Материалы для СРСП 4 - Процессы и аппараты пищевых производств

# Процессы и аппараты пищевых производств

5B007280 - Технология перерабатывающих производств __ст.преводаватель__ Саидов А.М.

## Материалы для СРСП 4

СРСП 4

ТЕПЛОНОСИТЕЛОИ И ХЛАДОГЕНТЫ

Цель: сформировать представление о теплоносителях и хладогентах

План

1 Виды теплоносителей

2 Хладогенты

1 Виды теплоносителей

Водяной пар. Является наиболее распространенным теплоносителем. Использование отработанного пара паросиловых установок и вторичного пара выпарных установок экономически выгодно. Обычно пользуются насыщенным водяным паром. Он обладает высокой удельной теплотой парообразования.

Важным достоинством насыщенного водяного пара является постоянство температуры его конденсации при данном давлении, что позволяет точно поддерживать температуру нагревания, а также в случае необходимости легко ее регулировать, изменяя давление греющего пара. Водяной пар дешев, доступен, нетоксичен и пожаробезопасен.

Существенным недостатком водяного пара является то, что рост температуры его насыщения связан с повышением давления. Это ведет к увеличению стоимости аппаратуры, так как требуется толстостенная и дорогостоящая теплообменная аппаратура.

Насыщенный водяной пар применяют для нагревания воды до температуры 150... 180°С при давлении 0,5... 1,2 МПа.

Горячая вода. Используется для нагревания аппаратов или продуктов до 100°С. Получают горячую воду в водогрейных котлах, обогреваемых топочными газами.

В аппаратах может быть использован также водяной конденсат, поступающий из выпарных установок или теплообменных аппаратов.

Для нагревания до температур выше 100 °С применяют перегретую воду, находящуюся под избыточным давлением.

Вода является доступным, дешевым, некоррозиеактивным теплоносителем, имеющим высокие теплоемкость и коэффициент теплоотдачи. Обычно обогрев водой осуществляется через стенку аппарата, разделяющую теплоноситель и продукт.

Высокотемпературные органические теплоносители {ВОТ). Применяются как в жидком, так и в парообразном состоянии для нагревания аппаратов до 400 °С.

В качестве высокотемпературных органических теплоносителей используются: глицерин, нафталин, этиленгликоль, дифенил, дифениловый эфир, арохлоры, многокомпонентные ВОТ, минеральные масла и др.

Наибольшее значение получила смесь, состоящая из 26,5 % дифенила и 73,5 % дифенилоксида, называемая дифенильной смесью и носящая торговое название «Даутерм А».

Основными достоинствами дифенильной смеси как теплоносителя являются: возможность получения высоких температур (258...380°С), коэффициент теплоотдачи а при конденсации паров дифенильной смеси составляет 1 200... 1 700 Вт/(м2- К); не вызывает коррозию металлов (например, в аппаратуре из обыкновенной углеродистой стали); низкая температура плавления (12 °С); практически невзрывоопасна.

Недостатком «Даутерма А» является его токсичность.

Глицерин применяется в качестве жидкого теплоносителя для нагревания до 220...250 °С. Глицерин не ядовит, невзрывоопасен, недефицитен и примерно в 4 раза дешевле дифенильной смеси. С помощью глицерина достигается равномерный обогрев теплоиспользующих аппаратов.

Минеральные масла, используемые для нагревания, бывают обычные и ароматизированные. В настоящее время для нагревания до 300 °С в качестве теплоносителей применяются цилиндровые и компрессорные масла, а также ароматизированные масляные теплоносители АТМ-300, «Мобильтерм-600», «Мобильтерм Лайт» и др.

Топочные газы. Газы, образующиеся при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива в специальных печах, используют для нагрева до температуры 1 000 °С.

К недостаткам обогрева топочными газами можно отнести: низкий коэффициент теплоотдачи, неравномерный нагрев, значительные температурные перепады, сложность регулирования температуры, окисление стенок аппаратов.

Горячий воздух. Нагревание горячим воздухом применяют в сушильных установках. Для этого воздух, предварительно очищенный от взвешенных примесей, нагревают до необходимой температуры топочными газами или паром в воздухоподогревателях (калориферах).

Электрический ток. Нагревание электрическим током (электронагрев) обеспечивает равномерный и быстрый нагрев до температуры 1 000 °С и выше, легкое регулирование степени нагрева в соответствии с заданным технологическим режимом.

Электронагрев прост и удобен в применении, компактен, но относительно дорог и требует строгого соблюдения правил техники безопасности.

По способу превращения электрической энергии в тепловую различают нагревание сопротивлением, электрической дугой, индукционное и высокочастотное нагревание.

Нагревание электрическим сопротивлением осуществляется при прохождении тока через нагреваемое тело или через специальные нагревательные элементы.

