Процессы и аппараты пищевых производств (стр. 4 )

при постоянном давлении.

Представлены три опыта, для которых Δp3 > Δp2 > Δp1,

а доля осадка "x" у всех опытов одинакова.

Для одного опыта из графика определяют отрезок В и тангенс А. Далее рассчитывают сопротивление фильтровальной перегородки.

/37/

Удельное сопротивление слоя осадка

/38/

Запишем выражение для отрезка CD /рис. 57/

/39/

Как видно из /39/, величина отрезка CD не зависит от Δp, поэтому при постоянном "х" прямые линии всех трех опытов на рис. 57 сойдутся в одной точке C. C увеличением "x" отрезок CD будет уменьшаться.

В режиме постоянного давления возрастает толщина слоя осадка, следовательно, возрастает сопротивление, что согласно уравнению /31/ уменьшает скорость фильтрования.

2. Режим постоянной скорости.

В этом случае .

В уравнении /33/ отбрасываем знаки дифференциала

μ · rx · V2 + μ · Rф. п. · F · V= Δp· F2 ·τ

Делим на F2 · τ и записываем наоборот

Или

Δp = μrxWq + μRф. п.W

Обозначим константы

M = μ · r · x · W; N = μ · Rф. п. · W

Тогда получим уравнение

Δp = M · q + N /40/

Уравнение /40/ графически представлено на рис. 58.

Рис. 58. График для обработки опытных данных по фильтрованию

при постоянной скорости.

Из графика определяются отрезок N и тангенс M.

Сопротивление фильтровальной перегородки

/41/

Удельное сопротивление слоя осадка

/42/

Для обеспечения постоянной скорости фильтрования необходимо увеличивать движущую силу от Δp нач. до Δp кон. синхронно увеличению Rос. /т. е. l/ согласно уравнению /31/, что не совсем удобно для практики /для закрытых фильтров толщина слоя осадка не просматривается/.

3. Режим постоянного давления и постоянной скорости.

Применяется для промывки осадка методом вытеснения фильтрата из пор осадка. В этом случае

Δp = const;

Уравнение /31/ принимает вид:

Откуда

/43/

Уравнение /43/ графически представлено на рис. 59.

Рис. 59. График для обработки опытных данных по фильтрованию

при постоянном давлении и постоянной скорости.

До сих пор рассматривалось идеальное фильтрование для несжимаемых осадка и фильтровальной перегородки. В действительности они могут быть сжимаемы.

Учет сжимаемости осадка.

Проводится уравнением

r = r0 · ΔpS /44/

где S – показатель сжимаемости, S = 0 – 1, реже S > 1,

r0 – удельное сопротивление слоя осадка при Δp = 1.

Зависимость /31/ будет иметь вид:

/45/

Уравнение /45/ графически представлено на рис.60.

Рис. 60. Графическое представление скорости фильтрования

с учетом сжимаемости осадка.

1 – для несжимаемого осадка, 2 – для сжимаемого осадка, 3 – малоизученная область.

Из графика на рис. 60 определяется оптимальная движущая сила фильтрования Δp опт.

Учет сжимаемости фильтровальной перегородки.

Производится уравнением

/46/

Тогда уравнение /31/ примет вид

/47/

С учетом сжимаемости осадка и фильтровальной перегородки уравнение /47/ на графике рис. 58 примет вид, показанный на рис. 61.

Рис. 61. Учет сжимаемости осадка и фильтровальной перегородки

для режима постоянной скорости фильтрования.

1 – для несжимаемых осадка и фильтровальной перегородки,

2 – для сжимаемых осадка и фильтровальной перегородки.

В этом случае потребуется существенное увеличение перепада давлений для обеспечения постоянной скорости фильтрования.

Пути интенсификации процесса фильтрования

По уравнению /31/ скорость фильтрования

Откуда следуют три способа увеличения скорости фильтрования:

1/ увеличение движущей силы до Δp опт. /для сжимаемых осадков/,

2/ уменьшение вязкости фильтрата μ путем увеличения температуры /горячее фильтрование/,

3/ уменьшение толщины слоя осадка l /в динамических фильтрах осадок вообще отсутствует, там проводится сгущение суспензий/.

