что такое глухой пар

Нагревание водяным паром и парами высокотемпературных теплоносителей

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА

Проведение многих технологических процессов связано
с необходимостью подвода и отвода теплоты. Все тепловые процессы
и установки разделяют на:

— высокотемпературные от 400 до 2000 °C (огнетехнические процессы, нагревательные печи);

— среднетемпературные от 150 до 700 °C (ректификация, сушка, выпарка);

— низкотемпературные от –150 до 150 °C (отопительные, вентиляционные; установки, кондиционеры, холодильные установки);

Острый пар – пар, конденсирующийся непосредственно
в нагреваемой среде, глухой пар – пар, отдающий свою теплоту через разделяющую твердую стенку.

Острый пар используется в тех случаях, когда допустимо смешение нагреваемой среды с образующимся при конденсации пара конденсатом
(рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема использования острого пара

Массовый расход острого пара, используемого на нагревание жидкости, определяют из уравнения теплового баланса

. (81)

Здесь – массовый расход сухого острого пара; Н_г – энтальпия пара;
– массовый расход нагреваемой жидкости; с – теплоемкость нагреваемой жидкости; – теплоемкость конденсата; Т₁ и Т₂ – температуры жидкости до и после нагрева; – потери тепла в окружающую среду. Температура конденсата и жидкости одинаковы.

Острый пар применяется редко, наиболее часто применяется глухой пар (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема использования глухого пара

Пар конденсируется на поверхности аппарата, и стекает в виде пленки по поверхности стенки. Уравнение теплового баланса имеет вид

(82)

Как видно из (82), температура конденсата и температура нагреваемой среды разные. При нагревании глухим паром в паровом пространстве аппарата может скапливаться содержащийся в нем неконденсирующийся газ (N₂, O₂, CO₂ и др.), что значительно снижает коэффициент теплоотдачи
от пара к стенке.

Более высокого уровня температуру (чем для водяного пара) можно получить при конденсации паров высокотемпературных органических теплоносителей (ВОТ) (рис. 2.3). Как видно из рисунка, к нагреваемой системе можно подводить теплоту при температуре дифениловой смеси
258 °C при атмосферном давлении.

Рис. 2.3. Зависимость температуры насыщения Т °C

от давления р для воды (1) и дефиниловой смеси (2)

Источник

Тема 4. Основные технологические процессы

Н.А. Галактионова
Промышленная экология
Учебное пособие для студентов заочного отделения / Москва: Международный независимый эколого-политологический университет, 2002

Тема 4. Основные технологические процессы

4.5. Тепловые процессы

4.5.2. Нагревание

Нагревание широко применяется в химической технике для ускорения многих массообменных процессов и химических превращений. В зависимости от температурных и других условий проведения процесса применяются разнообразные методы нагревания. Для каждого конкретного процесса приходится выбирать наиболее оправданный в технологическом и экономическом отношении метод нагревания.

Наибольшее распространение в химической технике получили следующие методы нагревания: водяным паром, топочными газами, промежуточными теплоносителями, электрическим током.

НАГРЕВАНИЕ ВОДЯНЫМ ПАРОМ

Для нагревания применяется преимущественно насыщенный водяной пар при абсолютных давлениях до 10—12 ат. Использование пара большего давления требует сложной и дорогостоящей аппаратуры, что, как правило, экономически не оправдывается. Соответственно абсолютному давлению 10—12 ат нагревание насыщенным водяным паром ограничено температурой —180° С. В процессе нагревания насыщенный пар конденсируется, выделяя при этом тепло, равное теплоте испарения жидкости.

Довольно широкому распространению способа нагревания водяным паром способствовали преимущества этого метода обогрева, а именно:

1) большое количество тепла, выделяющегося при конденсации единицы водяного пара (539—476 ккал на 1 кг конденсирующегося пара при абсолютных давлениях соответственно 1—12 ат);

2) равномерность обогрева, так как конденсация пара происходит при постоянной температуре.

Нагревание «острым» паром. При нагревании «острым» паром водяной пар вводится непосредственно в нагреваемую жидкость; конденсируясь, он отдает тепло нагреваемой жидкости, а конденсат смешивается с жидкостью.

Для одновременного нагревания и перемешивания жидкости пар вводится через барботер — трубу с рядом небольших отверстий. Барботер располагают на дне резервуара в виде спирали (рис. 4.18)

Рис.4.18. Паровой барбатер:
1 – резервуар; 2 – барбатер;
3 – паропровод; 4 – запорный

При обогреве «острым» паром происходит неизбежное разбавление нагреваемой жидкости конденсатом — водой. Обычно этот способ применяют для нагревания воды и водных растворов.

