工业加热载体与冷却剂方法及过程.doc

工业加热载体与冷却剂方法及过程化工生产中的换热通常在两流体之间进行，但是换热的目的不尽相同。主要有两种，或是将工艺流体加热(汽化)，或是将工艺流体冷却(冷凝)。一加热剂与加热方法(一)水蒸气水蒸气是最常用的加热剂。通常，使用饱和水蒸气，在蒸汽过热程度不大(过热20一30C)的条件下，允许使用过热蒸汽。采用水蒸气作为加热剂的主要优点是：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。蒸汽冷凝时的给热系数很大a500015000W(m2.K)，能够在低的温度差下操作；价廉、无毒无失火危险等。水蒸气的主要缺点是：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(156x106Pa)，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。当直接蒸汽加热时，水蒸气直接引入被加热介质中，并与介质混合。这种方法适用于允许被加热介质和蒸汽的冷凝液混合的场合。直接蒸汽由鼓泡器引入，鼓泡器通常布置在设备底部，鼓泡器一般为开有许多鼓泡器通常布置在设备底部，鼓泡器一般为开有许多小孔的盘管，蒸汽鼓泡时，通过并搅拌液层，与介质直接换热。当间接蒸汽加热时，通过换热器的间壁传递热量。当蒸汽在换热器内没有完全冷凝时，一部分蒸汽将随冷凝液排出，造成蒸汽消耗量增加，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，最常用的排除器为浮球式冷凝水排除器。图95为一闭式浮球冷凝水排除器，由外壳、导向管、浮球(含导向杆)、针形阀等构成。蒸汽和冷凝水的混合物进入外壳内，当外壳内液位上升到一定高度时，浮球上浮，针形阀开启，排出冷凝水，液面下降，浮球下落，针形阀关闭，直至下次冷凝水再积累到一定高度，阀门再次开启。在冷凝水排除器内，始终维持一定的液位，以阻止蒸汽从冷凝水排除器内漏出。1m3)100的水变为l00C的蒸汽，其体积为1700m3，若变为300C以上的蒸汽则为3000m3以上。水蒸气爆炸的危险以及由水蒸气引起的爆炸事故十分普遍，相变引起的爆炸称为蒸汽爆炸。蒸汽爆炸事故中最常见的是水汽化后引起的爆炸事故。(二)热水热水加热一般用于100C以下的场合，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。当要求加热到较高温度而仍然采用热水时，则要使用高压热水。但此时对设备的强度要求和操作费用都会很高，很不经济。用热水加热的优点是：可利用二次热源，节约能量。其缺点是：和蒸汽冷凝相比，给热系数低许多，许多加热过程中，温度下降，不能恒定；加热的均匀性不好。(三)高温有机物在将工艺流体加热到400C的范围内，可使用液态(或气态)高温有机物作为加热剂。常用的有机物加热剂有：甘油、萘、乙二醇、联苯与二苯醚的混合物、二甲苯基甲烷、矿物油和有机硅液体等。最常用的是由26.5联苯和73.5的二苯醚组成的混合物，称为二苯混合物。二苯混合物作为加热剂的主要优点：不用高温就能够得到高温，当P0.1MPa时，沸点tb=258C，汽化潜热r285kJkg；P08MPa时，tb380C，r220kJkg；热稳定性好无爆炸危险，无腐蚀。二苯混合物可以是液态或气态，液态二苯混合物用于加热250C范围内的场合。气态二苯混合物的加热温度可达到380C。高温有机物由于具有燃烧爆炸危险、高温结焦和积炭危险，因此运行中密闭性和温度控制必须严格。另外二苯混合物由于具有较强的渗透性，因此系统的密闭问题十分明显。甘油作为加热剂，用于加热220250C范围内的场合。甘油无毒、无爆炸危险、易得、价格较低(仅为二苯混合物的14)，且加热均匀。(四)无机熔盐当需要加热到550C时，可用无机熔盐作为加热剂。应用最广的是含40NaNOz、7NaN03和53KN03的熔化物，其熔点是142，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。此外，工业生产中，还可以利用液体金属、烟道气和电等来加热，其中，液态金属可加热到300800C，烟道气可加热到1100C。电加热最高可达到3000C。二冷却剂和冷却过程工业生产中，要得到10一30C的冷却温度，使用最普遍的冷却剂是水和空气。水的主要来源是江河和地下水，江河水的温度与当地气候以及季节有关，通常在1030C左右。地下水的温度则较低，大约在415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。值得注意的是，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。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，因此其耗量较大(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0C左右，工业上通常采用冷冻盐水，由于盐的存在