Другие методы фильтрования.

До сих пор рассматривалось фильтрование с образованием осадка. Возможно фильтрование с закупориванием пор фильтровальной перегородки. Закономерности фильтрования с закупориванием пор изучены слабо и расчеты проводятся на основе опытных данных.

К фильтрованию без образования осадка относят также ультрафильтрование и обратный осмос.

Ультрафильтрование – процесс концентрирования растворов высокомолекулярных веществ /молекулярная масса больше 500/ с одновременной их очисткой от низкомолекулярных веществ /очистка коллоидных растворов, масел и др., задерживаются частицы до 1/30 мкм/. Применяется давление 0,3-1 МПа.

Обратный осмос – процесс концентрирования раствора /включая все растворенные компоненты/ с одновременным выделением чистого растворителя /обессоливание воды/.

Фильтровальные перегородки – пористые мембраны /ацетат целлюлозы и др./.

Ультрафильтрование и обратный осмос относятся к процессам на молекулярном уровне, поэтому являются компетенцией курса физической химии.

Часть 4

Центрифугирование и псевдоожижение

ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ

Центрифуги нашли очень широкое применение на предприятиях пищевой и фармацевтической промышленности, а также в медицине, по сути дела вытеснив и отстойники, и фильтры.

Например, центрифуги применяются для сепарирования молока, крови, растительных масел, осветления душистых ингредиентов для пива, зеленого пива, фруктовых и овощных соков, вина, бочкового шампанского, сиропов, экстрактов чая и кофе, растворов инсулина, лечебной сыворотки, концентрирования и промывки дрожжей, идущих для выпечки хлеба, для пивоварения и кормовых дрожжей, а также пшеничного, кукурузного, картофельного, рисового и корневого крахмала, очистки и обезвоживания сливочного, оливкового, пальмового масел, а также рыбьего и китового жира и т. д.

Центрифуги классифицируются в первую очередь по фактору разделения:

/48/

где R – радиус ротора, м,

n – число оборотов ротора, об/мин.

ЦЕНТРИФУГИ

Выгрузка осадка

1. Ручная. 2. Гравитационная. 3. Инерционная. 4. Ножами. 5. Пульсирующим поршнем. 6. Шнеком. 7. Гидравлическая. 8. Вибрационная.

Маркировка центрифуг

По принципу разделения:

осадительные /осветляющие/ – 0,

разделяющие /сепарирующие/ – Р,

фильтрующие – Ф,

комбинированные – К.

По расположению и виду ротора:

горизонтальные – Г,

вертикальные – В,

наклонные – Н,

с упругой верхней опорой – У,

трубчатые – Т,

подвесные – П,

маятниковые – М.

По способу разгрузки:

ручная через борт – Б,

ручная через днище – Д,

ручная с разборкой – Р,

кассетная – К,

ножевая – Н,

гравитационная /саморазгрузка/ – С,

шнековая – Ш,

поршневая – Д,

инерционная – И,

вибрационная – В,

вибрационно-поршневая – Вп,

гидравлическая – Г.

По типу металла ротора:

углеродистая сталь – У,

легированная сталь – Л,

коррозионно-стойкая сталь – К,

титан – Т,

цветные металлы – М,

другие материалы – С.

Например, центрифуга марки НОГШ – 500К – 5 расшифровывается:

Н – нормальная,

0 – осадительная,

Г – горизонтальная,

Ш – шнековая выгрузка осадка,

500 – диаметр ротора в мм,

К – коррозионно-стойкая сталь,

5 – номер модели.

В медицинской практике широко используются ультрацентрифуги, ротор которых вращается в вакуумной камере с остаточным давлением 0,001 мм рт. ст. Применяются для разделения белков, вирусов, пигмен­тов, бульонов с бактериями и др. Размер вируса составляет 0,01 мкм. В настоящее время известны около 200 вирусов у человека и животных и столько же у растений.

Для выбора центрифуги необходимо знать:

а/ диаметр частиц,

б/ концентрацию суспензии,

в/ тип суспензии,

г/ производительность.

Производительность центрифуг

Осадительные

Схема центрифуги представлена на рис. 62.

Рис. 62. Схема осадительной центрифуги.