Нагревание «глухим» паром. Если нагреваемая жидкость взаимодействует с водой, контакт между ними недопустим или нельзя разбавлять нагреваемую жидкость, применяют нагревание «глухим» паром. В этом случае жидкость нагревается паром через разделяющую их стенку в аппаратах с рубашками, со змеевиками и т. д.

Греющий «глухой» пар целиком конденсируется и выводится из парового пространства нагревательного аппарата в виде конденсата. Температура конденсата может быть принята с достаточной точностью равной температуре насыщенного греющего пара.

На рисунке 4.19 схема аппарата с рубашкой для нагревания глухим паром.

Рис. 4.19. Схема аппарата с рубашкой для нагревания глухим паром:
1 – нагревательный аппарат (рубашка); 2 – отдувочный вентиль; 3 – водоотводчик; 4,5 – запорные вентили; 6 – запорный вентиль; 7 – обводная линия.

НАГРЕВАНИЕ ТОПОЧНЫМИ ГАЗАМИ

Нагревание топочными газами — самый старый способ обогрева в химической промышленности. Этим способом осуществляется нагревание до температур 180—1000° С. Дымовые газы образуются при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива (преимущественно при атмосферном давлении) в топках или печах различной конструкции.

Особенностей нагрева дымовыми газами являются «жесткие» условия нагревания: значительные перепады температур. Благодаря большим температурным перепадам при нагревании дымовыми газами достигаются высокие тепловые нагрузки. Однако при этом методе нагревания трудно регулировать процесс и избежать перегрева материалов из-за неравномерности обогрева; кроме того, при разбавлении дымовых газов большим количеством воздуха происходит окисление металлов. Следует отметить огнеопасность обогрева дымовыми газами.

Непосредственное нагревание топочными газами осуществляется в трубчатых печах, а также в печах для реакционных котлов или автоклавов.

Простейшая трубчатая печь изображена на рисунке 4.20. Топочные газы образуются в топке 1, куда вводится топлива (твердое, жидкое, газообразное) и необходимый для горения воздух. Для понижения температуры газов в топочном пространстве в топочную камеру 2 через окно 3 вентилятором 4 нагнетается воздух. Топочные газы омывают трубчатый змеевик 5, расположенный в шахте 6, а затем удаляется через боров 7.

Рис. 4.20. Трубчатая печь:
1 – топка; 2 – топочная камера; 3 – окно; 4 – вентилятор;

5 – змеевик; 6 – шахта; 7 – боров.

НАГРЕВАНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯМИ

При нагревании многих материалов для сохранения качества продуктов или обеспечения безопасной работы недопустим даже кратковременный их перегрев. В этих случаях для обогрева применяют промежуточные теплоносители, которые сначала нагреваются топочными газами, а затем передают воспринятое тепло обрабатываемым материалам.

В качестве промежуточных теплоносителей применяют минеральные масла, перегретую воду, высокотемпературные органические теплоносители, расплавленные смеси солей и др.

Нагревание топочными газами через жидкостную баню относится к простейшим способам нагревания промежуточными теплоносителями. В этом случае аппарат снабжают рубашкой, заполненной, например, маслом. Топочные газы омывают рубашку и передают тепло маслу, а масло через стенки аппарата — обрабатываемым материалам.

Для повышения эффективности нагревания используют установки с циркулирующим жидким промежуточным теплоносителем. Принципиальная схема такой установки показана на рис. 4.21 Жидкий теплоноситель нагревается в змеевике 2 печи 1. В результате уменьшения при нагревании удельного веса теплоносителя он перемещается по трубопроводу вверх к обогреваемому аппарату 3. Теплоноситель проходит по змеевику, расположенному вокруг этого аппарата, и отдает тепло нагреваемому материалу.

Рис. 4.21. Принципиальная схема нагревательной установки с естественной циркуляцией жидкого промежуточного теплоносителя:
1 — печь; 2 — змеевик; 3 — обогреваемый аппарат

Температура теплоносителя при этом снижается, а удельный вес увеличивается, в результате чего он стекает по трубопроводу вниз. Таким образом осуществляется замкнутая циркуляция теплоносителя.

НАГРЕВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

В химической технике довольно широко применяется нагревание электрическим током в различных электрических печах. При нагревании электрическим током можно легко и очень точно регулировать процесс при равномерном обогреве.

По способу превращения электрической энергии в тепловую различают электрические печи сопротивления индукционные и дуговые. Электрические печи сопротивления делятся на печи прямого действия и печи косвенного действия.

В электрических печах прямого действия нагреваемое тело включается непосредственно в электрическую цепь и нагревается при прохождении через него электрического тока. Часто печь прямого действия представляет собой аппарат, корпус которого является одним из электродов; другой электрод размещают в аппарате. Между электродами помещают жидкие или расплавленные нагреваемые материалы.

