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* 项目3 加热剂和冷却剂的使用 主讲教师 王壮坤 任务3.1 五种加热剂和冷却剂的特性及使用 案例引入: 北京延庆县化肥厂一台换热器发生爆炸,12人烧伤,其中死亡1人,重伤1人。 原 因:设备、操作混乱、 热水产生蒸汽造成高压 给我们的启示 规范操作、掌握加热剂的特性和使用注意事项 流动性好,传热效率高,操作简单。 一氧化碳、二氧化碳等混合气体 873~1173 烟道气 流动性好,最高工作温度可达600℃的高温。熔盐加热装置应具有高度的气密性,并用惰性气体保护。由于硝酸盐和亚硝酸盐混合物具有强氧化性,因此应避免和有机物质接触。 硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠混合物 573~773 熔盐 使用温度高(最高可达400℃),蒸气压低,不用高压就能够得到高温,使用方便,既可用于加热又可用于致冷。 烃、醚、醇、硅油、含卤烃及含氮杂环 473~623 导热油 无毒、腐蚀性小。可利用二次热源,节约能量。热水通常可使用锅炉热水和从换热器或蒸发器得到的冷凝水。和蒸汽冷凝相比,给热系数低许多,加热的均匀性不好。使用高压热水时对设备的强度要求和操作费用都很高。 373~573 热水或 高压热水 水蒸气是最常用的加热剂。优点:汽化潜热大,蒸汽消耗量相对较小;在给定压力下,冷凝温度恒定,故在有必要时,可通过改变加热蒸汽的压力来调节其温度;蒸汽冷凝时给热系数很大,能够在低的温度差下操作;价廉、无毒、无失火危险等。 缺点:饱和温度与压力一一对应,且对应的压力较高,甚至中等饱和温度(200℃)就对应着相当大的压力(1.56×106Pa),对设备的机械强度要求高,投资费用大。 用水蒸气加热的方法有两种:直接蒸汽加热和间接蒸汽加热。当间接蒸汽加热时,为了使冷凝液能够顺利排出而不带走蒸汽,需要设置冷凝水排除器 饱和水蒸气、过热蒸汽 水蒸气 特点 组成 温度范围(K) 加热剂 一、常用的加热剂 二、常用的冷却剂 工业生产中,使用最普遍的冷却剂是水和空气,可得到10~30℃的冷却温度。 水的主要来源是江河和地下,江河水的温度与当地气候以及季节有关,通常在10~30℃左右,地下水的温度则较低,大约在4~15℃左右。 为了节约用水和保护环境,生产上大多使用循环水,在换热器内用过的冷却水,送至凉水塔内,与空气逆流接触,部分汽化而冷却,再重新作为冷却剂使用。冷却水可用于间壁式换热器和混合式换热器中。 由于工业用水常常会被污染,要求在最终排放前,必须进行水质净化,达到排放标准。 二、常用的冷却剂 空气作为冷却剂,适用于有通风机的冷却塔和有增大的传热面的换热器(如翅片式换热器)的强制冷却。空气作为冷却剂的优点是不会在传热面产生污垢。其缺点是给热系数小,比热容较低,耗用量较大,达到同样的冷却效果,空气的质量流量大约是水的5倍。 若要冷却到0℃左右,工业上通常采用冷冻盐水(如氯化钙溶液),由于盐的存在,使水的凝固温度大为下降(其具体数值视盐的种类和含量而定),盐水的低温由制冷系统提供。 此外,为了得到更低的冷却温度或更好的冷却效果,还可借助于制冷技术,使用沸点更低的制冷剂,如液氨等。 三、加热剂和冷却剂选择原则: 根据工艺物料被加热或冷却的程度决定, 能量综合利用,提高经济效益的目的。 当生产系统中无可利用为加热剂(或冷却剂)的流体时,一般以水蒸气为加热剂,以水、空气为冷却剂。 四、能量的综合利用原则 充分回收工艺过程中的废热 合理使用不同质级的热能 任务3.2 加热剂和冷却剂的用量及调节 案例引入: 橡胶制品硫化促进剂生产反应器爆膜事故 任务3.2 加热剂和冷却剂的用量及调节 原 因: 反应为放热反应,没有及时移走热量,温度升高,压力升高,防爆膜击穿,造成喷料 给我们的启示 会确定载热体用量,并能根据操作参数调节其用量 1.区别 传热速率: 换热器单位时间能够传递的热量,是换热器的生产能力;主要由换热器自身的性能决定。 热负荷: 生产上要求换热器单位时间传递的热量,是由生产任务决定的。 (一)热负荷与传热速率的关系 2.联系 为确保换热器能完成传热任务,换热器的传热速率须大于至少等于其热负荷。 一、换热器的热负荷 换热器在单位时间内冷、热流体所交换的热量称为换热器的热负荷。 (二)热负荷的计算 1.热量衡算 Qh=Qc+QL 式中 Qh——热流体放出的热量,W; Qc——冷流体吸收的热量, W; QL——热损失, W。 2.热负荷Q的确定 (1)若热损失可以忽略不计, 则 Qh=Qc Q=Qh=Qc (2)若热损失不可以忽略不计, 则 Qh≠Qc
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