Нагрівання глухою парою

Найпоширеніше використовують в хімічній промисловості нагрівання глухою парою, що передає тепло через стінку теплообмінного апарата. Принципова схема нагрівання глухою парою приведена на рис. 2.1. Гріюча пара із генератора пари – парового котла 1 скеровується у теплообмінник 2, де рідина (або газ) нагріваються парою через стінку, що їх розділяє. Пара, що контактує з холоднішою стінкою, конденсується на ній, і плівка конденсату стікає по її поверхні. Для того, щоб полегшити видалення конденсату, пару вводять у верхню частину апарата, а конденсат відводять з його нижньої частини. Температура плівки конденсату приблизно дорівнює температурі конденсуючої пари, і ці температури можуть бути прийняті такими, що дорівнюють одна другій.

Рис. 2.1. Схема нагрівання глухою парою:

1 – паровий котел; 2 – теплообмінник-підігрівач; 3 – конденсатовідвідник; 4 – проміжна ємність; 5 – відцентровий насос

Витрату D глухої пари під час безперервного нагрівання визначають з рівняння теплового балансу ( рис.2.2)

(2.1.)

де G – витрата нагріваючого середовища; c – середня питома теплоємність нагріваючого середовища; t₁, t₂ – початкова і кінцева температури нагріваючого середовища; І_п, І_к – ентальпії гріючої пари і конденсату; Q_втр – втрати тепла у навколишнє середовище.

Якщо пара не буде повністю конденсуватись на поверхні теплообміну і частина його буде виходити з конденсатом (так звана пролітна пара), то це називається непродуктивною витратою пари.

Для уникнення непродуктивної витрати гріючої пари і організації безперешкодного видалення із апарату парового конденсату без виведення пари, застосовують спеціальні пристрої - конденсатовідвідники. Серед великої кількості таких пристроїв розглянемо найчастіше застосовуваний - конденсатовідвідник з відкритим поплавком (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Конденсаційний горщик з відкритим поплавком:

1 – корпус; 2 – поплавок; 3 – стержень; 4 – труба для відводу конденсату; 5 – клапан; 6 – зворотний клапан; 7 – вентиль.

Такий конденсаційний глечик є пристроєм періодичної дії. Конденсат поступає в глечик і заповнює корпус 1, тоді поплавок 2, який має форму склянки спливає і за допомогою клапана 5 закриває вихідний отвір. Клапан закріплюється до поплавка за допомогою стержня 3. Під час подальшого поступлення конденсату він починає переливатись через краї поплавка і заповнює його. У разі певного рівня заповнення поплавка конденсатом він тоне і клапан 5 відкриває отвір, через який виводиться конденсат.

Конденсатовідвідник встановлюють нижче теплообмінника і забезпечують обвідною лінією (рис.2.1), наявність якої дозволяє не переривати роботу апарата під час короткочасного вимкнення конденсатовідвідника для його ремонту або заміни.

Гріюча пара здебільшого містить певну кількість газів, які не сконденсувались (N₂, O₂, CO₂), що виділяються під час хімічної обробки котлової води і процесу пароутворення в котлах. Ці домішки значно знижують коефіцієнти тепловіддачі від пари. Тому у разі парового обігріву із парового об‘єму теплообмінника повинні періодично видалятьсь гази, що накопичились і не сконденсувались. Для цього використовують продувний вентиль 8 у конденсатовідвіднику (рис.2.3).

Нагрівання “гострою парою”

Під час нагрівання “гострою парою” в рідину, що нагрівається водяна пара вводиться безпосередньо, і під час конденсації віддаючи тепло рідині змішується з нею. Цей метод нагрівання є простим і дає змогу краще використовувати тепло пари, оскільки в процесі змішування температури конденсату і рідини вирівнюються. Однак цей метод можна застосовувати тоді, коли припустиме змішування водяної пари з рідиною.

Якщо одночасно із нагріванням рідину необхідно переміщувати, то введення “гострої пари” здійснюється через барботери - труби, які розміщуються на дні апарата, закриті з кінця і мають велику кількість дрібних отворів, що обернені догори. Для кращого перемішування, зменшення шуму, що викликаний різким зменшенням об‘єму пари під час конденсації, і уникнення гідравлічних ударів використовують безшумні соплові нагрівачі (рис. 2.4), в яких пара подається в сопло 1 і змішується з рідиною, що захоплюється парою через бокові отвори у змішуючий дифузор 2. Під час змішування рідини з парою всередині дифузора 2 значно зменшується шум.

Витрату гріючої “гострої пари” визначають з теплового балансу:

(2.2)

де G - кількість рідини яка нагрівається, кг; c - теплоємність рідини, дж/кг·град; D - витрата гріючої пари, кг/год; δ - тепловміст гріючої пари, дж/кг; t₁ і t₂ - температури рідини до і після нагрівання; Q_втр - втрати тепла в оточуюче середовище, дж/кг; τ - тривалість нагрівання.

З рівняння (2.2) визначають витрату “гострої пари”.

(2.3)

Оскільки під час нагрівання гострою парою відбувається розбавлення рідини конденсатом, то цей метод використовується для нагрівання води і водних розчинів.