Электрические печи сопротивления косвенного действия получили большое распространение. В них тепло выделяется при прохождении электрического тока по специальным нагревательным элементам; выделяющееся тепло передается материалу лучеиспусканием, теплопроводностью и конвекцией. В таких печах осуществляется нагревание до температур 1000—1100° С. Схема такой печи показана на рис. 4.22.

Рис. 4.22. Электрическая печь сопротивления косвенного действия:
1 — обогреваемый аппарат;
2 — футеровка печи; 3 — тепловая изоляция; 4 — спиральные нагревательные элементы;
5 — выводные электрошины.

Футеровка печи 2 выполнена из огнеупорного кирпича. В пазах футеровки уложены спиральные нагревательные элементы 4, к которым подводится ток через электрошины 5. Тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через спиральные нагревательные элементы, передается обогреваемому аппарату 1 лучеиспусканием и конвекцией. Тепловая изоляция В уменьшает потери тепла в окружающую среду.

Электрические индукционные печи (рис. 4. 23). Нагревание в этих печах осуществляется индукционными токами. Обогреваемый аппарат 1 является сердечником соленоида 2, охватывающего аппарат; по соленоиду пропускается переменный ток, при этом вокруг соленоида возникает переменное магнитное поле, которое индуцирует в стенках обогреваемого аппарата электродвижущую силу. Под действием возникающего вторичного тока нагреваются стенки аппарата.

Рис. 4.23. Принципиальная схема электрической индукционной печи:
1 — обогреваемый аппарат; 2 — соленоид.

Соленоид выполняется из медной или алюминиевой проволоки, имеющей малое омическое сопротивление.

Дуговые печи. В дуговых печах применяется нагревание электрической дугой до температур 1500 – 1300 о С. Электрическая дуга возникает в газообразной среде. В дуговых печах при возникающих больших температурных перепадах невозможны равномерный обогрев и точное регулирование температуры. Дуговые печи применяются для плавки металлов, получения карбида кальция и фосфора, для переработки бытовых отходов.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Глухой пар

Глухой пар не успевает отдать всю содержащуюся в нем теплоту и целиком не конденсируется. Часть теплоты, содержащейся в паре, остается не использованной. На пути пара устанавливают приспособление ( конденсатоотводчик), отделяющее из выходящей смеси конденсат и выводящее из аппарата только этот конденсат. Конденсатоотводчики способствуют увеличению производительности установки в результате более рационального использования тепла, которое отдает пар. [3]

Глухой пар необходим для нагревания загрузки в перегонном кубе до 110 С и для испарения бензола. [5]

Нагревание глухим паром через стенку теплообменного аппарата применяется очень часто, поскольку при этом нагреваемый продукт не разбавляется конденсатом и не изменяет состава. [8]

Подогрев глухим паром производится при помощи переносных змеевиков, опускаемых в цистерну через люк. [9]

Обогрев глухим паром осуществляется с помощью паровых рубашек или змеевиков. [11]

Обогрев глухим паром имеет и другие преимущества: а) конденсат греющего пара может быть использован для питания котлов; б) обогрев глухим паром повышает качество спирта, так как, если греющий пар получен из воды, содержащей органические примеси, то они могут влиять на качество спирта. [12]

Обогрев глухим паром малоэффективен по сравнению с обогревом острым паром вследствие низкого коэффициента теплопередачи от теплоносителя через стенку к жидкости, а затем к материалу, поскольку теплообмен происходит только за счет естественной конвекции жидкости. Обогрев острым паром экономичнее глухого обогрева, однако приводит ТЭЦ или котельную к большому дефициту конденсата. [14]

Обогрев глухим паром постоянных количеств жидкости производится обычно или в аппаратах с двойными днищами, или в аппаратах со змеевиками. [15]

Источник

Типы пара

Содержание:

Если вода нагревается выше точки кипения, она становится паром или водой в газообразном состоянии. Однако все виды пара разные, и их свойства существенно варьируются в зависимости от давления и температуры.

В статье Основные сферы применения пара, мы рассмотрели различные процессы, в которых используется пар. А теперь поговорим о типах пара, применяемых в этих процессах.

Соотношение давления и температуры воды и пара

Для просмотра анимации кликните на слово

Насыщенный (сухой) пар возникает, когда вода нагревается до температуры кипения (контактное тепло), а затем испаряется с помощью дополнительного подогрева (скрытое тепло). Если этот пар далее нагревается выше точки насыщения, он становится перегретым паром (контактное тепло).

Насыщенный (сухой) пар

Черная линия вышеприведенного графика показывает, что насыщенный пар появляется при такой температуре и давлении, при которых пар (газ) и вода (жидкость) могут сосуществовать. Другими словами, он образуется тогда, когда скорость испарения воды равна скорости конденсации.

