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

Нагревание и охлаждение:

В химической промышленности на многих стадиях технологического процесса требуются подача или отвод тепла. Цели при этом могут быть самыми разными, в том числе:

— настройка и соответственно поддержание заданных температур для достижения благоприятных условий протекания реакции (например, реакций в смесителях или каталитических реакций между газами);

— использование изменений определенных физических свойств (например, вязкости) в зависимости от температуры;

— изменение агрегатного состояния до уровня испарения, конденсации, расплавления и т. д.;

— изменение агрегатного состояния для разделения смесей веществ путём перегонки, кристаллизации и проч.

Пересчёт единицы измерения тепла.

Водяной пар.

Водяной пар, один из важнейших энергоносителей в химической промышленности, служит для осуществления процессов нагрева в ёмкостях разного рода и теплообменниках. Он находит применение также в качестве технологического пара и при эксплуатации топливных насосов.

Особым достоинством водяного пара как носителя тепловой энергии считается большое количество тепла, которое аккумулировано в нём и освобождается при конденсации (рис. 7-5). Оно во много раз превышает количество тепла, которое может быть аккумулировано, например, в теплой воде. Кроме того, теплопередача конденсирующего водяного пара на нагреваемую поверхность чрезвычайно велика, так что даже при небольшой площади нагрева удаётся получить достаточно высокую теплопередачу.

Процессы при испарении

Водяной пар — это испарившаяся газообразная вода. Для испарения необходимо, например, воду комнатной температуры нагреть до 100 °С (при атмосферном давлении). При дальнейшей подаче тепла вода закипает, и начинается парообразование (рис. 7-6). Образующийся водяной пар имеет температуру порядка 100 °С, если абсолютное давление в пространстве над жидкостью составляет 1,013 бар (атмосферное давление).

Если паровое пространство (над кипящей водой) закрыто, то при продолжающейся подаче тепла в результате непрерывно испаряющейся воды создается избыточное давление пара. По мере возрастания давления в паровом пространстве дальнейшее испарение затрудняется, что повышает температуру кипения воды.

Между температурой кипения и давлением пара устанавливается определённое равновесие: при низком давлении пара и температура кипения будет низкой, при высоком давлении пара — высокой. Эту зависимость между температурой кипения и давлением пара демонстрирует кривая в диаграмме давления пара (рис. 7-7).

Пар может быть нескольких видов.

Насыщенный пар

Водяной пар, находящийся в равновесии с кипящей водой, из которой он поднимается, называется насыщенным паром. Он сухой, то есть не содержит жидкой воды в виде капель тумана, и невидим. Насыщенный пар имеет температуру и давление, соответствующие точке на кривой давления пара (см. рис. 7-7).

Насыщенный пар с температурой 130 °С обладает абсолютным давлением 2,8 бар.

Состояние насыщенного пара неустойчиво, это некое граничное состояние. Даже незначительный отвод тепла приведет к конденсации части пара (влажный пар), в то время как дополнительная подача тепла перегревает насыщенный пар (перегретый, или острый пар).

Влажный пар

Влажный пар образуется при охлаждении насыщенного пара — например, в отводных трубах парогенератора, ведущих к потребителю. В результате охлаждения часть газообразной воды превращается в жидкость, выступающую мелкими каплями тумана. Влажный пар проявляется в виде белого тумана. Процентное содержание насыщенного пара во влажном паре указывают через параметр х — удельное паросодержание (%).

Влажный пар с х= 0,8 означает: влажный пар, состоящий из 80 % насыщенного пара и 20 % жидкости.

Перегретый (острый) пар

При нагреве насыщенного пара выше температуры кипения возникает перегретый пар (рис. 7-7). Он свободен от любой жидкой воды и не образует водяных капель при незначительном охлаждении. Именно поэтому его называют «сухим»; такой пар невидим.

И только если охладить его до температуры кипения, из него начинает выступать вода в виде тумана. Чем сильнее перегрет пар, тем выше его температура и тем больше давление, под которым он находится.

Нагрев водяным паром

Пар, чаще всего используемый в химических установках для целей нагрева, — это слегка перегретый пар с избыточным давлением от 2 до 3 бар. Его называют также паром низкого давления, а температура обычно находится в диапазоне от 130 до 150 °С.

Давления пара от 2 до 3 бар вполне достаточно для транспортировки на средние расстояния, и при этом не нужны трубы с толстыми стенками. Легкий перегрев препятствует образованию конденсационной воды в трубопроводах и гарантирует в месте использования наличие почти насыщенного пара.

Конденсационная вода стекает на поверхность нагрева, продолжая охлаждаться, и покидает паровое пространство через конденсатоотводчик. Тепло, дополнительно отдаваемое при охлаждении, относительно невелико по сравнению с теплом конденсации (рис. 7-5).

Для решения особых задач по нагреву потребуется насыщенный пар высокого давления. Это тот случай, когда подлежащий нагреванию материал приходится доводить до высоких температур. Температура греющего пара должна — в силу теплотехнических причин — на 20-40 °С превосходить максимальную температуру обрабатываемого продукта. Если таковая составляет, например, 140 °С, то при разности температур 40 °С потребуется температура греющего пара 180 °С. Это соответствует насыщенному пару с абсолютным давлением около 10 бар (рис. 7-7).

Недостатком высокой температуры пара и, следовательно, его высокого давления является тогда обязательное толстостенное исполнение отопительных приборов. А это связано не только с повышением расхода материалов, но и с ухудшением теплопередачи.

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

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

Использование глухого пара.

На данный момент более всего интересует:
1) Как рассчитать мощность в КВ,например одного метра медной трубы 15 Ф если пар не-перегретый?
2) Правильное (оптимальное) расположение змеевика глухого пара в кубе?
3) Соотношение длинны змеевика к объёму куба (с учётом нелинейности при возрастании объёма)?
4) Может ли глухой пар выпарить полностью все хвосты?
5) Чем можно обработать змеевик чтобы защитить от присыхания/пригорания нерастворимых частиц зерновой браги?

такой риск tixoxod-4×4, 27 Июля 11, 21:26

Глухой пар гораздо безопаснее открытого с барботажем,при 15Ф какие либо засоры невозможны.
Также дороговизна и якобы сложность изготовления миф,
сделать нечем не сложнее чем проточный холодильник со змеевиком,только масштабы поболее.

только на свои вопросы у меня только догадки

1) Как рассчитать мощность в КВ,например одного метра медной трубы 15 Ф если пар не-перегретый?
2) Правильное (оптимальное) расположение змеевика глухого пара в кубе?
3) Соотношение длинны змеевика к объёму куба (с учётом нелинейности при возрастании объёма)?
4) Может ли глухой пар выпарить полностью все хвосты?
5) Чем можно обработать змеевик чтобы защитить от присыхания/пригорания нерастворимых частиц зерновой браги?
guxiks, 27 Июля 11, 19:47

посчитать могу, но профиль не мой,сходу из головы все данные не возьму victorchik, 28 Июля 11, 00:00

Глухой пар опаснее, минимальное рабочее давление всех кастрюлек с глухим паром 0,5 атм, а при остром паре у нас 0,05-0,1 атм. victorchik, 28 Июля 11, 00:00

при 15Ф какие либо засоры невозможны guxiks, 27 Июля 11, 21:43

Источник