základy procesního inženýrství - Vysoká škola báňská - Technická ...

4 Sdílení tepla
Jestliže podrobíme rychlé expanzi přehřátou kapalinu zadrženou v zbobtnalém materiálu tak, že pára
nestačí unikat, dojde k napuchnutí materiálu na velký objem. Propan, rozpuštěný v polystyrenu jej
přetvaruje na pěnový polystyren, expandující pára přetvoří vařenou rýži na objemnější porézní
burisony, kukuřičná zrna na popcorn.
Vařáky
Obecně označujeme zařízení, ve kterém dodáváním tepla
uskutečňujeme var, jako vařák. Bilance vařáku je jednoduchá: pokud
ve vařáku je přítomna kapalina při teplotě varu, případně pokud
takováto kapalina do vařáku přitéká, je množství generované páry m V
přímo úměrné dodávanému teplu a nepřímo úměrné skupenskému
teplu vypařování
m V = Q/∆h výp
m‘ V = Q‘/∆h výp
(při bilanci hmotnosti musí být výparné teplo vztaženo na jednotku
hmotnosti !).
Vařák, zařízený jako válcová nádoba, pod níž je topeniště, patří
k parním strojům z poloviny 19. století. Dnes se var průmyslově
provádí uvnitř trubic svislých nebo šikmých, z nichž pára snadno
odchází nahoru. Protože se parou strhává také kapalina (jako
v mamutce), je důležitým příslušenstvím vařáku i odlučovač páry,
například „cyklon“, ze kterého se kapalina vrací spodem do ohřevu
(Obr.xx).
Q
odlučovač
kapek
ohřev
Obr.4.15. Příklad uspořádání
vařáku
pára
Odparky
Zvláštním případem je var, jehož cílem je odpar rozpouštědla – odparka. Problémem zde bývá to, že
může docházet k „zahušťování“ směsi, spojené s tvorbou krystalů nebo jiných usazenin na
teplosměnných plochách (v kuchyni známé připékání na dno hrnce). Tomu se můžeme bránit
intenzivnějším prouděním kapaliny například pomocí míchání. Pro velmi intenzivní přestup tepla se
například používá filmová odparka, sestávající ze svislé trubice, ve které se točí rychloběžný rotor,
který odstředivou silou nahání kapalinu na stěnu a tím umožňuje rychlé odpařování za teplotních
podmínek, při nichž bychom jinak očekávali filmový var.
Brýdová pára (nasycená pára o malém tlaku a teplotě), která vzniká v odparce, má stále ještě jistý
tepelný obsah, kterého by bylo výhodné ještě využít k ohřevu v další odparce. K tomu, aby mohla
uvést kapalinu stejného typu do varu, však nemá potřebně vyšší teplotu. Navíc, kapalina s rozpuštěnou
solí má zvýšenou teplotu varu. Často se to řeší tak, že se v dalším stupni odparky kapalina udržuje při
sníženém tlaku. Pak se dodávané teplo využije k odparu opakovaně. Běžně se dělají vícestupňové
odparky se třemi stupni, ale jsou známy i desetistupňové odparky např. na odsolování mořské vody.
Jinou možností je zvyšovat teplotu brýdové páry dodáním mechanické energie tepelným čerpadlem.
Parní kotle
Velká zařízení, určená pro výrobu energetické vodní páry (pro pohon turbín nebo pro topení) jsou
parní kotle. Elektrárenské kotle produkují stovky až tisíce kg/s páry. U tepelných elektráren se pára
vytváří v trubkovnicích, kolem kterých proudí spalné plyny. Trubkovnice se uspořádávají svisle nebo
šikmo a parokapalinová směs se dále z nich vždy vede přes odlučovače kapaliny. Samotná pára se
obvykle vede znovu přes topeniště další trubkovnicí, ve které se ještě zvýší její enthalpie a dostává se
přehřátá pára, vhodná pro pohon turbín.
Teplárny se liší od elektráren tím, že jejich hlavním produktem je pára anebo horká voda pro využití
v průmyslu nebo pro otop sídlišť. Větší teplárny proženou vyráběnou páru při výrobě teplonosného
média také turbínou a získají elektřinu. Podobně se někdy může podařit uplatnit odpadní teplo
z elektráren k vytápění. (Z elektrárny Mělník vede teplárenské potrubí až k severním pražským sídlištím.)
Při přenosu tepla se často používá více okruhů s různými nároky na tlak a čistotu. Tyto okruhy si teplo
předávají tepelnými výměníky. Parním kotlem a turbínami se vede velmi čistá deionizovaná voda
102