Преимущества использования насыщенного пара для подогрева

Свойства насыщенного пара делают из него отличный источник тепла особенно при температуре 100 °C и выше. Вот некоторые из этих свойств:

Полезные советы

Ненасыщенный (влажный) пар

Это наиболее распространенная форма пара, которая используется на большинстве заводов. Когда при работе котла образуется пар, он, как правило, влажный из-за неиспарившихся молекул воды, которые в нем присутствуют. Даже лучшие котлы могут выпускать пар, чья влажность будет составлять от 3% до 5%. Когда вода приближается к состоянию насыщения и начинает испаряться, часть ее, обычно в форме водяной пыли или капелек, попадает в поднимающийся пар и распределяется дальше. Это одна из основных причин, по которой сепарация используется для удаления конденсата из распределенного пара.

Перегретый пар

Перегретый пар получается в результате дополнительного нагревания влажного или насыщенного пара до точки кипения выше, чем для последнего. Так, при идентичном давлении, что и у насыщенного пара, его температура будет выше, а плотность ниже. Перегретый пар в основном используется для сообщения движения, например, в турбинах, но не применяется в процессах теплопередачи.

Преимущества использования перегретого пара в приводных турбинах:

Предпочтительно и подавать, и выпускать пар в перегретом состоянии, т.к. конденсат не будет образовываться во время нормальной работы парового оборудования, что снизит риск повреждений от эрозии или коррозии, вызванной влиянием углекислого газа. Кроме того, теоретический тепловой КПД турбины рассчитывается с учетом показателей энтальпии во впускном и выпускном отверстиях; это увеличивает градус перегрева, давление поднимает энтальпию со стороны входного отверстия турбины, что эффективно улучшает тепловой КПД.

Недостатки использования перегретого пара для подогрева:

По этой и другим причинам, насыщенный пар предпочтительнее перегретого пара, если он выступает в качестве рабочей среды теплообменников или иного оборудования для теплопередачи. С другой стороны, если рассматривать его как источник тепла для прямого нагрева, как высокотемпературный газ, обнаружится преимущество над горячим воздухом, благодаря возможности подогрева даже в условиях отсутствия кислорода. Также проводятся исследования по использованию пара в пищевой промышленности для приготовления еды и для сушки.

Сверхкритическая вода

Сверхкритическая вода — это вода в состоянии, превышающем ее критическую точку: 22,1 МПа, 374 °C. В критической точке скрытое тепло пара равняется нулю, а его удельный объем точно такой же, как для жидкого или газообразного состояния. Другими словами, вода с давлением и температурой большими, чем в критической точке, находится в своеобразном состоянии, которое нельзя назвать ни жидким, ни газообразным.

Сверхкритическая вода используется для работы турбин на электростанциях, которые требуют более высокой эффективности. Исследования сверхкритической воды проводятся с упором на ее использование в качестве текущей среды, обладающей свойствами как жидкости, так и газа, а также на ее пригодность в качестве растворителя для химических реакций.

Различные состояния воды

Ненасыщенная вода

Эта вода находится в самом узнаваемом ее состоянии. Приблизительно 70% человеческого веса — это вода. Когда она находится в жидком состоянии, водородные связи держат молекулы ее вместе. В результате ненасыщенная вода имеет относительно компактную, плотную и стабильную структуру.

Насыщенный пар

Молекулы насыщенного пара невидимы. Когда насыщенный пар выпускается в атмосферу из трубопровода, часть его конденсируется, передавая свое тепло окружающему воздуху и образовывая облака белого пара (крошечные капли воды). Если в паре есть такие капельки, то он называется влажным.

В паровых системах пар, выходящий из конденсатоотводчиков часто ошибочно принимается за насыщенный (острый) пар, в действительности же это — выпар. Разница между ними состоит в том, что насыщенный пар мнгновенно становится невидимым уже на уровне выпускного отверстия трубы, тогда как выпар содержит мелкие капли воды в момент образования.

Перегретый пар

Пока перегретый пар находится в своем перегретом состоянии, он не будет конденсироваться, даже если вступит в контакт с атмосферой, а его температура упадет. В результате, клубы пара образовываться не будут. Перегретый пар содержит больше тепла, чем насыщенный пар при том же давлении, а его молекулы двигаются быстрее, поэтому его плотность ниже (т.е. его удельный объем больше).

Сверхкритическая вода

Хотя визуальное наблюдение не представляется возможным, но эта вода находится в состоянии, которое не является ни жидким, ни газообразным. В общих чертах, молекулярное движение ближе к газу, а плотность больше похожа на плотность жидкости.

Источник