1.2 Энергетические характеристики
теплотехнологических
процессов и
установок средне- и низкотемпературного уровня
Теплоиспользующие установки на промышленных предприятиях (ТИУ) составляют широкий класс установок и аппаратов, в основе которых лежит использование тепла различных теплоносителей [9]. Многообразие принципов работы и конструкций теплоиспользующих установок обусловлено тем, что они используются практически на каждом предприятии и в большинстве технологических процессах.
Так, например, при термической переработке (крекинге) сернистой нефти (рисунок 1.37) нагрев, разложение и преобразование нефтяного сырья осуществляется в специальных теплообменных установках и реакционных аппаратах:
· Каталитический крекинг (разложение, пиролиз нефти) – трубчатая или нагревательно-реакционная печь, ректификационная колонна (крекинг-колонна), теплообменники, регенераторы, холодильники;
· Каталитический риформинг (ароматизация бензиновых фракций) – насадочные и безнасадочные реакторы, абсорберы и холодильники;
· Каталитическая изомеризация (повышение октанового числа бензиновых фракций) – реакторы, колонны, холодильники;
· Гидроочистка (разрушение серосодержащих соединений) – реакторы, теплообменники, абсорберы, холодильники.
Классификация ТИУ по назначению рассмотрена во введении (теплообменные аппараты, сушильные и холодильные установки и т.д.). Существуют и другие виды классификации. Так, например, ТИУ могут классифицироваться:
1) по виду теплообмена в установке:
· рекуперативные,
· регенеративные,
· смесительные;
2) по принципу действия:
· аппараты непрерывного действия,
· аппараты периодического действия;
3) по изменению агрегатного состояния теплоносителей и т.д.
В качестве теплоносителя в ТИУ могут использоваться различные газообразные и жидкие вещества, твердые тела. Наиболее широкое применение находят: водяной пар, горячая вода, продукты горения топлива, масла, различные растворы солей, жидкие расплавленные металлы и взвешенные в газовом потоке твердые частицы. Каждый теплоноситель обладает определенными достоинствами и недостатками, определяющими области и границы их применения.
1 – нефть, 2 – фракция
нефтяного конденсата (н.к.) 62°С, 3 – фракция н.к. 60-180°С,
4 – фракция 180-360°С, 5 –
газ, 6 – котельное топливо (мазут), 7 – водород, 8 – бензин, 9 – газ на
разделение на компоненты, 10 – сжиженный газ, 11 – сухой газ,
12 – сероводород, 13 – сера,
14 – дизельное топливо, 15 – парафин
Рисунок 13.7 – Поточная схема неглубокой переработки сернистой нефти
Водяной пар, являющийся одним из основных и наиболее часто применяемых теплоносителей, обладает следующими достоинствами:
· возможность транспортировки теплоносителя на большие расстояния;
· высокий коэффициент теплоотдачи при конденсации теплоносителя;
· выделение при конденсации скрытой теплоты парообразования, позволяющей уменьшить расход теплоносителя;
· конденсация при постоянной температуре, что позволяет осуществлять стационарный (по температуре) технологический режим.
К недостаткам водяного пара как теплоносителя следует отнести необходимость поддержания постоянного давления.
Горячая вода, как теплоноситель, имеет относительно высокий коэффициент теплоотдачи и применяется в основном для низкотемпературных процессов (например, для целей отопления). По сравнению с водяным паром горячая вода имеет более низкую температуру, величина которой лимитируется давлением воды (ограничивается температурой кипения, зависящей от давления).
Продукты горения топлива позволяют осуществлять нагрев технологического материала до любой температуры при малом давлении газов. К недостаткам продуктов горения топлива относится низкий коэффициент теплоотдачи, определяющий большие поверхности теплообмена (громоздкость аппарата), а также невозможность транспортировки газов на большие расстояния.
Область применения других теплоносителей определяется их температурными характеристиками (таблица 1.3).
Таблица 1.3 – Температурные характеристики
теплоносителей
|
№№ п/п |
Наименование теплоносителя |
Температуры |
|
|
Отвердения |
Кипения |
||
|
1 |
Минеральные масла |
0-15 |
215 |
|
2 |
Дифенил |
69,5 |
255 |
|
3 |
Глицерин |
-17,9 |
290 |
|
4 |
Кремний
органические соединения |
-(30-40) |
440 |
|
5 |
Натрий |
97,8 |
883 |
Теплоносители, приведенные в таблице 1.3, в технической литературе называются высокотемпературными теплоносителями (ВТТ).
Требования, предъявляемые к ВТТ:
· высокая температура кипения;
· большой коэффициент теплоотдачи;
· низкая температура отвердевания;
· малая химическая активность с металлом аппарата (антикоррозионные свойства);
· нетоксичность (безвредность);
· термическая стойкость;
· дешевизна.
В качестве теплоносителей могут использоваться химически
изменяющиеся вещества, которые при диссоциации и рекомбинации существенно интенсифицируют
теплообмен. Так, например, при разложении хлористого аммония 
до 
и 
поглощается 3300 кДж
тепла, что в 1,5 раза больше, чем скрытая теплота парообразования водяного
пара. В качестве теплоносителей могут использоваться также холодильные агенты,
кипящие при температурах ниже 0°С (например, фреоны).