонентные эвтектические смеси (ДФС); неэвтектические смеси (ДТМ); минеральные масла (АМТ-300). 11 Высокотемпературные теплоносители Топочные газы «+» температура не зависит от давления «–» Электрический ток «+» «–» транспортировка, неравномерност ь нагрева любой температурный режим, простота обслуживания дороговизна 12 ХЛАДОАГЕНТЫ – вещества, обеспечивающие естественное или искусственное охлаждение различных веществ или тел путем отвода от них теплоты. Естественное Искусственное Естественное охлаждение – до Токр.ср. Умеренное охлаждение – выше 120 К Криогенное охлаждение – ниже 120 К 13 Охлаждение водой «+» 1) легкость регулирования температуры, 2) хорошие условия теплопередачи Т = 10–30 °С «–» 1) образование накипи, 2) коррозия аппарата, 3) ограниченные ресурсы воды 14 Охлаждение воздухом «+» Т = 10–30 °С 1) нет накипи; 2) нет коррозии аппаратуры; 3) нет необходимости водооборотного цикла «–» 1) значительные капитальные затраты; 2) возможность использования при высоких температурах конденсации продукта (<70 °С); 3) низкий коэффициент теплоотдачи 15 ЛЁД Охлаждение плавлением твердых веществ Охлаждение наступает в результате отвода из окружающей среды теплоты плавления (Т = 0 °С) NaCl/CaCl2 Охлаждение холодильными рассолами Охлаждение наступает в результате отвода из окружающей среды теплоты плавления Т = - (20…50) °С 16 Охлаждение маслами минеральные синтетические полусинтетические нафтеновые и парафиновые масла алкилбензольные, полиалкилгликольные, полиолэфирные и полиальфаолефиновые масла смесь масел Важные свойства масел: плотность, температура помутнения, кислотность, содержание воды и гигроскопичность масла, поверхностное натяжение, вид и цвет, вспениваемость, химическая стабильность, 17 смешиваемость, растворимость и вязкость Разновидности синтетических масел • Углеводородные масла на основе полиальфаолефинов, изопарафиновых углеводородов и алкилбензола; • Полиэфирные масла на основе: - эфиров двухосновных кислот и первичных спиртов - эфиров полиолов, - полифениловых эфиров - полигликолевых эфиров - эфиров фосфорной кислоты • Силиконовые масла; • Фторсодержащие эфирные масла. 18 Охлаждение хладонами газообразные вещества или низкокипящие жидкости, со слабым запахом, хорошо растворимые в органических растворителях, практически нерастворимы в воде, негорючи , нетоксичны, разлагаются с образованием фосгенов. 19 Охлаждение хладонами Название фреона R21 Химическая формула CHCl2F Ткип, °С R22 CHClF2 –40,8 R23 CHF3 –82,2 R11 CCl3F +23,7 R12 CCl2F2 –29,8 R13 CClF3 –81,5 R113 CCl2F–CClF2 +47,5 R114 CClF2–CClF2 +3,5 R115 CClF2–CF3 –38 R123 CF3CHC12 27,90 R124 CHCFCF3 –11,00 R125 CHF2CF3 –48,50 R142b CH3CClF2 –9,80 +8,9 20 Охлаждение хладонами Фреоны получают из хлорпроизводных с достаточно подвижным атомом галогена: RCOCl > C6H5CH2Cl > CH2 = CHCH2Cl > RCl > ArCl Для замещения атомов галогена пользуются: AgF, HgF2, SbF3 21 Охлаждение хладонами Номенклатура X Y Z, где: Z – количество атомов фтора в молекуле, Y – число атомов водорода, увеличенное на единицу, X – число атомов углерода, уменьшенное на единицу (если последняя величина равна нулю, то цифру X опускают) 22 23 Перспективы замены фреонов CFC – полностью галогенированные хлорфторуглероды, применение которых стремительно сокращается; НFС – гидрофторуглероды без содержания хлора, в результате чего не производящие разрушающего воздействия на озоновый слой; FC – фторуглероды, содержащие только углерод и фтор; HCFC – гидрохлорфторуглероды, которые содержат хлор, но не являются полностью галогенированными. 24 Охлаждение аммиаком Аммиак, является экономичным, экологически безопасным и энергосберегающим хладагентом 25