Нагревание электрической дугой применяют в дуговых печах, что дает возможность увеличивать температуру до 2 000 °С и выше. Печи бывают с открытой и закрытой дугой.

В печах с открытой дугой пламя дуги образуется между электродами, расположенными над нагреваемым материалом.

В печах с закрытой дугой пламя дуги образуется между электродом и самим нагреваемым материалом.

Основной недостаток нагревания электрической дугой — неравномерный обогрев и невозможность точного регулирования температур.

При индуктивном нагревании используется тепловой эффект (температура около 400 °С), вызываемый вихревыми токами Фуко, возникающими под воздействием переменного поля в стенках стального нагреваемого аппарата.

Высокочастотное нагревание применяется для нагревания материалов, не проводящих электрического тока, — диэлектриков.

В настоящее время в пищевой промышленности широко используется энергия электромагнитного поля сверхвысокочастотного (СВЧ) и инфракрасного (ИК) диапазонов. Нагрев в СВЧ- и ИК-полях позволяет значительно сократить длительность тепловой обработки, повысить качество готовых изделий.

К основным особенностям сверхвысокочастотного нагрева следует отнести: способность СВЧ-поля проникать в обрабатываемый продукт на значительную глубину, что позволяет осуществлять его объемный нагрев независимо от теплопроводности; отсутствие контакта с теплоносителем; безынерционность процесса нагрева. Основное преимущество объемного нагрева продуктов в СВЧ-по- лях — высокая скорость нагрева, продолжительность которого уменьшается в 5... 10 раз по сравнению с поверхностным нагревом и составляет для большинства продуктов несколько минут (2... 5 мин).

ИК-поле в отличие от СВЧ-поля проникает в материал на меньшую глубину, вследствие чего такой вид нагревания является промежуточным между поверхностным и объемным.

Применение ИК-нагрева позволяет значительно сократить продолжительность процесса тепловой обработки, уменьшить металлоемкость и размеры аппаратов, автоматизировать производство и получать продукцию высокого качества.

Нагревание водяным паром

Существует два способа нагревания водяным паром: острым и глухим паром.

При нагревании острым паром (рис. 4.3, а) водяной пар вводится непосредственно в нагреваемую среду 2 и смешивается с ней. Этот способ применяется, когда допустимо смешение нагреваемой среды с паровым конденсатом. Введение острого пара осуществляется через барботеры 1 — трубы, расположенные у дна аппарата и снабженные множеством мелких отверстий. При барботаже пузырьки пара проходят слой жидкости, перемешивая ее.

2 Хладогенты

Охлаждение водой наиболее дешевый способ передачи теплоты. Вода имеет большую теплоемкость и более высокие коэффициенты теплоотдачи, чем воздух. В зависимости от времени года и климатических условий температура воды в водоемах составляет 12...25 °С. Артезианская вода имеет температуру 4... 15 °С. Вода из водоемов дешевле артезианской, но ее температура выше и подвержена сезонным колебаниям.

Для экономии воды и охраны окружающей среды на предприятиях вводится система водооборота, что дает возможность резко сократить потребление свежей воды и уменьшить стоки. Оборотную воду, т.е. отработанную охлаждающую воду теплообменных устройств, охлаждают в градирнях (башнях с насадкой, по которой распределяется стекающая вода) за счет частичного испарения в движущийся противотоком воздух и снова направляют на использование в качестве охлаждающего агента.

Вода применяется для охлаждения в поверхностных и смесительных теплообменниках.

Охлаждение атмосферным воздухом, применяемым как охлаждающий агент, используется при его принудительной циркуляции с помощью вентиляторов в градирнях и в теплообменных аппаратах с увеличенной поверхностью теплообмена (например, путем ее оребрения).

Достоинством воздуха как охлаждающего агента является его доступность и то, что он практически не приводит к загрязнению наружной поверхности охлаждения. К недостаткам воздуха по сравнению с водой следует отнести сравнительно низкий коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха (до 58 Вт/(м2- К)) и сравнительно низкую удельную теплоемкость, вследствие чего массовый расход воздуха в 4 раза превышает расход воды.

Охлаждение льдом применяют для получения температуры около О °С. Если добавить ко льду или к снегу кристаллическую поваренную соль (NaCl), то температура таяния этой смеси будет ниже О °С, и величина ее будет определяться количеством соли в смеси. Наиболее низкую температуру смеси (-21,2 °С) можно достичь при содержании соли 29 % в смеси. В качестве хладоно- сителей в холодильной технике применяются рассолы NaCl и СаС12.

Для охлаждения до температуры ниже О °С используются такие хладагенты, как аммиак и хладоны, имеющие низкие температуры кипения

Контрольные вопросы

1 Какие существуют теплоносители?

2 Самый распространённый тепловой агент?

3 Виды хладогентов?