Охолодження

В якості охолоджуючих агентів використовують повітря і воду, а для досягнення низьких температур – низькотемпературні агенти.

Повітря застосовують для природного і штучного охолодження, наприклад за допомогою вентилятору. При природному охолодженню нагрітий теплоносій охолоджується за рахунок втрати тепла через стінки апарату в довкілля. Штучне охолодження повітрям використовують в поверхневих або змішувальних теплообмінниках. Охолодження повітрям у поверхневих теплообмінниках застосовують рідко із-за низького коефіцієнта теплопередачі і значного розходу енергії при роботі вентилятору. Змішувальні теплообмінники представляють собою апарат баштанного типу, в яких повітря, що охолоджується, рухається знизу догори на зустріч рідині, що стікає. При цьому охолодження виникає не тільки за рахунок тепловіддачі, але в значної мірі за рахунок випаровування частини рідини. Такі апарати широко використовуються для охолодження і називаються градирнями.

Вода являється найбільш розповсюдженим охолоджуючим агентом. Ії преваги: висока теплоємкість, великій коефіцієнт тепловіддачі і доступність.

Отримана ступінь охолодження залежить від початкової температури води, яка в залежності від місцевих умов і пори року коливається від 4 до 25°C.

Часто для охолодження використовується оборотна вода, тобто вода, охолоджена в градирні. В цьому випадку нагріта в теплообмінному апараті вода поступає на охолодження в градирню, після чого повертається на охолодження теплообмінного апарату. При використанні оборотної води свіжа вода витрачається лише на поповнення її втрат внаслідок часткового випаровування в градирні. Оборотна вода має високу температуру, досягає літом 30°C.

Охолодження водою проводять іноді шляхом безпосереднього доторкання її з теплоносієм, що охолоджується (наприклад, охолоджують гази розбризкуванням в них води), але частіше використовують поверхневі теплообмінники. Кінцеву температуру води, для запобігання виділення розчинених в ній солей і утворення накипу, приймають зазвичай не вище 40-50°C.

Якщо температура середовища, яке охолоджується, вище 100°C, застосовують випарне охолодження, при якому частина води випаровується. В цьому випадку розхід води знижується, а утворена пара утилізується. Низькотемпературні агенти використовують для створення температур нижче 5-20°C, зазвичай недосяжних при охолодженні водою. В якості таких агентів використовують кригу, охолоджуючи суміші (суміші льоду з різними солями), холодильні розсоли (розчини СаCl₂, NаСl тощо) і пари рідин, що киплять при низьких температурах. При охолодженні холодильними розсолами і парами низькокиплячих рідин використовуються холодильні установки.

Порівняння та вибір теплообмінних апаратів

Для досягнення високих коефіцієнтів теплопередачі теплоносії слід пропускати через апарат з великими швидкостями, однак при цьому збільшується гідравлічний опір. Для отримання високого коефіцієнту теплопередачі поверхня теплообміну повинна бути вільною від забруднення, а для видалення забруднень, що утворюються, вона повинна бути доступною для очищення. При збільшенні швидкості одного з теплоносіїв коефіцієнт теплопередачі значно збільшується лише в тому випадку, коли коефіцієнт тепловіддачі з боку іншого теплоносія достатньо високий, а тепловий опір стінки та забруднень невеликий.

Для вирішення питання про те, який з теплоносіїв пропускати по трубам, а який з зовнішнього боку труб, необхідно дотримуватися деяких правил.