1 – суспензия, 2 – фугат, 3 – осадок, 4 – ротор, 5 – кожух.

1. Рабочий объем центрифуги

м3 /49/

2. Часовая производительность по суспензии:

/50/

3. Продолжительность цикла /пуск, осаждение, торможение, разгрузка/

/51/

4. Продолжительность осаждения.

Скорость осаждения частиц

/52/

Откуда

/53/

Продолжительность осаждения по формуле /53/ определяется по графику, который представлен на рис. 63.

Рис. 63. График для определения продолжительности осаждения.

S – площадь под кривой, а – масштаб графика.

Для оценки эффективности работы осадительных центрифуг применяется индекс производительности

/54/

где n = 1 для ламинарного режима осаждения,

Fср = π · H · (R1 + R2)

∑ – поверхность отстойника, производительность которого одинакова с центрифугой.

Общий диапазон

∑ = м2

Для трубчатых сверхцентрифуг ∑ = м2

для сепараторов ∑ = м2

Фильтрующие

Схема центрифуги представлена на рис. 64.

Рис. 64. Схема фильтрующей центрифуги.

1 – суспензия, 2 – фильтрат, 3 – ткань, 4 – осадок, 5 – ротор.

1. Часовая производительность центрифуги

Vчас = 3600 · V/τ цикла

где V – объем пропущенного фильтрата, м3.

2. Продолжительность цикла /пуск – фильтрование – промывка – торможение – разгрузка/

τцикла = τп + τф + τпр. + τт + τр

3. Давление фильтрования

Па /55/

4. Продолжительность фильтрования

Δpц = const; Rф. п. = 0, тогда С = 0

Уравнение фильтрования принимает вид

q2 = K · τ, откуда ; /56/

Прочность роторов центрифуг

Давление на стенку ротора

Па, /57/

может достигать 5 МПа.

Коэффициент заполнения ротора

/обычно 0,5/ /58/

'Толщина стенки ротора

м /59/

где

;

σ – допускаемое напряжение /118 МПа /.

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ОСАЖДЕНИЕ

Разделение жидких неоднородных систем под действием центробежных сил осуществляется также в гидроциклонах. Принцип действия последних аналогичен циклонам. Схема гидроциклона представлена на рис. 65.

Рис. 65. Схема гидроциклона.

1 – суспензия, 2 – осветленная жидкость, 3 – шлам.

Обычные габариты гидроциклона D = 300-350 мм, H = 1-1,2 м /грубый классификатор/.

С диаметром D = 100 мм и менее – сгуститель суспензии.

С диаметром D = 100-15 мм – мультигидроциклоны – применяются для осветления тонких суспензий.

Разделяются частицы размеров 5-150 мкм.

Производительность

м3/час /60/

где dсл – диаметр сливного патрубка, м,

D – диаметр корпуса, м,

Δp – перепад давления в гидроциклоне, Па.

Достоинства: низкая стоимость, большая производительность, отсутствие вращающихся частей.

3/ ПСЕВДООЖИЖЕНИЕ

В общем под псевдоожижением понимают превращение слоя зернистого материала в псевдооднородную систему, которой присущи многие свойства капельных жидкостей.

Псевдоожижение широко применяется в пищевой и фармацевтической промышленности: получение воздушной кукурузы, сушка зерна, поварен­ной соли, покрытие оболочкой лекарственных таблеток и сельскохозяйственных семян и др.

Характеристики слоя твердых частиц

Представим на рис. 66 в крупном плане слой зернистого материа­ла, расположенный на решетке в цилиндрическом аппарате. Снизу подается газ или жидкость.

Рис. 66. Схема слоя зернистого материала в цилиндрическом аппарате.

Обозначим:

d – диаметр частиц, м,

– сечение аппарата, м2,

W0 – фиктивная скорость газа /в свободном сечении/, м/с,

W – действительная скорость /в каналах слоя/, м/с,

V = S · H – объем слоя, м3,

V = Vч + Vж – объем частиц и жидкости /газа/ в слое, м3,

Мт – масса частиц в слое, кг,

– плотность частиц, кг/м3,

– насыпная плотность, кг/м3.

