2.1.6.2. Нагрівання мінеральними маслами

Мінеральні масла – це один із найстаріших проміжних теплоносіїв, що використовуються для рівномірного нагрівання різних продуктів. В якості гріючих агентів використовують масла, що мають найвищу температуру спалаху – до 310С. Тому верхня границя нагрівання маслами обмежується температурами 250 - 300С.

Нагрівання за допомогою мінеральних масел здійснюють або розміщуючи апарат з сорочкою, заповненою маслом, в піч, в якій тепло передається до масла від топкових газів, або встановлюючи електронагрівачі всередині масляної сорочки. Якщо використання рідинної сорочки не забезпечує високих коефіцієнтів теплопередачі, оскільки в проміжному теплоносії виникають дуже слабкі конвекційні струмені, то використовують установки з циркулюючим рідким проміжним теплоносієм.

У тих випадках, коли нагрівання теплоносія в сорочці виключається (на вогне- та вибухонебезпечних підприємствах), нагрівання масла здійснюють зовні теплоізолюючого апарата в установках з природною та вимушеною циркуляцією.

Ці установки відрізняються деякими особливостями порівняно зі схемами на рис. 2.9, 2.10. Так, внаслідок значного збільшення об‘єму масла під час його нагрівання за теплообмінником (і вище нього) встановлюють розширюючу ємність. Ємність для холодного в‘язкого масла забезпечують паровим обігрівачем і підводять до нього інертний газ для створення „подушки”, що захищає масло від окислення під час взаємодії з повітрям.

Незважаючи на те, що масла є найбільш дешевими органічними високотемпературними теплоносіями, вони мають певні недоліки. Крім відносно невисоких граничних температур використання, мінеральні масла мають низькі коефіцієнти тепловіддачі, які знижуються ще більше під час термічного розкладу і окислення масел. Окислення і забруднення поверхні теплообміну продуктами розкладу посилюється у разі роботи масел за температур, що наближені до температури їхнього спалаху, і спричиняє значне погіршення теплопередачі. Тому для одержання необхідних теплових навантажень різниця температур між маслом і нагрівальним продуктом повинна бути не нижчою ніж 15 – 20 град.

2.1.6.3. Нагрівання високо киплячими органічними рідинами і їх парою

Докладно властивості високотемпературних органічних теплоносіїв, до яких належать:

• індивідуальні органічні речовини (гліцерин, етиленгліколь, нафталін та його замінники);

• похідні ароматичних вуглеводнів (дифеніл, дифенілів ефір, дифенілметан, дитолілметан тощо);

• продукти хлорування дифеніла і поліфенолів (арохлори);

• багатокомпонентні (дифенільна суміш)

описуються у спеціальній і довідковій літературі.

У промисловості здебільшого використовують дифенільну суміш (дифеніл – 25%; дифенілів ефір – 73,5%), або Даутерм А, дініл, тощо. Вона є термічно стійкою з низькою температурою топлення (+12,3⁰С), добре транспортується не кристалізуючись. ЇЇ температура кипіння становить 258⁰С (1 атм), тому в рідкому стані використовується для нагрівання до температур менших від 250⁰С. Основною перевагою дифенільної суміші є те, що тиск її насиченої пари становить 1/30-1/60 від тиску насиченої пари води в межах температур від 200 до 400⁰С і тому є можливим використовувати замість змійовиків простіші теплообмінні пристрої – сорочки.

Недоліком дифенільної суміші є її мала теплота пароутворення, однак він компенсується більшою, ніж у води густиною парів, в результаті чого під час випаровування або конденсації суміші кількість тепла, що виділяється на одиницю об‘єму пари є наближеною до відповідної величини для води.

За температур вищих від 400⁰С відбувається розкладання дифенільної суміші. Вона є горючою але практично вибухобезпечною, для людського організму є слаботоксичною.

На рис.2.11. показано схему нагрівання рідкою дифенільною сумішшю з вимушеною циркуляцією. Суміш відцентровим насосом 1 через котел 2 з електрообігрівом подається на нагрівання апарата 3.

Рис. 2.11. Схема нагрівання рідкої дифенільної суміші з вимушеною циркуляцією:

1 – спеціальний відцентровий насос; 2 – котел з електрообігрівом; 3 – тепло ізолюючий агент; 4 – розширювальна ємність; 5 – приймальна ємність; 6 – фільтр.

Через збільшення об‘єму суміші під час нагрівання за апаратом 3 встановлена розширюючи ємність 4. Після здійснення процесу теплообміну і охолодження суміш знову насосом 1 засмоктується в котел. Для компенсації втрат теплоносія під час заповнення системи і її підживлення в ємності 5 здійснюють попереднє підігрівання системи, в яку суміш поступає через фільтр 6.

Щоб уникнути окислення суміші під час контактування її з повітрям над поверхнею рідини в посудині 4 і ємності 5 знаходиться інертний газ (азот), подавання якого в камери електронагрівачів котла 2 забезпечує вибухобезпечні умови його роботи. Вся система також періодично продувається азотом.

С хема нагрівання пароподібною дифенільною сумішшю наведена на рис. 2.12 . Пара з котла 1 з електронагріванням подається у сорочки теплообмінних апаратів 2, де вона конденсується. Конденсат через конденсатовідвідники 3 повертається на випаровування самопливом у котел 1. Для очищення дифенільної суміші від продуктів осмолення частину парів з котла 1 подають у міжтрубний простір теплообмінника-регенератора 4, у трубний простір якого насосом подають рідкий теплоносій з ємності 5. В трубках суміш кипить, від неї відокремлюються смолисті домішки, після чого чиста пара теплоносія скеровується в конденсатор 6, звідки конденсат стікає у ємність 7.

Рис. 2.12. Схема обігріву парами високотемпературних органічних теплоносіїв (ВОТ):

1 – котел з електрообігрівачем; 2 – теплоізолюючі апарати; 3 – конденсатовідвідники; 4 – теплообмінник-регенератор; 5 – приймальна ємність; 6 – конденсатор; 7 – ємність для очищеного ВОТ; 8 – насос; 9 –мембрана

В нижній частині регенератора 4 збираються продукти осмолення і періодично із нього видаляються. В ємність 7, яка оснащена паровим обігрівом подається азот. Під час запуску установки, а також для компенсації втрат рідкий теплоносій з ємності 7 насосом 8 подається в парогенератор 1. В котлі на паровій лінії встановлена мембрана 9, яка призначена для запобігання недопустимого збільшення тиску. Для забезпечення інтенсивної циркуляції теплоносія теплообмінні апарати встановлюються значно вище від котла-парогенератора, на відміну від схеми на рис. 2.11. Оскільки процес здійснюється за високої температури теплоносія, що спричиняє інтенсивне окислення і смолоутворення в схемі, то для очищення теплоносія передбачені додаткові пристрої. Перевагою схеми наведеної на рис 2.12 є її спрощення - зникає необхідність у наявності спеціального і складного в експлуатації циркуляційного насосу, який є обов‘язковою ланкою у схемі на рис. 2.11.