2. Источники тепла, теплоносители.

2.1. Прямые теплоносители.

Основными промышленными источниками тепла являются дымовые (топочные) газы и электроэнергия. Это так называемые прямые источники тепла.

Топочные газы.

Топочные газы получают при сжигании в топках различных видов топлива (нефти, газа, мазута) и представляют собой продукты окисления топлива атмосферным воздухом. Они содержат кислород, азот, оксиды углерода, азота, сернистый газ, водяные пары и др. вещества. Применяются в тех случаях, когда нужно осуществить теплообмен при высоких температурах (до 1000 ^о С).

Недостатки топочных газов:

а) при непосредственном контакте с нагреваемым объектом возможно его загрязнение сажей, каплями жидкого топлива, сернистым газом и др.;

б) нагрев неравномерный, трудно регулируемый, из-за чего возникает опасность перегрева и пожара.

Электроэнергия.

Ее использование перспективно, т.к. электрические устройства для нагревания обладают высоким КПД. Например, с помощью некоторых электрических устройств модно перевести в тепло до 95 % электрической энергии. Однако, в таких целях электроэнергия в фармпроизводстве применяется пока незначительно, т.к., во-первых, стоимость ее сравнительно велика и, во-вторых, нет специальной обогревательной аппаратуры для нужд фармпроизводства.

В фармацевтическом производстве электрическая энергия широко используется для приведения в движение электромоторов. Нашли применение токи высокой частоты для сушки некоторых фармпрепаратов, гранулята и других объектов.

В целом, прямые источники тепла для нагревания применяются довольно редко. Чаще используются теплоносители, которые получают тепловую энергию от основных источников и передают ее нагреваемому объекту – так называемые промежуточные теплоносители.

2.2. Промежуточные теплоносители.

Выбор теплоносителя зависит в первую очередь от требуемой температуры нагрева или охлаждения и необходимости ее регулирования. Кроме того, промышленный теплоноситель должен обеспечивать высокую интенсивность теплообмена при небольших его расходах, должен быть негорюч, нетоксичен, термически стоек, дешев и доступен.

Охлаждающие агенты.

В качестве охлаждающих агентов применяются в основном холодная вода, воздух, холодильные рассолы.

Для охлаждения до обычных температур (10-30^оС) широко используют воду и воздух.

Для охлаждения до температур ниже 0^оС применяют холодильные агенты, представляющие собой пары низкокипящих жидкостей (например, аммиака), сжиженные газы (СО₂ и др.) или холодильные рассолы (водные растворы NaCl, CaCl₂ и др.)

Нагревающие агенты.

К числу распространенных промежуточных теплоносителей – нагревающих агентов, относятся водяной пар, горячий воздух, горячая вода, а также так называемые высокотемпературные теплоносители – перегретая вода, минеральные масла, органические жидкости, расплавленные соли и др.

Водяной пар

Наиболее распространенным промежуточным горячим теплоносителем является водяной пар. Это объясняется существенными достоинствами его как теплоносителя:

• пар имеет высокое значение теплоты конденсации (540 ккал/кг), что позволяет получить большие количества тепла при относительно небольшом расходе теплоносителя;

• температура конденсации пара (при данном давлении) постоянна, что дает возможность точно поддерживать температуру нагрева, а также в случае необходимости регулировать ее, изменяя давление пара;

• пар легко транспортировать на большие расстояния по трубопроводам за счет его собственного давления;

• КПД нагревательных паровых устройств довольно высок;

• пар доступен, пожаробезопасен, нетоксичен. Основной недостаток водяного пара – значительное возрастание давления с увеличением температуры. Вследствие этого температуры, до которых можно производить нагревание насыщенным водяным паром, обычно не превышает 180-190 ^о С.

водяной пар может быть влажным (содержит капли воды) и сухим. Состояние сухого пара неустойчиво. Сухой пар переходит во влажный пар или при дополнительном подводе тепла – в перегретый пар.

Перегретый пар – такой пар, температура которого выше температуры кипения воды при данном давлении. При охлаждении перегретый пар не конденсируется до тех пор, пока его температура не будет равна температуре кипения воды при данном давлении. Перегретый пар легко транспортируется по трубопроводу, понижая только свою температуру. Однако, при неосторожной работе с ним, можно получить ожоги, т.к. перегретый пар не виден для глаза.

Водяной пар может отдавать тепло двумя способами:

1. Через стенку теплообменного аппарата. В этом случае нет смешения теплоносителей, водяной пар называется глухим.

2. Второй способ предусматривает обогрев при непосредственном контакте водяного пара с обогреваемой средой. Пар в этом случае называется острым. Такой способ обогрева проще нагрева сухим паром и позволяет лучше использовать тепло пара, т.к. паровой конденсат смешивается с нагреваемой жидкостью и их температуры выравниваются. Применяется в тех случаях, когда допустимо смешивание нагреваемой среды с паром.