Тепловые процессы Выполнила студентка 591 гр Огрызкова С

Тепловые процессы. Выполнила студентка 591 гр. Огрызкова С. И.

Общие сведения Тепловыми называются процессы, протекающие при условии подвода или отвода тепла. К тепловым процессам относятся нагревание, охлаждение, конденсация, испарение и др. При этом тепло может передаваться самостоятельно только в случае перепада температур, то есть от среды с более высокой температурой к среде с более низкой. Среды с более высокой температурой называются горячими теплоносителями, а среды с более низкой- холодными теплоносителями. Переход тепла из одной части пространства в другую может осуществляться разными путями: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Источники тепла 1. Прямые : дымовые газы, представляющие собой газообразные продукты сгорания топлива и энергию электрического тока. 2. Промежуточные : вещества, получающие тепло от указанных источников и передающие его через стенку теплообменника

Виды теплоносителей 1. водяной пар 2. горячая вода 3. минеральные масла 4. органические жидкости и их пары 5. расплавленные соли 6. жидкие металлы и их сплавы

Нагревающие агенты и способы нагревания Нагревание водяным паром Водяной пар является наиболее широко используемым горячим теплоносителем при нагревании до температуры 150 -170 С Преимущества насыщенного водяного пара как греющего агента: 1) высокий коэффициент теплоотдачи 2) большое количество тепла, выделяемого при конденсации 3) возможность транспортировки по трубопроводам на большие расстояния

Нагревание водяным паром Преимущества (продолжение) 4) постоянство температуры его конденсации и равномерность обогрева 5) легкость регулирования обогрева Насыщенный водяной пар может быть влажным и сухим. Влажный пар- пар, образовавшийся при незаконченном парообразовании и состоящий из смеси пара с капельками воды. Сухой пар- пар, образовавшийся при законченном парообразовании. Нагревание водяным паром осуществляется путем применения так называемого острого или глухого пара.

Нагревание глухим паром Используется наиболее часто. При обогреве глухим паром необходимо, чтобы он полностью сконденсировался в аппарате. На предприятиях химической промышленности и в химико-фармацевтических производствах наибольшее применение нашли поплавковые и дросселирующие конденсатоотводчики.

Нагревание глухим паром Конденсационный горшок с открытым поплавком

Нагревание глухим паром Смесь пара и конденсата поступает через штуцер1 в корпус 2 конденсатоотводчика. При этом поплавок 3 всплывает и с помощью укрепленного на вертикальном стержне 4 клапана 5 закрывает выходное отверстие для конденсата. По мере накопления конденсата он переливается через край поплавка внутрь последнего и , когда масса жидкости с поплавком превысит выталкивающую силу, поплавок опускается и открывает выход 7 для конденсата, который выдавливается из корпуса давлением пара. Масса поплавка рассчитана так, что патрубок 6 , в направляющих которого перемещается клапан 5 , остается погруженным в конденсат при наименьшей высоте слоя конденсата в поплавке и образует гидравлический затвор. После удаления значительной части конденсата из поплавка 3 последний Снова всплывает и закрывает выходное отверстие 7. Таким образом начинается следующий цикл.

Нагревание глухим паром Дросселирующий конденсатоотводчик (подпорная шайба) Представляет собой сжатый воздух между фланцами 2 и 5 конденсатопровода стальной или бронзовый диск с отверстием незначительного диаметра. Диаметр отверстий определяется расчетом в зависимости от количества отводимого конденсата и перепада давления до и после шайбы.

Нагревание глухим паром

Нагревание острым паром Если допустимо смешение нагреваемой среды с паровым конденсатом, то применяют нагревание острым паром, который вводят непосредственно в нагреваемую среду. Подобный способ нагрева проще нагрева глухим паром, так как полностью используется тепло пара. Для лучшего перемешивания и уменьшения шума применяют бесшумные подогреватели, куда через сопло 1 , которое захватывает жидкость, поступающую через боковые отверстия в смешивающий диффузор 2. При этом способе значительно уменьшается шум.

Нагревание острым паром

Нагревание горячей водой Горячая вода по сравнению с насыщенным водяным паром имеет ряд недостатков: коэффициенты теплоотдачи от горячей воды ниже коэффициентов теплоотдачи от конденсирующегося пара, температура горячей воды снижается вдоль поверхности теплообмена, что понижает равномерность нагрева и затрудняет его регулирование.

