+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype
ГлавнаяО ТБОЛитератураПроцессы и аппараты переработки промышленных отходов (учебное пособие)Теплообменные процессы, используемые при переработке отходов

Теплообменные процессы, используемые при переработке отходов

Теплообменные процессы, широко используемые при различных способах утилизации отходов, реализуются с помощью аппаратов, выполняющих функции нагревателей, охладителей, кипятильников, испарителей, конденсаторов и т.п. Теплообменные процессы лежат в основе работы ректификационных, сорбционно-десорбционных, выпарных, экстракционных, сушильных и других установок.

Теплообменом называется самопроизвольный перенос тепла между телами, имеющими различную температуру; тепло может передаваться теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. Теплообменные процессы осуществляются с помощью теплоносителей, которые аккумулируют тепло источника и отдают его в теплообменных аппаратах. Теплоносители имеют ограниченные температурные диапазоны применения.

При выборе теплоносителей учитывают их стоимость, возможность безопасной работы, интенсивность теплообмена, который они обеспечивают, коррозионную активность и другие факторы. Основными теплоносителями являются вода, водяной пар и топочные газы; в ряде случаев для этих целей используют высококипящие жидкости, расплавы солей, металлов и другие вещества. Некоторые процессы осуществляются с использованием электронагрева.

Горячую воду используют для нагрева до 100 °С. Перегретый пар легко обеспечивает нагрев до 200 °С и выше, однако такая температура достигается при давлении пара около 0,2 МПа. Высококипящие жидкости можно использовать при необходимости нагрева до 400 °С. Еще больший нагрев (до 550 °С) обеспечивают расплавы солей, но их применение требует высокой герметичности оборудования и защиты последнего инертным газом.

Расплавы металлов и сплавов могут использоваться при температурах 300-800 °С. В качестве теплоносителей применяют литий, натрий, калий, ртуть, свинец и ряд сплавов. Использование расплавов металлов, так же как и расплавов солей, требует специального защищенного инертным газом и тщательно герметизированного оборудования. Они находят применение в теплообменных аппаратах, работающих на атомных электростанциях.

Одним из наиболее распространенных теплоносителей при переработке отходов являются топочные газы, с помощью которых возможен нагрев до температуры около 1100 °С.

Помимо нагревания при переработке отходов часто используется охлаждение. Наиболее распространены в качестве охлаждающих агентов вода и воздух. Вода позволяет охлаждать до температуры не ниже 4 °С (артезианская вода), а лед - до 0 °С. Более низкую температуру обеспечивают смеси льда с солями. Для создания низких температур в промышленности используют холодильные установки, работающие с применением различных хладонов. Более глубокое криогенное охлаждение реализуется с помощью жидких газов. В частности, жидкий азот имеет температуру -195,8 °С.

К теплообменным аппаратам относятся любые установки, в которых происходит теплообмен между двумя и более средами: подогреватели, испарители, конденсаторы, паровые котлы, кипятильники, скрубберы, и др. По принципу работы различают поверхностные, смесительные и регенеративные теплообменные аппараты.

Наибольшее распространение получили поверхностные теплообменники, в которых теплота передается через стенку аппарата. К ним относятся кожухо-трубчатые, оросительные, погружные змеевиковые, пластинчатые, спиральные, оребренные, блоковые, шнековые теплообменные аппараты, а также теплообменники с рубашкой.

На рис. 47 показано устройство кожухотрубчатого теплообменника. Модель аппарата, его производительность и размеры выбираются на основе технического проекта из каталога.

На рис. 48 приведена конструкция барабанной контактной сушилки со специальной трубчатой рубашкой обогрева. Такие аппараты применяются для сушки материалов, контакт которых с теплоносителем недопустим.

Горизонтальный холодильник с неподвижными трубными решетками
Рис. 47. Горизонтальный холодильник с неподвижными трубными решетками и температурным компенсатором на кожухе

1 - крышка камеры; 2 -распределительная камера; 3 - кожух; 4 – теплообменные трубы; 5 - опора; 6 - трубная решетка; 7 - крышка

При выборе теплообменных аппаратов учитывают тепловую нагрузку, температуру процесса, физико-химические свойства рабочих сред, условия теплообмена, материалы, из которых они изготовлены, стоимость аппарата и эксплуатационные расходы, простоту конструкции, возможность ремонта и другие факторы.

Барабанная контактная сушилка
Рис. 48. Барабанная контактная сушилка

1 -камера загрузки; 2 - дымовая камера; 3 -трубы; 4 -разгрузочная камера

При организации теплообменных процессов целесообразно использовать вторичные энергоресурсы, образующиеся в технологических процессах. Рациональное использование вторичных энергоресурсов снижает эксплуатационные затраты на топливо и уменьшает загрязнение окружающей среды.

При расчете теплообменных систем исходят из уравнения теплового баланса, предполагающего, что количество тепла, отдаваемого теплоносителем Q1, равно количеству тепла, полученного нагреваемой средой Q2.

Q1 = Q2 (35)

и, пренебрегая теплопотерями,

где G1 и G2 - количество теплоносителя и теплопотребителя; C1 и C2 -теплоемкость теплоносителя и теплопотребителя; в1н и в1к - начальная и конечная температура теплоносителя; O2n и O2k

Поверхность теплообменника рассчитывают по уравнению:

где F - поверхность теплообменника, м(2) ; Q - тепловая нагрузка теплообменного аппарата, Вт; o - толщина стенки теплообменника, м; &#947 - средняя разность коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); температур поверхностей стенки, К.

В общем случае теплообменная система может состоять из совокупности внутренней и внешней подсистем. Внутреннюю подсистему образуют рекуперативные теплообменники, в которых происходит взаимный теплообмен между исходными и промежуточными потоками. Внешнюю подсистему образуют вспомогательные теплообменники, в которых идет теплообмен исходных и результирующих потоков с потоками хладагентов.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока