3 нагряване и охлаждане



Дата12.10.2017
Размер204.85 Kb.
#32225
3.2. НАГРЯВАНЕ И ОХЛАЖДАНЕ
Процесите нагряване и охлаждане намират широко приложение в химическата промишленост. Те много често са свързани с протичането на основни технологични процеси и са мощен фактор за ускоряване или забавяне на химичната реакция. В редица случаи са необходимо условие, без което химичният процес практически не може да се реализира.
Промишлени топлоносители
В химичните производства се прилагат различни начини за нагряване или охлаждане, като се използват различни топлоносители – най-често течни или газообразни и електричество. Това са обменящите топлина тела и материални потоци при топлообмените процеси. Използваните нагряващи или охлаждащи агенти в различните технологии са твърде разнообразни, но съществуват общи изисквания, на които трябва да отговорят : да имат добри топлофизични свойства (висок коефициент на топлоотдаване и голям специфичен топлинен капацитет), така че с малка маса от тях да се пренася голямо количество топлина; да имат ниско налягане на парите; да са химически и термически устойчиви при високите температури; да не предизвикват корозия на съоръженията; да са безвредни за нагрявания материал, за агрегата, в който се извършва нагряването, за околната среда и за обслужващия персонал.

От икономическа гледна точка най-подходящ е този топлоносител, при който топлообменната повърхност и разходът на енергия за осъществяване на циркулацията му са най-малки и чиято цена е най-ниска. Освен това топлоносителите трябва да позволяват регулиране на температурата в широки граници с достатъчна точност.

Топлоносители се явяват също и всички получени в технологичните инсталации високотемпературни потоци, топлината на които може да се използва за нагряване на суровини в регенератори на топлината. Използването на тяхната топлина за нагряване на различни потоци води до голяма икономия на енергия и до поевтиняване на готовата продукция.

На тези изисквания в най-голяма степен отговарят димните газове, водната пара, електроенергията и някои специални видове топлоносители, използвани като нагряващи агенти.



Нагряване с димни газове. Димните газове са продукти на горенето на горивата (най-често газообразни или течни горива и по-рядко при изгаряне на твърди горива). Големите предимства на димните газове като топлоносител са свързани със сравнително простата конструкция на съоръженията, в които се получават и използват (тръбни пещи), както и големите количества топлина, които пренасят, което позволява сравнително лесното достигане на високи температури в широк интервал от 900-18000С. Недостатъци на нагряването с димни газове са: нисък коефициент на топлоотдаване към топлообменната повърхност( α е не по-висок 58 W/m.0K), малък специфичен топлинен капацитет, трудното регулиране на температурата, опасност от местни прегрявания, силно замърсяване на нагревната повърхност с частици пепел, сажди и пр.

Обикновено нагряването с димни газове на твърди или течни материали се провежда в специални съоръжения наречени пещи. Топлопредаването от димните газове към нагряваната среда се извършва чрез излъчване и конвекция, като в зависимост от температурата в съоръжението пребладава, единият от двата вида топлопредаване.



Нагряване с водна пара. Това е най-удобният и широко разпространен топлоносител. Водната пара се транспортира лесно, което позволява нейното централизирано получаване в ТЕЦ или големи котелни агрегати при най-ефективно използване на горивото. Тя отговаря на редица от изискванията към топлоносителите.

Водната пара бива влажна и суха наситена и прегрята. Тя има температура, съответстваща на налягането при което се образува. Тази връзка дава възможност от технически справочници да се намери температурата и при определено налягане и обратно. Влажната наситена водна пара е с по-малко топлосъдържание, отколкото сухата наситена пара.

Обикновено като топлоносител се използва с у х а н а с и т е н а водна пара. При кондензацията на наситената водна пара тя отдава топлината си на изпарение и нагрява с висок коефициент на топлоотдаване – от 5000 до 15000 W/m2.0K, което позволява да се намалява топлообменната повърхност на апаратите. Освен това тя има голяма скрита топлина на кондензация (при кондензация на 1 кг водна пара при атмосферно налягане се отделят 2,256 МJ топлинна енергия); лесно поддържане на температурата, възможност за използване на кондензата, пожаробезопасност и др. Най-големият недостатък на водната пара е, че тя е нискотемпературен топлоносител – нагряването се ограничава до температури 160-1700С, тъй като при тях налягането на парата достига около 1 МРа. За нагряване на среди до 2000С е необходимо наситената пара да се подава под налягане 2,3 - 3 МРа. При тези сравнително високи налягания използваната топлообменна апаратура се оскъпява поради повишените якостни изисквания.