Нагревание топочными газами Относится к наиболее давно применяемым способам, но в химико-фармацевтическом производстве применяется все реже из-за существенных недостатков: 1. неравномерность нагрева 2. трудность регулирования температуры 3. низкий коэффициент теплоотдачи от газа к стенке 4. возможность загрязнения нагреваемых материалов

Нагревание топочными газами Этот способ применяют для получения пара в паросиловых цехах (котельных), без которых редко работает фармацевтическое предприятие. Топочные газы, получаемые при сжигании топлива, используют для нагревания до высоких температур (от 700 до 1000 С). Топочные газы получаются в топке 1, в которой сжижается топливо и куда подается для поддержания горения воздух. Из топки газы поступают в камеру смешения 2, в которую поступает воздух для разбавления газов и снижения их температуры. Необходимая температура газов перед обогреваемым аппаратом осуществляется регулированием подачи воздуха в камеру смешения. Топочные газы проходят через обогреваемый аппарат 3, где отдают тепло, затем они отсасываются дымососом 4 и удаляется в атмосферу.

Нагревание топочными газами

Нагревание минеральными маслами Минеральные масла являются одним из старейших промежуточных теплоносителей, применяемых для равномерного нагрева материалов. Для этой цели используют масла, имеющие высокую температуру вспышки – до 310 С ( цилиндровое, компрессорное, цилиндровое тяжелое). Ввиду незначительного увеличения объема масла при его нагревании за теплообменником размещают расширительный резервуар, емкости для холодного вязкого масла снабжают паровым обогревом и подводят к ним инертный газ для создания «подушки» , предохраняющей масло от окисления при контакте с воздухом. Масла считаются наиболее дешевым органическим теплоносителем, однако им присущи определенные недостатки : низкий коэффициент теплоотдачи, подверженность термическому разложению и окислению.

Нагревание минеральными маслами

Нагревание электрическим током В зависимости от способа превращения электрической энергии в тепловую нагревание подразделяют на диэлектрическое , электрической дугой, сопротивлением, индукционным током. Нагревание электрической дугой Применяется в дуговых печах и позволяет получать высокие температуры (1500 -2000 С). Печи бывают с закрытой и открытой дугой. В печах с открытой дугой пламя образуется электродами, размещенными над нагреваемым веществом, и тепло передается лучеиспусканием. В печах с закрытой дугой пламя образуется между электродом и непосредственно нагреваемым материалом. Дуговые печи позволяют равномерно осуществлять нагрев и точно регулировать температуру. Они используются для плавки материалов, а также при получении карбида кальция и фосфора.

Нагревание электрическим током Нагревание электрическим сопротивление Осуществляется в электрических печах, при пропускании тока через термоэлектронагреватели (ТЭНЫ) 2 и 3, выполненные в виде закрытых или открытых проволочных спиралей. ТЭНЫ изготавливаются в основном из хроможелезоалюминевых сплавов, обладающих большим оптическим сопротивлением и высокой жаростойкостью (нихромы или фехрали). Тепло, образующееся при прохождении электрического тока через ТЭНЫ, передается стенкам нагреваемого аппарата 1. Печь внутри футерую огнеупорным слоем 4 и защищают снаружи тепловой изоляцией. Нагрев позволяет достигать температур в пределах до 1100 С.

Нагревание электрическим током Нагревание индукционными токами Основано на использовании теплового эффекта, вызываемого вихревыми токами Фуко. Аппарат размещают в центре обмотки, по которой пропускается переменный ток, вследствие чего вокруг обмотки возникает переменное магнитное поле, индуцирующее в стенках стального аппарата электродвижущую силу. В результате в стенках аппарата образуется электрический ток, который прогревает их по всей толщине.

Нагревание электрическим током Диэлектрическое нагревание или высокочастотное нагревание Основано на том, что при действии на диэлектрик переменного поля определенная часть энергии расходуется на преодоление трения между молекулами диэлектрика и преобразуется в тепло. В результате диэлектрик нагревается. Для получения токов высокой частоты пользуются ламповыми генераторами, которые преобразуют обычный переменный ток частотой 50 Гц в ток высокой частоты. Полученный ток высокой частоты подводят к пластинам конденсатора, между обкладками которого помещается нагреваемый материал.

Нагревание электрическим током

Классификация теплообменников По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменников: 1) поверхностные, в которых теплообменивающие среды разделены теплопроводящей стенкой 2) смесительные, в которых теплообмен осуществляется при непосредственном контакте смешивающих сред. В зависимости от конструкции поверхностные теплообменники подразделяются на трубчатые, пластинчатые, спиральные, теплообменники с рубашкой и теплообменники с оребренной поверхностью. Трубчатые делятся на: кожухотрубные, «труба в трубе» , оросительные, змеевиковые.

Классификация теплообменников

Устройство поверхностных теплообменников Кожухотрубные теплообменники Получили широкое применение ввиду их компактности, простоты в изготовлении, надежности в работе. Они бывают одноходовыми и многоходовыми. Одноходовой теплообменник состоит из корпуса или кожуха 1, и приваренных к нему трубчатых решеток 2. В трубных решетках закреплен пучок труб 3. К трубным решеткам крепятся (на прокладках и болтах) крышки 4. В кожухотрубном теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред (1) движется внутри труб, а другая(2)в межтрубном. Среды обычно направляю противотоком друг к другу: нагреваемую среду- снизу вверх, а среду, отдающую тепло, - в противоположном направлении.

Устройство поверхностных теплообменников Многоходовой теплообменник (б) имеет корпус 1, трубные решетки 2, укрепленные в них трубы 3 и крышки 4. С помощью поперечных перегородок 5, установленных в крышках теплообменника, трубы разделены на секции, по которым последовательно движется жидкость, проходящая в трубном пространстве теплообменника. Для повышения скорости и удлинения пути движения среды в межтрубном пространстве применяют сегментные перегородки 6. Многоходовые теплообменники работают по принципу смешанного тока, что, как известно, приводит к некоторому снижению движущей силы теплопередачи по сравнению с чисто противоточным движением участвующих в теплообмене сред. Компенсация неодинакового удлинения труб и кожуха достигается установкой линзового компенсатора в теплообменниках применением так называемой плавающей головки и U образных труб.

Устройство поверхностных теплообменников

Устройство поверхностных теплообменников Теплообменник типа «труба в трубе» Состоит из нескольких элементов, расположенных один над другим. Каждый элемент состоит из наружной трубы 1 и концентрически расположенной в ней трубы 2. Внутренняя и наружная трубы соединены при помощи сальникового уплотнения или сварки. Наружные трубы также соединены последовательно патрубками 4. Межтрубное пространство очищается химическим способом. Оросительные теплообменники Состоит из ряда расположенных одна над другой труб 1, соединенных коленами 2. Орошающая вода из желоба 3 с зубчатыми краями равномерно подается на верхнюю трубу, с которой стекает на нижеразмещенные трубы и внизу собирается в корыте 4.

Устройство поверхностных теплообменников

Устройство поверхностных теплообменников Теплообменник со змеевиком В цилиндрической емкости 1 размещен змеевик 2, согнутый по винтовой спирали. Витки змеевика крепятся на стойках 3 хомутами 4. Одна из сред протекает по змеевику, другая через емкость 1. При высоких тепловых нагрузках змеевик размещают в несколько рядов. Пластинчатый теплообменник Состоит из группы штампованных теплообменных пластин 1, подвешенных на горизонтальных штангах 2, концы которых закреплены в стойках 3 и 4. При помощи нажимной плиты 5 и винта 6 пластины в собранном виде плотно прижимаются одна к другой через резиновые прокладки 7, прикрепленные по периферии пластин и вокруг отверстий для прохода сред.

Устройство поверхностных теплообменников

Устройство поверхностных теплообменников

Устройство поверхностных теплообменников Спиральный теплообменник Имеет поверхность теплообмена, образованную двумя металлическими листами 1 и 2, согнутыми в виде спиралей вокруг перегородки 3. По каналам прямоугольного сечения, образованным между листами, движутся среды 1 и 2. С торцов каналы закрыты плоскими крышками 4 и уплотнены прокладками 6. Расстояние между спиралями фиксируется бобышками или дистанционной полосой 7. Теплообменники с оребренной поверхностью В трубе происходит конденсация пара с высоким коэффициентом теплоотдачи, а снаружи трубы омываются нагреваемым воздухом.

Устройство поверхностных теплообменников

Устройство поверхностных теплообменников

Смесительные теплообменные аппараты Сухой полочный барометрический конденсатор В цилиндрический корпус 1 с сегментными полками 2 снизу через штуцер 3 поступает пар. Вода подается через штуцер 4. Смесь конденсата и воды сливается самотеком через штуцер 5 в барометрическую трубу 6 высотой примерно 10 м и далее в барометрический ящик 7. Прямоточные конденсаторы Вода чаще всего засасывается в аппарат под действием имеющегося в нем разрежения и вспрыскивания в корпус 1 через сопло 2. Пары поступают в конденсатор сверху. Охлаждающая вода и конденсат удаляются центробежным насосом 3, а воздух отсасывается воздушным насосом 4.

Смесительные теплообменные аппараты

Список литературы 1. Технология лекарственных форм: Учебник в 2 -х томах. Том 2/Р. В. Бобылёв, Г. П. Грядунова, Л. А. Иванова и др. , под ред. Л. А. Ивановой, - М. : Медицина, 1991. – 532 с. : ил. 2. Муравьёв И. А. Технология лекарств. Изд. Третье, перераб. и доп. Т. 1, М. , «Медицина» , 1980, 700 с. , ил. 3. Чуишев В. И. и др. , Промышленная технология лекарств: Учебник. В 2 -х томах. Том 1/В. И. Чуишев, О. И. Зайцев, С. Т. Шебанова, М. Ю. Чернов. Под редакцией профессора В. И. Чуишева. - Х. : МТККнига; издательство НФАУ 2002, 560 с.

Спасибо за внимание!