Теплоносители и хладоагенты

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»
пар вводится
непосредственно в
нагреваемую жидкость,
конденсируется и отдает
жидкости тепло, а
конденсат смешивается с
этой жидкостью
Q2
D
Н  свt2
«глухой»
пар, соприкасается с
более холодной
стенкой, конденсируется
на ней, и конденсат в
виде пленки стекает по
поверхности стенки
Q2 – количество подводимого тепла, кДж;
Н – энтальпия пара, кДж/кг;
Св – теплоемкость конденсата, кДж/кгК;
t2 – конечная температура жидкости, К.
r – удельная теплота парообразования, кДж/кг
Q2
D
r
8
Горячая вода
«+»
«–»
• хорошо
транспортируется,
• высокий коэффициент
теплопередачи,
• мало загрязняет
поверхность теплообмена
Q2
G
c(t к  t н )
• коэффициент
теплоотдачи ниже чем у
пара,
• температура горячей
воды снижается вдоль
поверхности теплообмена
Q2 – количество подводимого или отводимого тепла, кДж;
С – теплоемкость, кДж/кгК;
tк и tн – конечная и начальная температура, К.
9
Высокотемпературные теплоносители
металлические
литий,
натрий,
калий,
ртуть
(нагрев до
400–800 °С )
ионные
неорганические
кислоты,
кремнийорганические
жидкости
(нагрев до
150–550 °С )
органические
ароматические
эфиры ортокремниевой
кислоты,
полиорганосилоксаны
(нагрев до 300–
400 °С )
10
Высокотемпературные органические
теплоносители (ВОТ)
Однокомпонентные
с симметричными
молекулами
с плоскими молекулами
Многокомпонентные
эвтектические смеси (ДФС);
неэвтектические смеси (ДТМ);
минеральные масла (АМТ-300).
11
Высокотемпературные теплоносители
Топочные газы
«+»
температура
не зависит
от давления
«–»
Электрический ток
«+»
«–»
транспортировка,
неравномерност
ь нагрева
любой температурный
режим,
простота обслуживания
дороговизна
12
ХЛАДОАГЕНТЫ – вещества, обеспечивающие
естественное или искусственное охлаждение
различных веществ или тел путем отвода от них
теплоты.
Естественное
Искусственное
Естественное охлаждение – до Токр.ср.
Умеренное охлаждение – выше 120 К
Криогенное охлаждение – ниже 120 К
13
Охлаждение водой
«+»
1) легкость
регулирования
температуры,
2) хорошие
условия
теплопередачи
Т = 10–30 °С
«–»
1) образование накипи,
2) коррозия аппарата,
3) ограниченные ресурсы воды
14
Охлаждение воздухом
«+»
Т = 10–30 °С
1) нет накипи;
2) нет коррозии аппаратуры;
3) нет необходимости водооборотного цикла
«–»
1) значительные капитальные затраты;
2) возможность использования при высоких
температурах конденсации продукта (<70 °С);
3) низкий коэффициент теплоотдачи
15
ЛЁД
Охлаждение плавлением твердых веществ
Охлаждение наступает в результате отвода из
окружающей среды теплоты плавления (Т = 0 °С)
NaCl/CaCl2
Охлаждение холодильными рассолами
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,
полиолэфирные и
полиальфаолефиновые масла
смесь
масел
Важные свойства масел: плотность, температура
помутнения, кислотность, содержание воды и
гигроскопичность масла, поверхностное натяжение, вид и
цвет, вспениваемость, химическая стабильность,
17
смешиваемость, растворимость и вязкость
Разновидности синтетических масел
• Углеводородные
масла
на
основе
полиальфаолефинов, изопарафиновых 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,
негорючи ,
нетоксичны,
разлагаются с
образованием фосгенов.
19
Охлаждение хладонами
Название
фреона
R21
Химическая
формула
CHCl2F
Ткип, °С
R22
CHClF2
–40,8
R23
CHF3
–82,2
R11
CCl3F
+23,7
R12
CCl2F2
–29,8
R13
CClF3
–81,5
R113
CCl2F–CClF2
+47,5
R114
CClF2–CClF2
+3,5
R115
CClF2–CF3
–38
R123
CF3CHC12
27,90
R124
CHCFCF3
–11,00
R125
CHF2CF3
–48,50
R142b
CH3CClF2
–9,80
+8,9
20
Охлаждение хладонами
Фреоны получают из хлорпроизводных с
достаточно подвижным атомом галогена:
RCOCl > C6H5CH2Cl > CH2 = CHCH2Cl > RCl > ArCl
Для замещения атомов галогена пользуются:
AgF, HgF2, SbF3
21
Охлаждение хладонами
Номенклатура
X Y Z, где:
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