/61/

Для неподвижного слоя порозность составляет 0,35-0,45 и ориен­тировочно принимается равной 0,4.

x = 1 - ε

Уравнение постоянства объемного расхода газа /жидкости/

В свободном сечении В слое зернистого

аппарата материала

Ve = S · W0 = Sсвоб. · W м3/с /62/

Принимаем ориентировочно Sсвоб. ≈ S · ε, тогда

Представим условно один цилиндрический канал в слое, как это показано на рис 67.

Рис. 67. Условный цилиндрический канал в слое зернистого материала.

Поверхность цилиндрического канала

F = πdэ · H, откуда πdэ =

Cмоченный периметр

П = πdэ =

Для слоя зернистого материала принимается допущение:

– суммарная поверхность всех каналов равна суммарной поверх­ности всех частиц.

F = Fч

Поверхность частиц

Fч = S · H · a

где a – удельная поверхность частиц, м2/м3.

Смоченный периметр каналов

Эквивалентный диаметр каналов

Удельная поверхность частиц /N – число частиц в cлое/

Теперь

/63/

Для частиц неправильной формы вводится Φ – фактор формы.

Процессы,

протекающие в слое зернистого материала.

Представим слой зернистого материала /кварцевый песок/ в цилиндрическом аппарате с дифманометром. Снизу в аппарат подается воздух, дифманометр залит подкрашенной водой. Схема аппарата показана на рис. 68.

Рис. 68. Схема цилиндрического аппарата со слоем зернистого

материала и дифманометром.

На установке снимаются: показания ротаметра /число делений/ и дифманометра /Δh мм/. Далее по градуировочному графику число делений ротаметра переводится в расход газа / Vc м3/с/. Рассчитывается фиктивная скорость газа

Перепад давлений в слое, определяемый дифманометром,

рассчитывается приближенно по формуле

Опытные данные позволяют построить графическую зависимость Δp = f(W0), которая в общем виде представлена на рис. 69.

Рис. 69. Кривая идеального псевдоожижения

1 – неподвижный слой /фильтрование воздуха/, 2 – псевдоожиженный слой: а/ спокойное псевдоожижение, б/ кипящий слой, в/ слой с барботажем больших пузырей, 3 – унос частиц.

По графику на рис. 69. определяются первая и вторая критические скорости /начало и окончание псевдоожижения/. В процессе псевдоожижения слой расширяется, его высота увеличивается, порозность слоя изменяется от 0,4 /т. А/ до 1,0 /т. В/. Для работы промышленных аппаратов обычно принимается порозность, равная 0,75, что соответ­ствует рабочей скорости псевдоожижения /W раб./. Отношение рабочей скорости к первой критической называется числом псевдоожижения:

/64/

Зависимость Δp = f(W0) отражает структуру и поведение слоя. Некоторые примеры приведены на рис. 70-73.

I

Рис. 70. Слой с адгезией /сцеплением/ частиц.

Требуется небольшой перепад давлений, чтобы устранить адгезию.

Рис. 71. Слой с поршневым уносом частиц.

Перепад давлений в области уноса увеличивается для преодоления сил трения поршней о стенки аппарата.

Рис. 72. Слой с каналообразованием.

Открытие и закрытие каналов создают пульсирующую кривую псевдоожижения.

Рис. 73. Фонтанирующий слой.

Требуется значительный перепад давлений для образования осевого канала в слое.

Расчетные зависимости

Неподвижный слой Кипящий слой

H0 · S · (1 – ε) = Hпс. · S · (1 – ε)

Откуда высота кипящего слоя

/65/

Откуда

p1 – p2 ≈ Δpn /66/

p1 · S + A – GT – p2 · S = 0

GT – A = (p1– p2) · S

g(ρT – ρC) · (1 – ε) · H · S = Δp · S

Откуда высота слоя

/67/

Для расчета "Н" Δp принимают или рассчитывают.

По формуле Дарси-Вейсбаха /внутренняя задача гидродинамики/

/68/

а/ Re < 1, λ = 133/Re – ламинарный режим,

б/ Re > 7000, λ = 2,34 – турбулентный режим,

в/ l = H,

г/ ,

д/ ,

е/

Выражения а/ – е/ подставляем в формулу /68/:

/69/

Формулу /69/ опубликовал в 1952 г. американский ученый Эрган /S. Ergun/. Первое слагаемое формулы учитывает ламинарный режим, второе – турбулентный режим.

