Хладоагенты и теплоносители в химической технологии 1
Критерии выбора хладоагента и теплоносителя 1) Показатели термической стойкости, 2) Теплофизическая характеристика, 3) Технико-экономические показатели 2
Основные требования к теплоносителям и хладоагентам Рабочий диапазон температур Теплоёмкость Коррозионная активность Вязкость Смазывающая способность Безопасность Ресурс теплоносителя Условия эксплуатации оборудования с теплоносителем Экономические аспекты выбора теплоносителя 3
Типы циркуляции Замкнутые Незамкнутые Открытые Источники циркуляции Конвективные Циркуляционные 4
Принцип работы теплового насоса 5
ТЕПЛОНОСИТЕЛИ – жидкие, паро- или газообразные вещества, применяемые для обогрева различных аппаратов химической промышленности Теплоносители в химической технологии вода, высокотемпературные теплоносители, соляные теплоносители, жидкометаллические теплоносители 6
Оптимальные теплоносители: при 100–200 °С – вода и насыщенный водяной пар; при 200–315 °С – ароматизированное нефтяное масло и дитолилметан; при 315–350 °С – тетраарилсиликат и дифенильная смесь; при 315–385 °С – дифенильная смесь; при 385–500 °С – селитренная смесь; >500 °С – щелочные металлы и газообразные продукты горения. 7
Насыщенный водяной пар «острый» «глухой» Q 2 – количество подводимого тепла, к Дж; Н – энтальпия пара, к Дж/кг; С в – теплоемкость конденсата, к Дж/кг К; t 2 – конечная температура жидкости, К. r – удельная теплота парообразования, к Дж/кг пар, соприкасается с более холодной стенкой, конденсируется на ней, и конденсат в виде пленки стекает по поверхности стенки пар вводится непосредственно в нагреваемую жидкость, конденсируется и отдает жидкости тепло, а конденсат смешивается с этой жидкостью 8
Горячая вода «+» «–» коэффициент теплоотдачи ниже чем у пара, температура горячей воды снижается вдоль поверхности теплообмена хорошо транспортируется, высокий коэффициент теплопередачи, мало загрязняет поверхность теплообмена Q 2 – количество подводимого или отводимого тепла, к Дж; С – теплоемкость, к Дж/кг К; t к и t н – конечная и начальная температура, К. 9
Высокотемпературные теплоносители металлические ионные органические литий, натрий, калий, ртуть (нагрев до 400–800 °С ) неорганические кислоты, кремнийорганические жидкости (нагрев до 150–550 °С ) ароматические эфиры орто- кремниевой кислоты, полиоргано- силоксаны (нагрев до 300– 400 °С ) 10
Высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ) Однокомпонентные с симметричными молекулами Многокомпонентные с плоски- ми молекулами эвтектические смеси (ДФС); не эвтектические смеси (ДТМ); минеральные масла (АМТ-300). 11
Высокотемпературные теплоносители Топочные газы температура не зависит от давления Электрический ток транспортировка, неравномерность нагрева «+» «–» дороговизна любой температурный режим, простота обслуживания 12
ХЛАДОАГЕНТЫ – вещества, обеспечивающие естественное или искусственное охлаждение различных веществ или тел путем отвода от них теплоты. Естественное охлаждение – до Т окр.ср. Умеренное охлаждение – выше 120 К Криогенное охлаждение – ниже 120 К Естественное Искусственное 13
Охлаждение водой «+» 1) легкость регулирования температуры, 2) хорошие условия теплопередачи 1) образование накипи, 2) коррозия аппарата, 3) ограниченные ресурсы воды «–» Т = 10–30 °С 14
Охлаждение воздухом «+» 1) нет накипи; 2) нет коррозии аппаратуры; 3) нет необходимости водооборотного цикла 1) значительные капитальные затраты; 2) возможность использования при высоких температурах конденсации продукта (
Охлаждение плавлением твердых веществ ЛЁД Охлаждение наступает в результате отвода из окружающей среды теплоты плавления (Т = 0 °С) Охлаждение холодильными рассолами NaCl/CaCl 2 Охлаждение наступает в результате отвода из окружающей среды теплоты плавления Т = - (20…50) °С 16
Охлаждение маслами минеральные синтетические полусинтетические нафтеновые и парафиновые масла алкилбензольные, полиалкилгликольные, полиэфирные и поли альфа- олефиновые масла смесь масел Важные свойства масел: плотность, температура помутнения, кислотность, содержание воды и гигроскопичность масла, поверхностное натяжение, вид и цвет, вспениваемость, химическая стабильность, смешиваемость, растворимость и вязкость 17
Разновидности синтетических масел Углеводородные масла на основе поли альфаолефинов, изо парафиновых углеводородов и алкилбензола; Полиэфирные масла на основе: - эфиров двухосновных кислот и первичных спиртов - эфиров полиолов, - полифениловых эфиров - полигликолевых эфиров - эфиров фосфорной кислоты Силиконовые масла; Фторсодержащие эфирные масла. 18
Охлаждение хладонами газообразные вещества или низкокипящие жидкости, со слабым запахом, хорошо растворимые в органических растворителях, практически нерастворимы в воде, негорючий, нетоксичны, разлагаются с образованием фосгенов. 19
Охлаждение хладонами Название фреона Химическая формула Т кип, °С R21CHCl 2 F+8,9 R22CHClF 2 –40,8 R23CHF 3 –82,2 R11CCl 3 F+23,7 R12CCl 2 F 2 –29,8 R13CClF 3 –81,5 R113CCl 2 F–CClF 2 +47,5 R114CClF 2 –CClF 2 +3,5 R115CClF 2 –CF 3 –38 R123CF 3 CHC1 2 27,90 R124CHCFCF 3 –11,00 R125CHF 2 CF 3 –48,50 R142bCH 3 CClF 2 –9,80 20
Охлаждение хладонами Фреоны получают из хлорпроизводных с достаточно подвижным атомом галогена: RCOCl > C6H5CH2Cl > CH2 = CHCH2Cl > RCl > ArCl Для замещения атомов галогена пользуются: AgF, HgF 2, SbF 3 21
Охлаждение хладонами Номенклатура X Y Z, г де: Z – количество атомов фтора в молекуле, Y – число атомов водорода, увеличенное на единицу, X – число атомов углерода, уменьшенное на единицу ( если последняя величина равна нулю, то цифру X опускают ) 22
23
Перспективы замены фреонов CFC – полностью галогенированные хлорфторуглероды, применение которых стремительно сокращается; НFС – гидрофторуглероды без содержания хлора, в результате чего не производящие разрушающего воздействия на озоновый слой; FC – фторуглероды, содержащие только углерод и фтор; HCFC – гидрохлорфторуглероды, которые содержат хлор, но не являются полностью галогенированными. 24
Охлаждение аммиаком Аммиак, является экономичным, экологически безопасным и энергосберегающим хладагентом 25