2.2. Охлаждение до обычных температур

Для охлаждения до обыкновенных температур (примерно 10-30 °С) наиболее широко используют воду и воздух.

Вода имеет большую теплоемкость и более высокие коэффициенты теплоотдачи, чем воздух. В зависимости от времени года и климатических условий, температура воды природных водоемов достигает значений 12-25 °С. Артезианская вода имеет температуру 4-5 °С. Вода из водоемов дешевле артезианской, но ее температура выше и подвержена сезонным колебаниям [2].

Для экономии воды и решения вопросов охраны окружающей среды на предприятиях вводится система водооборота, которая позволяет резко сократить потребление свежей воды и уменьшить количество воды, сбрасываемой в водоемы.

Оборотную воду, т. е. отработанную охлаждающую воду из теплообменных устройств, охлаждают в градирнях (башнях с размещенным внутри слоем насадки, по которой стекает вода) за счет частичного испарения в движущийся противотоком воздух и снова направляют на использование в качестве охлаждающего агента. Оборотная вода в летних условиях имеет температуру порядка 30 °С, это учитывается при проектировании и эксплуатации теплообменной аппаратуры.

Вода используется для охлаждения смесей в поверхностных и смесительных теплообменниках.

Использование воды промышленными предприятиями часто приводит к необходимости ее сброса в водоемы и приводит к загрязнению последних. Поэтому необходимо осуществление комплекса мероприятий по очистке воды перед ее сбросом.

Атмосферный воздух как охлаждающий агент используется при его принудительной циркуляции с помощью вентиляторов в градирнях и в теплообменных аппаратах с оребренными трубками [8].

Достоинством использования воздуха, как охлаждающего агента, является его доступность и тот факт, что он практически не приводит к загрязнению наружной поверхности охлаждения.

К недостаткам использования воздуха следует отнести сравнительно низкий коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха и низкую удельную теплоемкость, вследствие чего требуемый массовый расход воздуха должен быть значителен.

Охлаждение льдом применяют для охлаждения рабочей среды до температуры около 0 °С. Если добавить ко льду или к снегу кристаллическую поваренную соль (NаС1), то температура таяния этой смеси будет ниже 0 °С и будет зависеть от количества соли в смеси. Наиболее низкую температуру смеси (минус 21,2 °С) можно получить при массовой доле соли около 29 %.

В качестве промежуточных хладоносителей в холодильной технике применяются рассолы NаСl и СаСl.

Для охлаждения до температуры ниже 0 °С применяются такие хладагенты, как аммиак и хладоны, имеющие низкие температуры кипения.

2.3. Конденсация

Конденсация паров и газов в химической промышленности осуществляется за счет их охлаждения. Этот процесс используется при выпаривании растворов, в процессах ректификации, сушки и др. Объем получаемого конденсата примерно в 1000 раз меньше объема исходного конденсируемого пара, в результате чего при проведении этого процесса создается разрежение.

В зависимости от свойств и назначения конденсируемых продуктов процесс проводится в конденсаторах смешения или в поверхностных конденсаторах. В конденсаторах смешения отработанные пары смешиваются с водой, подаваемой на охлаждение, конденсируются, а затем выбрасываются в канализацию. В поверхностных конденсаторах теплообмен происходит через теплообменную поверхность, что позволяет удалять получаемый конденсат и охлаждающую воду раздельно. Конденсация с отбором теплоты через теплообменную поверхность может проводиться в любом поверхностном теплообменнике. Конструкции этих аппаратов рассмотрены в пунктах 1.1 и 1.2. Процесс конденсации насыщенного пара, а также принцип работы конденсатора и конденсатоотводчика рассмотрены в пункте 2.1.1.