В някои отрасли на промишлеността като топлоносител се използва прегрята водна пара при температура 350-3600С, която циркулира в системата под налягане по-високо от 20 МРа. Но тази водна пара има нисък специфичен топлинен капацитет и нисък коефициент на топлоотдаване, поради което разходът и е по-голям и при нагряване с нея е необходима по-голяма топлообменна повърхност.



Нагряването с водна пара бива директно и индиректно. При пряк контакт парата се пропуска непосредствено в нагряваната среда (най-често течност). Парата отдава топлината си, кондензира се и се смесва с нагряваната течност. Директното нагряване е допустимо само в случаите, когато е възможно смесването на нагряваната смес с кондензата. Този начин е по-прост от индиректния и при него топлината на нагряващата пара се използва пълно. Затова се използва за повишаване на температурата на различни водни разтвори, при което смесването им с кондензата не води до промяна на техните свойства.

Индиректното нагряване с водна пара е по-разпространеният и технически по-съвършен метод за нагряване. При него нагряваната среда няма пряк контакт с парата, а е разделена от нея най-често с плоска или цилиндрична стена, наричана понякога нагревна повърхност. Водната пара нагрява разделителната стена, а нагряваната среда получава топлина от нея. При контакт с нагревната повърхност водната пара кондензира. Парата винаги се подава в горната част на топлообменния апарат. За да се намали разходът на пара, се поставя кондензно гърне, което има за задача да задържи парата в топлообменника и да изпуска само кондензат.

Нагряване с високотемпературни топлоносители. Нагряване до високи температури при значително понижаване на налягането в топлообменната апаратура може да се достигне като се използват кондензиращи топлоносители с висока температура на кипене. С висококипящи органични и неорганични топлоносители в течно или парообразно състояние при атмосферно или свръхналягане в апаратите могат да се осигурят температури над 2000С. Високотемпературните топлоносители са разделят на три основни групи – органични, йонни и течнометални. Към групата на органичните топлоносители се отнасят етиленгликол, глицерин, нафталин, тетрахлордифенил (до 3000С), смес от дифенил и дифенилоксид (даутерм) и много други органични съединения. Към тази група топлоносители се отнасят и минералните и други видове масла (до 250-3000С). Минералните масла са най-евтините органични високотемпературни топлоносители, но имат нисък коефициент на топлопредаване, голям вискозитет и оттам големи хидравлични съпротивления. Окисляването им, а оттам и замърсяването на топлообменната повърхност затруднява в значителна степен топлообмена. Недостатък на дифенилната смес, както и на останалите органични топлоносители, е малката топлина на парообразуване и значителното разлагане при температура, по-висока от 4000С. Йонни високотемпературни топлоносители (с йонна връзка) са някои високотопящи и висококипящи неорганични соли. Например смес от соли, съдържащи NaNO2(40%), NaNO3(7%) и KNO3(53%) не предизвиква практически корозия при температури, не по-високи от 4500С. Такъв топлоносител се използва в инсталацията за Каталитичен крекинг с неподвижен слой катализатор. Течнометалните високотемпературни топлоносители са метали и сплави в течно или парообразно състояние – Li, Na, K, Cd,Hg и др. Те имат висок коефициент на топлоотдаване. В много случаи нагряване до високи температури може да се реализира и чрез потапяне в стопено стъкло.

Понякога високотемпературните топлоносители се наричат междинни топлоносители, тъй като в действителност те са посредник в предаването на топлината между истинския топлинен източник (в по-голямата част от случаите това е електрическа енергия) и нагряваната среда. Възможни са два начина за нагряване с междинни топлоносители – чрез потапяне в тях и чрез циркулация на топлоносителя. В последният случай топлоносителят циркулира между съоръжението, в което самият той се нагрява, и съоръжението, в което всъщност протича нагряването.



Нагряване с електрически ток. Чрез нагряване с електрически ток може да се достигне висока температура (до 3000С) и голям к.п.д. (по-висок от 95%). Температурата в работното пространство се регулира сравнително лесно, бързо и точно като се осигурява равномерност на нагряването. Всичко това определя този начин на нагряване като един от най-желаните, но високата цена на електроенергията задържа широкото му приложение.

Превръщането на електрическата енергия в топлинна става по различни начини. При най-простия вариант електрическия ток протича по проводник с високо съпротивление, в резултат на което се отделя топлина. Прилага се пряко и непряко загряване с електрически ток. При прякото загряване електрическия ток се пропуска през загряваното тяло. Това се прави рядко. Много по-често електрическият ток протича през специални нагреватели, които от своя страна предават топлинната енергия на нагряваната среда. Така работят например домашните електрически печки с реотани, бързоварите, елекрическите котлони. В промишлени условия както за пряко, така и за непряко нагряване с електрически ток, се използват специални съоръжения, наречени съпротивителни пещи. Нагревателните елементи се правят от проводници с голямо съпротивление и обикновено са оформени във вид на проводници с кръгло сечение (жици) или плоски ленти.

