化工生產中的換熱通常在兩流體之間進行,但是換熱的目的不盡相同。主要有兩種,或是將工藝流體加熱(汽化),或是將工藝流體冷卻(冷凝)。
一? 加熱劑與加熱方法
(一)? 水蒸氣
水蒸氣是最常用的加熱劑。通常,使用飽和水蒸氣,在蒸汽過熱程度不大(過熱20一30°C)的條件下,允許使用過熱蒸汽。
采用水蒸氣作為加熱劑的主要優點是:汽化潛熱大,蒸汽消耗量相對較??;在給定壓力下,冷凝溫度恒定,故在有必要時,可通過改變加熱蒸汽的壓力來調節其溫度。蒸汽冷凝時的給熱系數很大[a=5000~15000W/(m2·.K)],能夠在低的溫度差下操作;價廉、無毒無失火危險等。
水蒸氣的主要缺點是:飽和溫度與壓力一一對應,且對應的壓力較高,甚至中等飽和溫度(200℃)就對應著相當大的壓力(1.56X106Pa),對設備的機械強度要求高,投資費用大。
用水蒸氣加熱的方法有兩種:直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱。
當直接蒸汽加熱時,水蒸氣直接引入被加熱介質中,并與介質混合。這種方法適用于允許被加熱介質和蒸汽的冷凝液混合的場合。直接蒸汽由鼓泡器引入,鼓泡器通常布置在設備底部,鼓泡器一般為開有許多鼓泡器通常布置在設備底部,鼓泡器一般為開有許多小孔的盤管,蒸汽鼓泡時,通過并攪拌液層,與介質直接換熱。
當間接蒸汽加熱時,通過換熱器的間壁傳遞熱量。當蒸汽在換熱器內沒有完全冷凝時,一部分蒸汽將隨冷凝液排出,造成蒸汽消耗量增加,為了使冷凝液能夠順利排出而不帶走蒸汽,需要設置冷凝水排除器,最常用的排除器為浮球式冷凝水排除器。圖9—5為一閉式浮球冷凝水排除器,由外殼、導向管、浮球(含導向桿)、針形閥等構成。蒸汽和冷凝水的混合物進入外殼內,當外殼內液位上升到一定高度時,浮球上浮,針形閥開啟,排出冷凝水,液面下降,浮球下落,針形閥關閉,直至下次冷凝水再積累到一定高度,閥門再次開啟。在冷凝水排除器內,始終維持一定的液位,以阻止蒸汽從冷凝水排除器內漏出。1m3)100℃的水變為l00°C的蒸汽,其體積為1700m3,若變為300°C以上的蒸汽則為3000m3以上。水蒸氣爆炸的危險以及由水蒸氣引起的爆炸事故十分普遍,相變引起的爆炸稱為蒸汽爆炸。蒸汽爆炸事故中最常見的是水汽化后引起的爆炸事故。