Передачу тепла от горячих теплоносителей к более холодным осуществляют в теплообменниках. Различают теплообменники непосредственного смешения теплоносителей и поверхностные теплообменники, в которых тепло передается через глухую разделительную стенку. В последних теплопередача может протекать без изменения агрегатного состояния теплоносителей (нагреватели, холодильники) и с изменением агрегатного состояния (испарители, конденсаторы).
Регулирование теплообменников смешения заключается в поддержании постоянства температуры Тсм суммарного потока на выходе. Входными величинами теплообменника являются расходы жидкостей на входе (F1 и F2) и их температуры (Т1 и Т2). Если Т2 > Тсм > Т1, а также если удельные теплоемкости и плотности жидкостей обеих потоков одинаковы, то зависимость Тсм от входных величин находится из уравнения теплового баланса (потерями пренебрегаем):
Температуру ТСМ обычно стабилизируют посредством изменения расхода одного из входных потоков. Теплообменники смешения обладают малым запаздыванием и значительным самовыравниванием.
Регулирование поверхностных теплообменников, заключается в поддержании постоянства температуры одного из теплоносителей на выходе из теплообменника, например, температуры Tx2
а б
Температура Тх2 зависит от скорости передачи тепла или теплового потока q через стенку:
Решая (*) совместно с уравнениями теплового баланса, получают зависимость Тх2 от входных переменных. Как правило Тх2 регулируют изменением расхода горячего теплоносителя, однако расчеты показывают, что она более чувствительна к нагрузке холодного теплоносителя, чем к расходу горячего теплоносителя. В связи с этим затрудняется качественное регулирование теплообменников в широком интервале изменения расходов теплоносителей и требуются регуляторы с дифференциальной составляющей.
Если по условиям технологии не допускается изменение потоков теплоносителей, то температуру продукта на выходе из теплообменника регулируют путем байпасирования части продукта и изменения его расхода. При этом регулирующий клапан устанавливают на байпасной линии (рис. б).
Если в качестве греющего агента применяют водяной пар, то температуру технологического продукта обычно регулируют путем изменения подачи пара (рис. а). При значительных колебаниях давления пара применяют каскадную систему регулирования давления пара с корректировкой по температуре нагретого продукта.
Возможно также регулирование скорости теплопередачи путем поддерживания постоянства температуры продукта на выходе из теплообменника клапаном, установленным на линии отвода конденсата (рис. б). Это приводит к частичному заполнению теплообменника конденсатом. Такая система реагирует медленнее, чем система с клапаном, установленным на линии подачи греющего пара. Но она позволяет лучше использовать тепло водяного пара, так как значения его давления и температуры более высоки, вследствие отсутствия дополнительных гидравлических сопротивлений на паропроводе, а отводимый конденсат принимает температуру несколько меньшую, чем температура конденсации пара. Это позволяет повысить эффективность работы теплообменника на 5 – 7%. Кроме того, клапан, установленный на линии отвода конденсата, будет меньше по размерам того, который установлен на линии подачи греющего пара.