Друг начин на превръщане на електрическата енергия в топлинна е индукционният. Нагряваният елемент се поставя в променливо магнитно поле на соленоид. В стените на апарата или в самия нагряван елемент се индуцират вихрови токове, чиято енергия се превръща в топлинна. Съоръженията, които работят на този принцип се наричат индукционни пещи.

В дъговите електропещи електрическата енергия се превръща в топлина в резултат на образуване на дъга между два електрода. Достига се работна температура 2000 – 25000С. Прилага се най-често за стопяване на метали.

Диелектриците могат да се нагряват и като през тях се пропусне променлив ток с висока честота. Поради голямото съпротивление на средата електрическата енергия се превръща в топлинна. Диелектричното нагряване намира широко приложение при съдове от пластмаса.

Температурата на нагрявания материал може да се повиши и в резултат на облъчване с инфрачервени лъчи, генерирани от специални източници. При този метод на нагряване няма разлика между температурата на повърхността на нагрявания материал и във вътрешността му.



Охлждащи агенти. Най-разпространеният и евтин охлаждащ агент е водата, използвана за охлаждане до 30-350С. Тя е достъпна и има висок коефициент на топлоотдаване към топлообменната повърхност. Във връзка с ограничените запади от вода в големите химически и нефтопреработващи заводи се организира т.нар. оборотно водоснабдяване. При него нагрятата вода повторно се използва след нейното охлаждане чрез частичното и изпаряване в охладителни кули или специални басейни. Понякога температурата на водата се понижава при частичното и изпарение под вакуум.

Използването на водата като охлаждащ агент е свързано със замърсяване на повърхността на топлообменните апарати (охладители и кондензатори) вследствие на отделяне на накип и други замърсители, съдържащи се в нея. Това води до значително намаляване на коефициента на топлопредаване и до влошаване на процеса на охлаждането, което налага периодично топлообменната повърхност да се очиства.

Необходимостта от съкращаване на разхода на вода за охлаждане наложи все по-широкото използване на въздуха като охлаждащ агент. Атмосферният въздух с помощта на мощни вентилатори се нагнетява в апаратите за въздушно охлаждане. Въздухът е леснодостъпен и практически не замърсява топлообменната повърхност. Но в сравнение с водата той има сравнително нисък коефициент на топлоотдаване, което може да се компенсира чрез значително оребряване на топлообменната повърхност на тръбите. Освен това въздухът има сравнително нисък специфичен топлинен капацитет (1,0 kJ/kg.0K) в резултат на което разходът на въздух превишава 4 пъти разхода на вода. Други недостатъци – колебанията в началната температура на въздуха, обусловени от географското място на инсталацията, годишното или денонощното време. Затова въздушните охладители се снабдяват със система за регулиране на количеството на въздуха в зависимост от неговата първоначална температура. В съвременните апарати се предприема частично (до няколко градуса) понижаването на температурата на въздуха чрез неговото овлажняване за сметка на впръскване на химически чиста вода от форсунка.

При необходимост от охлаждане до ниски температури (по-ниски от 10-150С) се използват специални хладоагенти – изпаряващ се амоняк, пропан, етан и други втечнени газове. Подобни хладоагенти се използват при депарафинизация на масла, нискотемпературно сярнокисело алкилиране на изобутан с олефини, при производството на багрила, фармацевтични продукти и др. В този случай топлината се отнема от превръщането на втечнения газ в пари, които се свиват, втечняват се и се връщат отново в процеса.

За охлаждане до ниски температури се използват още лед, смеси на лед с различни соли или водни разтвори на някои соли като CaCl2, NaCl и др.

Контролни въпроси и задачи :
1.Обяснете защо се предпочитат нагряващи агенти с голям топлинен капацитет и висок коефициент на топлоотдаване ..................................... .

2. Основен недостатък на наситената водна пара като топлоносител е, че се използва за нагряване до .................0С. Защо?

3. Кой от посочените топлоносители бихте избрали, ако трябва да се изпарява течност с температура на кипене 2400С в топлообменник? а) прегрята водна пара; б) наситена водна пара; в) минерално масло.

4. Най-лесно се регулира температурата при нагряване с: а) димни газове; б) водна пара; в) електрически ток; г) машинно масло.

