Значительного снижения давления в теплообменной аппаратуре при нагреве до высоких температур можно достигнуть, применяя конденсирующийся теплоноситель с более высокой температурой кипения.

В промышленной практике применяют такие теплоносители, как смесь дифенила и дифенилоксида, известная под названием даутерма, ртуть и др. Температура кипения даутерма при атмосферном давле­нии равна 257 °С, а при температуре 350 °С абсолютное давление насы­щенных паров даутерма приблизительно составляет 0,6 МПа. На нефтеперерабатывающих заводах в качестве теплоносителя для нагрева до температуры выше 200 °С часто используются высококипя- щие нефтепродукты. В этом случае теплоноситель нагревают в трубча­той печи, транспортируют к месту его использования, а после охлажде­ния возвращают в печь для нагрева. Иногда в качестве теплоносителя применяют дымовые газы или горячий воздух, нагреваемый в топках под давлением. Недостатками такого теплоносителя являются низкий коэффициент теплоотдачи к теплообменной поверхности (обычно не выше 58 Вт/(м² ■ К) и малая теплоемкость 1,05.1,26 кДж/(кг ■ К). Низ­кий коэффициент теплоотдачи может быть несколько скомпенсирован созданием более высокого температурного напора, что в случае исполь­зования дымовых газов не представляет затруднений.

В некоторых отраслях промышленности в качестве теплоносителя используют перегретую воду при температуре 350.360 °С, которая цир­кулирует в системе под давлением выше 20 МПа.

Греющие теплоносители

Топочные газыпредставляют собой газообразные продукты сгорания твердого, жидкого или газообразного топлива.

Преимущества:отпадает использование промежуточных теплоносителей, нагрев до 1100°С.

Недостатки:низкий коэффициент теплоотдачи от газа к стенке; сложность поддержания заданной температуры на заданном уровне; неравномерность обогрева теплообменной поверхности; выделение продуктов неполного сгорания, которые осаждаются на теплообменной поверхности, что приводит к увеличению сопротивления, корродирующего действия; достаточно жесткие условия нагрева за счет высоких перепадов температур между топочными газами и нагреваемой средой.

Нагревание электрическим током.Осуществляется в электропечах, которые подразделяются на электропечи сопротивления (прямого и косвенного действия) и печи индукционные и высокочастотные, в которых обогрев осуществляется током высокой частоты.

Достоинства: получение любого желаемого температурного режима, который можно легко поддерживать и регулировать.

 Водяной пар – самый распространенный промежуточный теплоноситель.

Достоинства: высокий коэффициент теплоотдачи, легкость транспортировки на большие расстояния, возможность точного регулирования температуры за счет изменения давлений, доступность, большое количество выделяемого тепла при конденсации.

Этот теплоноситель возможно использовать при температурах до 200°С.

Недостатки: водяной пар обладает коррозийной способностью, при росте температуры растет давление.

Вода. Можно использовать горячую воду с температурой до 100 °С или перегретую до 300…350 °С.

Достоинства: дешевизна, доступность.

Недостатки: использование перегретой воды требует применения металлоемкой (толстостенной) аппаратуры и довольно сложной арматуры.

Высококипящие органические теплоносители (ВОТ) делятся на три основные группы:

– органические теплоносители. К ним относятся глицерин, этиленгликоль, ароматические и неароматические масла, смеси органических веществ (смесь дифениловая). Температурный диапазон органических теплоносителей достигает 350 °С, при этом давление не меняется, т.е. остается постоянным. Эти теплоносители не ядовиты и не токсичны, однако являются пожаровзрывоопасными; термически не устойчивы (разлагаются на кокс и газы);

– ионные теплоносители образуют кремнийорганические жидкости (силиконы) и расплавы солей или их смесей. В качестве примера можно привести нитрит-нитратную смесь (40 % NaNO₂, 7 % NaNO₃, 53 % KNO₃). Предельная температура лежит в области 550 °С и ограничивается термической стойкостью этих теплоносителей. Теплоносители данной группы отличаются малой токсичностью и агрессивностью по отношению к конструкционным материалам;

– жидкометаллические теплоносители представляют собой жидкие металлы и их сплавы и характеризуются самой высокой термостойкостью. Вследствие этого температурный диапазон обогрева находится в области до 2000 °С. В качестве примера жидкометаллических теплоносителей можно привести висмут, свинец, ртуть, натрий, литий, олово, кадмий. Большинство металлических теплоносителей огне-, пожаро- и взрывобезопасны и практически не воздействуют на малоуглеродистые и легированные стали. Исключение составляют калий и натрий, которые отличаются чрезвычайно высокой химической активностью и воспламеняются со скоростью взрыва. Главным недостатком этих теплоносителей является высокая токсичность их паров.

 Хладоагенты

 Вода является самым распространенным хладоагентом. В промышленности используется артезианская вода – температура от 8 до 12 °С; открытый водоем – температура от 4 до 25 °С; оборотная вода – 30 °С.

Достоинства:доступность, дешевизна, термически устойчива.

Недостатки: коррозионная активность, температурный диапазон зависит от климатических и временных условий.

Низкотемпературные жидкости используют для создания температур ниже 5…20 °С, которые обычно не достигаются охлаждением водой. К числу таких теплоносителей относятся жидкий аммиак, фреоны, диоксид углерода, холодильные рассолы – водные растворы неорганических солей, например KCl, NaCl, CaCl (их температурный диапазон зависит от концентрации). При охлаждении холодильными рассолами и парами низкокипящих жидкостей пользуются холодильными установками.

Воздух по сравнению с водой более доступен, и несмотря на то, что он обладает значительно меньшим коэффициентом теплоотдачи и объемной теплоемкости, в современной технологии наблюдается тенденция к замене воды как охлаждающего агента воздухом. Воздух в отличие от воды не загрязняет поверхность теплоотдачи отложениями, не корродирует теплообменную аппаратуру, что положительно сказывается на увеличении срока службы воздушных холодильников.

Наиболее широко воздух в качестве охлаждающего агента используется в смесительных теплообменниках – градирнях, являющихся основным элементом оборудования водооборотного цикла.