Балане сил, действующих на одиночную частицу в состоянии витания, будет таким же, как и /14/, только сила сопротивления будет называться силой кинетического /скоростного/ давления.

Для учета ансамбля частиц в зависимость /16/ вводят порозность:

/70/

Зависимость /70/ была опубликована в 1958 г. ленинградскими авторами: , , c, – в виде

/71/

Для расчета первой критической скорости порозность слоя прини­мается равной 0,4 и формула /71/ будет иметь вид:

/72/

Для расчета второй скорости /критической/ псевдоожижения порозность слоя принимается равной 1,0 и формула /71/ будет иметь вид:

/78/

Для расчета любой скорости псевдоожижения /в том числе и рабо­чей/ применяется графическая зависимость критерия Лященко от крите­рия Архимеда и порозности:

/74/

где .

Графическая зависимость /диаграмма/ /74/ представлена на рис. 74.

Рис. 74. Зависимость критерия Ly от критерия Ar и порозности

4/ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ

Цель перемешивания заключается в снижении градиента концентра­ции или температуры, либо обоих одновременно, в перемешиваемой среде.

Применяется как самостоятельный процесс для получения однородной смеси или как средство для интенсификации тепловых, массообменных и химических процессов.

Перемешивающее оборудование разделяют на четыре основные группы:

1. Перемешивание газов.

Различают перемешивание:

а/ нескольких газов /У-образное соединение труб, сопло, вентилятор/,

б/ газы и пары /то же/,

в/ газы и жидкости /диспергирование – сопло, центробежные разбрызгиватели и др./,

г/ газы и твердые вещества /пневмотранспорт, взвешенный слой/.

Перемешивание в газовой среде редко применяется как самостоятельный процесс и обычно рассматривается совместно с другими процессами /абсорбция, сушка и др./.

2. Перемешивание ньютоновских жидкостей.

Различают перемешивание:

– циркуляционное,

– струйное,

– барботажное,

– ультразвуковое /акустическое/,

– пульсационное,

– механическое с помощью мешалок:

– лопастные,

– пропеллерные,

– турбинные,

– специального типа.

Некоторые виды перемешивания и типы мешалок представлены на рис. 75-88.

3. Перемешивание неньютоновских жидкостей

Проводится с помощью мешалок и смесителей.

4. Перемешивание твердых сыпучих материалов.

Проводится в смесителях. Различают смесители:

МЕХАНИЧЕСКОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ НЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Теоретические основы

Движение потока перемешиваемой жидкости, вызываемое мешалкой, очевидно, можно описать дифференциальным уравнением Навье-Стокса, которое после преобразования согласно теории подобия приводится к критериальному уравнению /11/. Для стационарного процесса перемеши­вания выпадает критерий Н0, тогда уравнение /11/ примет вид:

/75/

Раскрывая критерии подобия, получим функциональную зависимость между величинами:

/76/

Однако при перемешивании в жидкой среде мы имеем сложную эпюру распределения скоростей и давлений в аппарате с мешалкой. Схема аппарата представлена на рис. 89.

Рис. 89. Схема аппарата с перегородками и мешалкой.

Можно предположить, что скорость движения жидкости в любой точке аппарата будет пропорциональна числу оборотов мешалки и диа­метру мешалки:

/77/

Мешалку можно рассматривать как насос, тогда полезная мощность

/78/

В свою очередь расход жидкости будет зависеть от скорости и диаметра аппарата:

/79/

Таким образом от зависимости /76/ мы переходим к зависимости /80/:

/80/

Методом анализа размерностей зависимость /80/ переводятся в критериальное уравнение:

/81/

где

– критерии мощности,

– центробежный критерий Рейнольдса,

– центробежный критерий Фруда.

– геометрический симплекс.

Для механического перемешивания геометрических симплексов может быть несколько /все параметры относятся к диаметру мешалки/:

; ; ; .

