Основные химические производства

10. Какие тепловые процессы используются в химической технологии

Тепловыми называются процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода тепла. В тепловых процессах принимают участие минимум две среды с различными температурами, причем теплота передается самопроизвольно(без затраты работы) от среды с болеет высокой температурой Τ1 к среде с более низкой температурой Т2, т.е. если соблюдается неравенство Т1>Т2. При этом среда с температурой Т1 называется теплоносителем, а среда с температурой Т2–

хладагентом. Для тепловых процессов, используемых в химическом производстве, эти температуры колеблются в весьма широких пределах– от близких к0К до тысяч градусов.

Основная характеристика теплового процесса– количество передаваемого тепла, по которому рассчитывается теплопередающая поверхность аппарата. Для установившегося процесса количество передаваемого тепла в единицу времени определяется по формуле:

Q = KΔT*F, (10.4)

К– коэффициент теплопередачи, Т– средняя разность температур между средами,

F – поверхность теплообмена.

Движущей силой тепловых процессов является градиент температуры

ΔТ= Т1– Т2. (10.5)

К тепловым процессам относятся: нагревание, охлаждение, конденсация, испарение и

выпаривание, теплообмен.

1. Нагревание– процесс повышения температуры перерабатываемых материалов путем подвода

к ним тепла. Нагревание применяется в химической технологии для ускорения массообменных и химических процессов. По природе применяемого для нагревания теплоносителя различают:

– нагревание острым водяным паром через барботер или глухим водяным паром через змеевик или

рубашку;

– нагревание топочными газами через стенку аппарата ил непосредственным контактом;

– нагревание предварительно нагретыми промежуточными теплоносителями водой: минеральными маслами, расплавами солей;

– нагревание электрическим током в электрических печах различного типа(индукционных,

дуговых, сопротивления);

– нагревание твердым зернистым теплоносителем, в т.ч., катализатором в потоке газа.

2.Охлаждение– процесс понижения температуры перерабатываемых материалов путем отвода от

них тепла. В качестве хладоагентов для охлаждения применяются: вода, воздух, холодильные агенты.

Аппараты для охлаждения подразделяются на:

– аппараты косвенного контакта охлаждаемого материала с хладоносителем через стенку

(холодильники) и

– аппараты непосредственного контакта охлаждаемого материала с хладоагентом(холодильные

башни или скрубберы). Выбор конструкции аппарата определяется природой охлаждаемого материала и хладоагента.

3.Конденсация– процесс сжижения паров вещества путем отвода от них тепла. По принципу

контакта хладоагента с конденсируемым паром различают следующие виды конденсации:

– поверхностная конденсация, при которой сжижение паров происходит на поверхности

охлаждаемой водой стенки аппарата,

– конденсация смешением, при которой охлаждение и сжижение паров происходит при

непосредственном контакте их с охлаждающей водой. Аппараты первого типа называются

поверхностными конденсаторами, аппараты второго типа– конденсаторами смешения и

барометрическими конденсаторами. Конденсация смешением применяется в тех случаях, когда испаренная жидкость не смешивается с водой.

4.Выпаривание– процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем удаления из них летучего растворителя в виде пере. Выпаривание представляет собой разновидность теплового процесса испарения. Условием протекания процесса выпаривания является равенство давления пара над раствором давлению пара в рабочем объеме выпарного аппарата.

При соблюдении этого условия температура вторичного пара, образующегося над кипящим растворителем, теоретически равна температуре насыщенного пара растворителя. Выпаривание может производиться под давлением или в вакууме, что позволяет снизить температуру процесса. Выпаривание может проводиться в двух вариантах: многократное выпаривание и выпаривание с тепловым насосом.

Многократным выпариванием называется процесс выпаривание с использованием в качестве

греющего пара вторичного пара. Для этого выпаривание проводится в вакууме или с применением греющего пара высокого давления.

Число корпусов установки определяется экономическими соображениями, в частности,

затратами на производство пара и на обслуживание и зависит от начальной и конечной концентрации упариваемого раствора.

Процесс выпаривания с тепловым насосом основан на том, что вторичный пар нагревается до

температуры греющего пара путем сжатия его в турбокомпрессоре или инжекторе и затем вновь используется для испарения растворителя в том же выпарном аппарате.