Методичні вказівки для вивчення учбових матеріалів по розділу «Вступ до пінч-аналізу» за курсом «Вступ до спеціальності», страница 3

На технологічних схемах потоки речовин, які беруть участь в різних технологічних операціях, представляються відрізками зі стрілками, які показують напрям їх руху. Операціями можуть бути нагрів потоку, його механічна обробка або участь потоку в хімічних реакціях. Операції над потоками відбуваються в спеціальних апаратах, які також мають своє зображення на схемах. Наприклад, нагрів потоку походить відбувається в теплообмінному апараті (детальніше про них нижче), який зображується колом, в яке входять два потоки (рис. 1). Один з них це потік, що нагрівається, а другий – це потік, який, нагріваючи перший, віддає свою теплову енергію. Якщо потік, що нагріває є спеціальним теплоносієм, який використовується лише для нагріву, наприклад пара, то він зображується стрілкою із зигзагом, яка проходить через коло і спрямована вниз. Аналогічно, якщо потік охолоджується спеціальним холодним теплоносієм, наприклад водою, то потік теплоносія, що охолоджує, зображується зигзагоподібною стрілкою, яка проходить через теплообмінник і спрямована вгору.

На схемі показано, що технологічний потік початкових речовин, який є живленням хімічного реактора, підігрівається перед входом до реактора парою від 80 °Сдо 200 °С в теплообмінному апараті 1.

Теплообмінні апарати

Теплообмінні апарати – це пристрої, в яких теплова енергія переходить від одного потоку речовини (допустимо, що в нашому випадку рідини) через непроникну стінку, яка передає тепло, іншому, холоднішому потоку речовини. Теплообмінні апарати часто, для скорочення, називають теплообмінниками.

Теплова потужність, що передається парою потоку живлення реактора, у ХТС, що зображена на рисунку 1, дорівнює А кіловат.

У теплообміннику 2 потік продукту реактора охолоджується від температури 200 °С до температури 90 °С і виходить з установки. Охолодження в теплообміннику 2 відбувається за рахунок теплообміну з водою, що охолоджує. Як правило, теплообмін між потоками в теплообмінних апаратах відбувається через стінку і потоки не змішуються, а прокачуються через герметично ізольовані один від одного канали, що розділені стінкою, через яку і відбувається теплообмін.

Потоки речовин в теплообмінних апаратах, які змінюють свою температуру від вищих значень до менших величин, тобто охолоджуються, прийнято називати гарячими теплоносіями. Потоки речовин, які в теплообміннику нагріваються, прийнято називати холодними теплоносіями, оскільки вони охолоджують гарячі теплоносії.

Існуючі теплообміні апарати розрізняються по характеру передачі тепловій енергії. Основна наша увага буде приділена рекуперативним (від англійського слова «recuperation» – повернення, повторне використання) теплообмінним апаратам з теплообміном через стінку, в яких передача теплової енергії відбувається від гарячого теплоносія до холодного через стінку, що їх розділяє при безперервному русі теплоносіїв через апарат. Існують також рекуперативні теплообмінники типу змішувача, в яких теплова енергія від гарячого потоку передається до холодного безпосередньо при їх змішенні.

Є конструкції теплообмінних апаратів регенеративного типу (регенерація – від пізнелатінської regeneratio – відродження – відновлення, а в техніці – повернення відпрацьованому продукту початкових якостей, зокрема повернення тепловій енергії в процес), у яких для передачі енергії холодному теплоносію нагрівається спочатку проміжний теплоносій, а потім вже він нагріває холодний теплоносій, сам остигає, і процес повторюється наново. При охолоджуванні все відбувається навпаки. Регенеративні теплообмінники можуть бути постійної і періодичної дії.

У проектах хіміко-технологічних систем найчастіше використовуються теплообмінні апарати рекуперативного типу. Існує велика кількість конструкцій теплообмінних апаратів даного типу. Найбільш поширеними з них є теплообмінні апарати типу труба в трубі, кожухотрубчасті апарати, пластинчасті і спіральні апарати, пластинчасто-ребристі апарати.

Конструкційно теплообмінник труба в трубі складається з двох труб різного діаметру, одна з яких знаходиться усередині іншої (рис. 2).