При условии геометрического подобия /Г = const и переходят в константу "С"/ и при отсутствии воронки /≈ 0, для устране­ния воронки устанавливают перегородки/ уравнение /81/ принимает вид:

/82/

Общий вид зависимости /82/, полученный опытным путем, представлен на рис. 90.

Рис. 90. Общая зависимость критерия мощности от критерия Рейнольдса.

Режимы перемешивания и расчет полезной мощности

На графике рис. 90 можно отметить четыре характерных области.

; N μ /83/

В ламинарном режиме мощность, потребляемая мешалкой, пропорциональна вязкости среды.

; N μ /83/

В турбулентном режиме мощность перемешивания пропорциональна плотности среды.

Рис. 91. Перемешивание с образованием воронки.

1 – область вынужденного вихря, где собираются частицы суспензии.

Мощность двигателя мешалки

Определяется по формуле

, /85/

где η = 0,6 – 0,9 – кпд мешалки.

Для ньютоновских жидкостей пусковой момент не учитывается.

Интенсивность и эффективность перемешивания

Если τ – время для достижения определенного технологического результата, то произведение

τ · n /86/

может служить показателем интенсивности мешалки. Самой интенсивной признается турбинная мешалка.

Произведение

N · τ /87/

может служить показателем эффективности мешалки. Самой эффективной признается пропеллерная мешалка.

Пути интенсификации перемешивания.

Основные трудности при моделировании механического перемешива­ния в турбулентном режиме возникают из-за изменения масштаба турбулентности /размер вихря и путь его смешения/. В малом объеме аппарата соответственно невелик масштаб турбулентности и перемеши­вание осуществляется более интенсивно, чем в большом объеме аппарата.

В соответствии с этим можно отметить следующие пути интенсифи­кации процесса перемешивания.

НЕНЬЮТОНОВСКИЕ ЖИДКОСТИ

Методика определения мощности механического перемешивания

мин-1 /88/

Для псевдопластичной жидкости принимается k = 13, для бингамовской k = 10, для дилатантной .

Рис. 92. Реологическая характеристика дилатантной жидкости.

Эффективная вязкость для т. А

/89/

/90/

Рис. 93. Зависимость критерия мощности от числа Рейнольдса
для неньютоновских жидкостей

Полезная мощность

/91/

, /92/

где – кпд привода,

– мощность пуска /определяется по эмпирическим формулам/.

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Тепловые процессы представляют собой переход тепла от одного теплоносителя к другому и подчиняются основному уравнению теплопередачи:

/93/
где Q – расход тепла от первого теплоносителя ко второму, Вт,

К – коэффициент теплопередачи, Вт/м2.K,

F – поверхность теплопередачи, м2,

– средняя разность температур между теплоносителями, К/ºС.

К тепловым процессам относятся.

Температура /t/ уменьшается, t < tнач.

tконд. = const.

tисп. = const.

Частные случаи.

КИПЕНИЕ – испарение жидкости при tкип. = const.

ВЫПАРИВАНИЕ – кипение растворов твердых нелетучих веществ при tкип. = const.

ВОЗГОНКА – /сублимация/ – перевод твердого вещества в парообразное состояние, минуя жидкую вазу.

tвозг. = const.

Классификация тепловых процессов в развернутом виде c указанием аппаратуры представляется ниже.

Тема: "Нагревание, охлаждение и конденсация" – предлагается студентам для самостоятельного изучения по учебнику /глава седьмая/. [1, 1972 г. – стр. 160-181] .

Классификация теплообменников и основы их конструктивного рас­чета представлены в пособии:

Тепловые процессы. Методические указания по лекционному курсу. /Сост.: , / - Ярославль, ЯПИ,1982. – 26 с.

Дополнительные рисунки с небольшими пояснениями представлены далее на стр./данные МКТИ/.

Из этой тематики более подробно мы рассмотрим обработку опытных данных по лабораторной работе №23 "Испытание элементного теплообменника" и полные тепловые расчеты дефлегматора и кипятильника для курсового проекта по ректификации.

СПОСОБЫ ПОДВОДА И ОТВОДА ТЕПЛА В ПРОМЫШЛЕННОЙ
АППАРАТУРЕ. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ.