5. Най-висок коефициент на топлоотдаване имат : а) димните газове; б) прегретите водни пари; в) наситените водни пари; г) деутерм.

Топлообменни апарати
Апаратите, в които протичат само топлообменни процеси, се наричат топлообменни апарати. Те са може би най-често използваните съоръжения заедно с различните помпи в промишлените химически инсталации.

В производствената практика е прието всички апарати, в които протичат само нагряване и охлаждане, да се наричат с общото наименование топлообменници. Топлообменниците се използват за нагряване и охлаждане на газове, течности или твърди материали. В тях най-често топлообменът се извършва между флуиди или между твърдо тяло и флуид.

Според предназначението им топлообменниците се делят на следните групи :

Топлообменници, в които единия поток се нагрява за сметка на друг, който се получава в технологичния процес и подлежи на понататъшно охлаждане. Използването на тези топлообменници в инсталациите позволява да се съкратят разхода на топлина, на грееща водна пара, на охлаждащ агент и др. Често се наричат топлообменници – регенератори.

Другата група топлообменници са нагреватели или охладители според това нагряването или охлаждането е целевия процес. В нагревателите се използват специални топлоносители (водна пара, масла, високотемпературни и др.топлоносители). Охлаждането в охладителите се извършва със специални хладоагенти (вода, въздух, втечнени газове и др.)

В практиката съществува голямо разнообразие по отношение на вида и устройството на топлообменниците. Въпреки голямото им разнообразие в зависимост от начина на пренос на топлина топлообменниците се разделят на две големи групи – повърхностни и смесителни. Действието на смесителните топлообменници се свежда до пряко смесване на топлоносителя и нагряваната среда. В повърхностните топлообменници няма пряк контакт между топлоносителя и нагряваната или охлаждана среда. Топлинната енергия се пренася през нагревна повърхност, която разделя двете среди.

От свой страна повърхностните топлообменници се разделят на рекуперативни и регенеративни. В рекуперативните топлообменници нагряваната и охлаждана среда се движат едновременно от двете страни на нагревната повърхност. Тези апарати могат да работят както с периодично, така и с непрекъснато действие. В регенеративните топлообменници нагряваната и охлаждана среда контактуват последователно с една и съща твърда повърхност. Тя акумулира топлинна енергия, докато покрай нея се движи по-топлата среда, а след това отдава тази енергия на по-хладната среда. Следователно периодично твърдата повърхност поглъща и отдава топлинна енергия. Тези топлообменници работят само при периодичен режим.

Най-широко разпростанение в химическата технология са намерили рекуперативните повърхностни топлообменници. Според формата на топлообменната повърхност те биват тръбни, листови, оребрени и графитови. По разположение на елементите в пространството се различават вертикални и хоризонтални топлообменници.

Т р ъ б н и п о в ъ р х н о с т н и т о п л о о б м е н н и ц и.

Змиевиковите топлообменници са сравнително най-простите апарати за нагряване или охлаждане. Топлообменната повърхност представлява спирално навита тръба (змиевик) или прави тръби, свързани с колена (серпентини). Когато змиевиците са потопени в съд с течност, те се наричат потопени, а когато се оросяват с течност – оросявани змиевици.

Потопените змиевикови топлообменници (фиг.3.5) намират най-често приложение в химическите реактори за нагряване на течности и по-рядко като охладители или кондензатор-охладители. Змиевикът може да бъде изпълнен като спирала или серпентина и се монтира около стените на съда или на дъното му. В нея отдолу нагоре се движи топлоносителя, а нагряваната среда обтича външната страна на тръбния змиевик.

Тези змиевици имат просто устройство и компактност при значителна топлообменна повърхност. Поради малката скорост на умиване на течността и ниския коефициент на топлоотдаване от външната страна на змиевика те не са достатъчно ефективни. Недостатъци на тези апарати са тяхната обемистост, висок разход на метал и трудно почистване. Приложението им е целесъобразно, когато течната работна среда е летлива или съдържа механични примеси. Пригодни са за работа със силно агресивни течности тъй като топлообменната повърхност може да е от специални материали (олово, керамика, феросилид и др.). В редица случаи за да се намали сечението на външния съд и се подобри коефициентът на топлопредаването от стената на змиевика към нагрявана течност, във вътрешността му се поставя втори съд и бъркачка.

