Охолоджуючі агенти, способи охолодження і конденсації

Охолодження до звичайних температур

 

Для охолодження до звичайних температур (10¸30°С) найбільш широко використовують доступні і дешеві охолоджуючі агенти - повітря, воду.

У порівнянні з повітрям вода відрізняється великою теплоємністю, більш високим коефіцієнтом тепловіддачі і дозволяє проводити охолодження до більш низьких температур.

Як охолоджуючий агент застосовують річкову, озерну, ставкову чи артезіанську воду. Якщо по місцевих умовах вода дефіцитна, використовують для охолодження оборотну воду - відпрацьовану охолоджуючу воду теплообмінних пристроїв.

Витрата води W на охолодження визначається з рівняння теплового балансу:

                                                (1),

звідки

                                                                         (2),

де G - витрата охолоджуваного середовища;

с - середня питома теплоємність цього середовища;

с_в - питома теплоємність води;

t_н, t_к - початкова і кінцева температура охолоджуваного середовища;

t₁, t₂ - початкова і кінцева температура охолодної води.

 

Вода використовується для охолодження головним чином у поверхневих теплообмінниках (холодильниках). У таких холодильниках вода рухається звичайно знизу нагору для того, щоб конвекційні струми, обумовлені зміною щільності теплоносія при підвищенні температури, збігалися з напрямком його руху. Вода застосовується також у теплообмінниках змішання, наприклад, розприскується в потоці газу для охолодження і зволоження.

Коли температура охолоджуваного середовища перевищує температуру кипіння води при атмосферному тиску, охолодження проводять при частковому випарі води, що дозволяє знизити витрату води на охолодження.

Випарне охолодження здійснюється в зрошувальних холодильниках, градирнях і інших теплообмінних апаратах, причому пара, що з'являється в останніх, іноді випаровується як низькотемпературний гріючий агент.

Атмосферне повітря, незважаючи на відносно низький коефіцієнт тепловіддачі, знаходить останнім часом все більше поширення як охолоджуючий агент. Для поліпшення теплообміну відвід тепла здійснюється при його примусовій циркуляції.

 

Охолодження до низьких температур

 

Для досягнення температур більш низьких, чим можна одержати за допомогою води чи повітря (наприклад 0°С), за умови, що припустимо розведення середовища водою, охолодження проводять шляхом уведення льоду чи холодної води безпосередньо в охолоджувану рідину.

 

Конденсація пари

 

Конденсація пари (газу) може бути здійснена або шляхом охолодження пари (газу), або за допомогою охолодження і стиску одночасно.

Пару, що підлягає конденсації, звичайно відводять з апарата, де вона утворяться, в окремий закритий апарат, що служить для конденсації пари - конденсатор, охолоджуваний водою чи повітрям.

Обсяг одержуваного конденсату в тисячу і більше раз менше обсягу пари, з якої він утворюється. В результаті у конденсаторі створюється розріджений простір, причому розрідження збільшується зі зменшенням температури конденсації. Остання, у свою чергу, тим нижче, чим більше витрата охолоджуючого агента і нижче його кінцева температура.

По способу охолодження розрізняють конденсатори змішення і поверхневі.

У конденсаторах змішування пара безпосередньо стикається з охолоджуючою водою, і одержуваний конденсат змішується з останньою.

У поверхневих конденсаторах тепло віднімається від пари, що конденсується, через стінку. Найбільш часто пара конденсується на зовнішніх чи внутрішніх поверхнях труб, омиваних з іншої сторони водою чи повітрям.

Випарювання