6.4.2 Охлаждающие агенты, способы охлаждения и конденсации Охлаждение до обыкновенных температур

Для охлаждения до обыкновенных температур (примерно до 10 ... 30 °С) наиболее широко используют доступные и дешевые охлаждающие агенты — воду и воздух. По сравнению с воздухом вода отличается большой теплоемкостью, более высокими коэффициентами теплоотдачи и позволяет проводить охлаждение до более низких температур.

В качестве охлаждающего агента применяют речную, озерную, пру­довую или артезианскую (получаемую из подземных скважин) воду. Если по местным условиям вода дефицитна или ее транспортирование связано со значительными расходами, то охлаждение производят оборотной водой -отработанной охлаждающей водой теплообменных устройств. Эту воду охлаждают путем ее частичного испарения в открытых бассейнах или чаще всего - в градирнях путем смешения с потоком воздуха и снова направляют на использование в качестве охлаждающего агента.

Достигаемая температура охлаждения зависит от начальной темпера­туры воды. Речная, озерная и прудовая вода в зависимости от времени года имеет температуру 4...25 °С, артезианская вода 8...15 °С и оборотная вода приблизительно 30°С (в летних условиях). При проектировании

теплообменной аппаратуры следует принимать в качестве расчетной начальную температуру воды для наиболее неблагоприятных (летних) условий с тем, чтобы обеспечить надежную и бесперебойную работу теплообменных устройств в течение всего года. Температура воды, выходящей из теплообменников, не должна превышать 40...50 °С (в зависимости от состава воды), чтобы свести к минимуму выделение растворенных в воде солей, загрязняющих теплообменные поверхности и снижающих эффективность теплообмена.

Расход W воды на охлаждение определяют из уравнения теплового ба­ланса

Откуда

(4.52)

где G — расход охлаждаемой среды;

с — средняя удельная теплоемкость этой среды;

с_В — удельная теплоемкость воды;

t_Н, t_К — начальная и конечная температуры охлаждаемой среды;

t_1, t₂ — начальная и конечная температуры охлаждающей воды.

Вода используется для охлаждения главным образом в поверхностных теплообменниках (холодильниках). В таких холодильниках вода движется обычно снизу вверх для того, чтобы конвекционные токи, обусловленные изменением плотности теплоносителя при повышении температуры, совпадали с направлением его движения. Вода применяется также в теплообменниках смешения, например, разбрызгивается в потоке газа для охлаждения и увлажнения.

Когда температура охлаждаемой среды превышает температуру ки­пения воды при атмосферном давлении, охлаждение проводят при частичном испарении воды, что позволяет снизить расход воды на охлаждение. Такое испарительное охлаждение является по существу не только тешюобменным, но и массообменным процессом.

Испарительное охлаждение осуществляют в оросительных холодиль­никах, градирнях и других теплообменных аппаратах, причем образующийся в последних пар иногда используют в качестве низкотемпературного греющего агента.

Атмосферный воздух, несмотря на относительно низкие коэффициенты теплоотдачи, находит в последнее время все большее распространение в качестве охлаждающего агента. Для улучшения теплообмена отвод тепла воздухом осуществляется при его принудительной циркуляции с помощью

вентиляторов и увеличении поверхности теплообмена со стороны воздуха, например, путем ее оребрения. Опыт показывает, что при исполь­зовании воздушного охлаждения, например, в крупных промышленных конденсаторах паров, затраты и, следовательно, стоимость энергии на принудительную циркуляцию воздуха могут быть меньше расходов, свя­занных с водяным охлаждением, и воздушное охлаждение оказывается экономичнее водяного. Кроме того, применение воздушного охлаждения позволяет снизить общий расход воды, что особенно важно при ограничен­ности местных водяных ресурсов.

Воздух как охлаждающий агент широко используют в смесительных теплообменниках — градирнях. Они представляют собой полые башни, в которых сверху распыляется вода, а снизу вверх движется нагнетаемый вентиляторами воздух. Для увеличения поверхности контакта между водой и воздухом в градирне помещают насадку, например, деревянную хордовую насадку.