В нефтехимическая
промышленность" href="/text/category/himicheskaya_i_neftehimicheskaya_promishlennostmz/" rel="bookmark">химической промышленности применяются различные способы подвода и отвода тепла.

Для подвода тепла использует электроэнергию, топочные газы, полученные сжиганием газообразного, жидкого или твердого топлива, и промежуточные теплоносители. В ряде случаев источни­ками тепла служат экзотермические процессы в химических реакторах; здесь отбор тепла, необходимый с технологической точки зрения, позволяет в то же время утилизировать его, что повышает экономичность производства.

Выбор способа подвода тепла и выбор теплоносителей опреде­ляются потребной температурой, технологическими и технико-экономическими соображениями.

При электрообогреве тепло может подводиться в нагреватель­ных устройствах с электросопротивлением или внешним индукционным обогревом (рис. Т-I), токами высокой частоты (рис.2), а так­же в электродуговых печах. При этом достигаются высокие температуры (при нагревании электросопротивлением – порядка 1000 °С, а при электродуговом нагреве – насколько тысяч градусов). Тем­пература может легко регулироваться отключением или включением части элементов или изменением напряжения. Установки с электрообогревом – весьма компактны. Однако их распространение лимитируется дефицитностью и сравнительно высокой стоимостью электро­энергии.

Обогрев топочными газами осуществляют либо непосредственно в печах, либо – в вынесенных теплообменниках (рис. 3). Такой способ подвода тепла прост, обеспечивает достижение высоких температур (до ~1000 °С), однако обладает рядом существенных недостатков: опасность взрывов и пожаров, невозможность быстрого и точного регулирования температуры, громоздкость установок из-за низких коэффициентов теплоотдачи от газов (10-60 Вт/м2.К) и низкой объемной теплоемкости последних.

Для подвода тепла при более низких температурах (до нескольких сот градусов) предпочитают использовать промежуточные теплоносители.

Наиболее широко распространенным теплоносителем при необходимости

обеспечения температуры не выше 180-200 °С является насы­щенный водяной пар. При возможности транспортирования на боль­шие расстояния он обладает рядом существенных достоинств: дос­тупность: высокий коэффициент теплоотдачи (~ 10000 Вт/м2), обеспечивающий

компактность установки; высокая теплота конденсации, обеспечиваю­щая низкий его расход; равномерность обогрева и возможность тонкого регулирования температуры изменением давления.

На рис.4 показан обогрев "острым", а на рис 5 – "глухим" паром. При наиболее широко распространенном способе использования водяного пара в поверхностных теплообменниках ("глухой" пар) достижение полной конденсации пара в теплообменном аппарате обеспечивается установкой на выходе из него конденсатоотдатчиков (рис.5 и 6).

Для работы при более высоких температурах, чем те, которые достигаются с помощью водяного пара, применяют высокотемпературные теплоносители – парообразные и жидкие.

Среди паровых органических теплоносителей наибольшее рас­пространение нашла дифенильная смесь, содержащая около трех четвертей дифенилового эфира и около четверти дифенила. При атмосферном давлении жидкая дифенильная смесь кипит при 258 °С,
а при повышенном давлении (~8 ат) ее можно применять до ~ 400 °С (выше начинается интенсивное разложение смеси). Дифенильная смесь, хотя и горюча, но практически взрывобезопасна и нетоксична.

Пары высококипящих органических жидкостей, как и водяной пар, получают в котлах, обогреваемых топочными или технологи­ческими газами (в последнем случае котлы называют котлами-утилизаторами) и направляют для использования в теплообменники; образовавшийся в последних конденсат вновь возвращают в котел.

При использовании жидких высокотемпературных теплоносите­лей применяют либо обогрев с помощью рубашек (бань), либо (ча­ще) циркуляционный обогрев (рис.7). Среди таких теплоносителей можно назвать перегретую воду при давлениях и температурах, близких к критическим (ею можно греть до 300-350°С), минераль­ные масла, органические и кремнийорганические соединения (в том числе и уже упоминавшуюся, жидкую дифенильную смесь), рас­плавленные соли и металлы (последние применяют при температурах вплоть до ~ 1000°С). '

Отвод тепла чаще всего осуществляют с помощью естественных

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4