4.4. Тепловые процессы

4.4.1. Общая характеристика тепловых процессов

Технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода тепла, называются тепловыми процессами, а аппаратура, предназначенная для проведения этих процессов, называется тепловой, или теплоисполъзующей, аппаратурой. К тепловым процессам относятся нагревание, охлаждение, испарение и конденсация.

Нагревание — повышение температуры перерабатываемых материалов путем подвода к ним тепла.

Охлаждение — понижение температуры перерабатываемых материалов путем отвода от них тепла.

Конденсация — сжижение паров какого-либо вещества путем отвода от них тепла.

Испарение — перевод в парообразное состояние какой-либо жидкости путем подвода к ней тепла.

Частным случаем испарения является весьма широко распространенный в химической технике процесс выпаривания — концентрирования при кипении растворов твердых нелетучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров.

В тепловых процессах взаимодействуют не менее чем две среды с различными температурами, при этом тепло передается самопроизвольно (без затраты работы) только от среды с большей температурой к среде с меньшей температурой.

Среда с более высокой температурой, отдающая при теплообмене тепло, называется теплоносителем, среда с более низкой температурой, воспринимающая при теплообмене тепло, называется холодильным агентом (хладоагентом).

В химической технике приходится осуществлять тепловые процессы при самых различных температурах — от близких к абсолютному нулю до нескольких тысяч градусов. Для каждого конкретного процесса, протекающего в определенном интервале температур, подбираются наиболее подходящие теплоносители и хладоагенты. Выбранные теплоносители и хладоагенты должны быть вполне химически стойкими в рабочих условиях процесса, не давать отложений на стенках аппаратов, не вызывать коррозии аппаратуры и легко транспортироваться по трубам.

Перечень наиболее распространенных в химической технике теплоносителей и хладоагентов с указанием условий их применения приведен в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Наиболее распространенные теплоносители (хладоагенты)

Теплоносители (хладоагенты)	Рабочие условия в установках
	Температура, 0С	Давление, атм.
Азот, кислород, воздух	До – 210	До 200
Этан, этилен, фреоны	От – 70 до – 150	До 40
Вода	От 0 до 100 От 100 до 374	1 1 – 225
Насыщенный водяной пар	От 0 до 250	От 1 до 40
Дымовые (топочные) газы	От 420 до 1000	1
Твердые теплоносители (шамот, и др)	До 1500	1

Основной характеристикой любого теплового процесса является количество передаваемого в процессе тепла; от этой величины зависят размеры тепловой аппаратуры. Основным размером теплового аппарата является теплопередающая поверхность, или поверхность теплообмена.

Часто в процессе теплообмена нагреваемые или охлаждаемые материалы изменяют агрегатное состояние: испаряются, конденсируются, плавятся или кристаллизуются. Особенности таких процессов теплообмена заключаются в том, что тепло подводится к материалам или отводится от них при постоянной температуре и распространяется не в одной, а в двух фазах.