Реферат: Гидродинамика
При одном и том же сечении трубопровода в холодной и горячей ветвях, согласно закону неразрывности потока, wx px g== w г pг g и, следовательно,
Подставляя найденное значение w г , получим:
При установившемся процессе
Следовательно,
Из соотношения следует, что тепловая производительность циркуляционных установок возрастает с увеличением разности высот расположения обогреваемого аппарата и печи и с увеличением разности плотностей теплоносителей в холодной и горячей ветвях; с ростом гидравлических сопротивлений системы ее тепловая производительность уменьшается. Скорость теплоносителя в условиях естественной циркуляции невелика: обычно порядка 0,1 м/с.
В установках с естественной циркуляцией в качестве теплоносителя обычно применяют перегретую воду или высокотемпературные органические теплоносители. Максимальная температура нагревания воды равна ее критической температуре 374 ° С при соответствующем давлении 22,5 МПа. До герметизации циркуляционной системы при разогреве из нее следует удалить воздух или другие неконденсирующиеся газы, поэтому устан овку заполняют только дистиллированной водой.
Работу установки желательно проводить при режиме, когда горячая ветвь системы заполнена преимущественно паром, а холодная—преимущественно жидкостью. В этих условиях благодаря большой разности между плотностями жидкости и пара скорость циркуляции воды увеличивается, и тепловая производительность установки возрастает.
Установки с циркулирующей перегретой водой рассчитывают на рабочее давление 22,5 МПа. Это приводит к необходимости применения весьма сложной и металлоемкой аппаратуры и арматуры.
Высокая тепловая производительность установок достигается применением принудительной циркуляции жидких теплоносителей.
Установка с принудительной циркуляцией жидкого теплоносителя п оказана на рис. 4. Для наполнения системы необходимое количество теплоносителя перекачивают в нее из сборника 1 насосом 2, После этого сборник 1 разобщается с си стемой перекрытием вентилей, и при работающем насосе 2 теплоноситель начинает циркулировать через трубчатый нагреватель 3 (расположенный в печи) и рубашку обогреваемого аппарата.
Рис. 4. Схема нагревательной установки с принудите льной циркуляцией жидкого промежуточного теплоносителя:
1 — сборни к теплоносителя; 2 — насос; 3 — трубчатый нагреватель : 4 — обогреваемый аппарат; 5 —расширительный бачок
В трубчатом нагре вателе теплоноситель воспринимает тепло топочных газов, а в рубашке обогреваемого аппарата 4 отдает его обрабатывае мому материалу.
Циркуляционные насосы должны безотказно работать при высокой температуре. Высокотемператур ны е насосы, выпускаемые в СССР, обесп ечивают достаточно надежную работу.
Расход жидкого промежуточного теплоносителя при нагревании в установках с естественной или принудительной циркуляцией опр еделяют из уравнения теплового баланса:
где Gпp — количество перерабатываемого в обогреваемом аппарате продукта, кг/ч; Спр— теплоемкость перерабатываемого продукта, кДж/(кг° С); t пр. и tap. K — начальная и конечная температуры перерабатываемого продукта, ° С; Q п — потери тепла в окружающую среду, кДж/ч; остальные обозначения те же, что и в предыдущем равенстве.
Отсюда расход жидкого промежуточного теплоносителя составит
В зависимости от заданных температур и давлений для установок с естественной и принудительной циркуляцией подбирают соответствующие жидкие промежуточные теплоносители: воду, газойль, высокотемпературные органические теплоносители, силикон) , расплавлен ные смеси солей, расплавленные металлы.
Нагревание дым овыми газами с применением жидких промежуточных теплоносителей возможно до температур 500 ° С. При необходимости нагревания обрабатываемых материалов до боле е высоких температур применяя твердые зернистые промежуточные теплоносители.
Нагревание топочными газами с циркулирующим твердым зернистым промежуточным теплоносителем получает все более широкое распространение в технике. Этим способом можно на гревать различные технологические газы до температур порядка 1500°С. В качестве зернистых теплоносителей применяют жаростойкие твердые материалы (кварц, алюмоси ликаты, диабаз, алунд, шамот и др.), измельченные до частиц размером 0,05—8 мм.
Рис. 5. Нагревательная установка с циркулирующим зернистым материалом, движущимся сплошным потоком:
1 — загрузочное устройство пневмотранспортной системы: 2 — аппарат для нагревания технологических газов; 3— топка под давлением; 4—р аспределительное устрой ство: 5— аппарат для нагревания зернистого материала; 6 -бункер-сепаратор; 7 - п невмот ран спортная труба- 8- 11 -патрубки; 12 -воздуходувка: /— топочные газы; //- технологи ческие газы; ///— зернистый материал; / V —транспортирующий газ/
Зернистые материалы имеют очень боль шую удельную поверхность—до 500—100000 м 2 /м3 в зависимости от размеров частиц. Благодаря этому в сравнительно небольших аппаратах удается разместить значительные теплообменные поверхности и осуществить почти полный теплообмен между заполняющими аппараты зернистыми матери алами и продув аемыми через них газами.
Для нагревани я топочными газами как их-либо других газов с помощью зерни сты х материалов могут быть применены установки двух типов: 1) с циркулирующим зернистым ма териалом, движущимся в- аппаратах сплошным потоком; 2) с циркулирующим зернистым материалом, который находится в ап паратах в псевдоожиженном состоянии.
Нагревательная устан овка с ци ркул ирующи м зернистым материалом, движущимся сплошным пото ком, изображена на рис. 5. В футерованном огнеупорным кирпичом аппарате 5 находится зернистый материал. Через распределительное устройство 4 в аппарат из топки 3, работающей под давлением, поступают топочные газы. Устройство 4, выполненное, нап ример, в виде нескольких перевернутых желобов, обеспечивает равномерное распределение потока топочных газов по сечению аппарата. Топочные газы, взаимодействуя противоточно с зернистым материалом, охлаждаются и выводятся через патрубок 9.
Зернистый материал поступает через патрубок 8 и движется в аппарате сплошным потоком по всему сечению, нагреваясь при этом топочными газами. Нагретый зернистый материал непрерывно выгружается через патрубок 1 0.
Аппарат 2 работает ан алогично аппарату 5. В нем осуществляется нагревание технологических газов за счет взаимодействия с поступающим в верхнюю часть нагретым зернистым материалом. Охлажденный зернистый материал непрерывно отводится из аппарата 2 через патрубок II в загрузочное устройство 1 пневмотранспортной системы, куда воздуходувкой 12 подается трансп ортирующий газ. Пос ледний подхватывает частицы зернистого материала и напра вляет и х по пневмотранспортной трубе 7 в бункер-сепаратор 6. Здесь частицы осаждаются и пересыпаются в аппарат 5 а транспортирующий газ, освобожденный от твердых частиц, уд аляется из аппарата.