Фиг.3.5. Топлообменник с потопен Фиг.3.6. Оросяван топлообменник

змиевик
Оросяваните змиевици (фиг.3.6) се използват главно като охладители и кондензатори. Те са серпентинен тип змиевици, оросявани отгоре с вода, при което половината от топлината се отнема при изпарение на част от охлаждащата вода. Най-важното предимство на тези апарати е относително малкият разход на вода, тъй като половината от топлината се отнема при изпарение на част от охлаждащата вода. Те обаче са тежки, с големи габарити, трудна експлоатация при зимни условия, интензивна корозия на външната повърхност на тръбите в резултат на отлагането на накип върху тях, работят с неравномерно охлаждане на външната повърхност на тръбите, с по-нисък коефициент на топлопредаване от спираловидните апарати при значителни хидравлични съпротивления.

Топлообменници тип “тръба в тръба”. Това са двутръбни топлообменници, които се използват предимно за нагряване на малки количества течности до високи температури.


Топлообменникът тип”тръба в тръба” представлява последователно съединени тръбни елементи(фиг.3.7). Всеки от тях се състои от две тръби, поставени една в друга. Външните тръби 1 на елементите се съединяват чрез съединителни тръби и фланци, а вътрешните тръби 2 – чрез колена 3.




Фиг.3.7. Схема на топлообменник

тип „тръба в тръба”


По този начин се оформя пръстеновидно пространство между тръбите, в което се движи единият от флуидите (щуцери 6и7). Другият се движи във вътрешните тръби (щуцери 4и5), чиито стени са всъщност нагревната повърхност. В тези отделни пространства двата потока се движат обикновено в противоток.

Тези топлообменници имат просто устройство и изработка; възможност за нагряване и охлаждане на среди с високо работно налягане; работят с интензивен топлообмен и високи скорости на движение на топлоносителите, което осигурява високи стойности на коефициента на топлопредаване. Недостатъци на тези апарати са големи габарити, тежки; сравнително малка топлообменна повърхност; трудно почистване на междутръбното пространство; значително хидравлично съпротивление и сравнително голям разход на метал за изработването им, което ги оскъпява.



Кожухотръбни топлообменници. Това са най-разпространените топлообменници в химическата промишленост, тъй като осигуряват много голяма топлообменна повърхност, като едновременно с това стойностите на коефициента на топлопредаване са много високи.

Конструкциите на този тип топлообменници са също много разнообразни. Кожухотръбните апарати с неподвижни тръбни решетки (фиг.3.8) се състоят от сноп от успоредни тръби 3, които са заварени към отворите на тръбни решетки 2. Целият тръбен сноп е поставен в корпус (кожух) 1, който е затворен с капаци 4 чрез фланцови съединения. По този начин се оформят две изолирани едно от друго пространства. Едното пространство се ограничава от кожуха, външната повърхност на тръбите и тръбните решетки и се нарича междутръбно пространство. В това пространство се движи топлоносителят, който се подава през щуцери 5 и 6. Другото пространство се ограничава от двата капака, решетките и вътрешността на тръбите и се нарича тръбно пространство. В него през щуцер 7 влиза другият поток, минава през тръбите и излиза през щуцер 8. В тръбите по правило се движи замърсяващият и агресивен топлоносител, който се намира под високо налягане. Тъй като потокът преминава еднократно по дължината на тръбите, този тип апарати се наричат едноходови. Те се изработват най-често вертикални.



1- кожух;

2-тръбни решетки;

3-тръбен сноп;

4-капаци;

5,6-щуцери за вход и изход на

потока в междутръбното пространство;

7,8 – щуцери за вход и изход на потока в

тръбното пространство;

9-опорни лапи.



Фиг.3.8. Едноходов кожухотръбен


За подобряване на топлообмена се използват многоходови кожухотръбни топлообменници (фиг.3.9). В капаците на многоходовите кожухотръбни топлообменници са монтирани прегради 1, разделящи тръбния сноп на няколко хода, в които потока протича последователно. Така се увеличава неговата скорост, удължава се пътя му и оттам се интензифицира топлообмена. Използват се до шестходови топлообменници.


топлообменник

Фиг.3.9. Многоходови топлообменници

Площта на междутръбното пространство е значително по-голяма (до 2 пъти) от тази на тръбния сноп. Затова за да се увеличи скоростта на потока и в междутръбното пространство се поставят също напречни прегради 2. Многоходовите топлообменници се изработват обикновено хоризонтални.

Работата на топлообменниците е свързана с промяна на температурата. Тъй като всички елементи са направени от метал, вследствие на термичното разширение има опасност при неравномерно нагряване тръбите да се изкривят или да се разкачат от тръбната решетка. При малки температурни разлики между температурата на тръбите и на кожуха на апарата не се налага да се взимат мерки за компенсиране на нееднаквото им удължение. Ако обаче тази температурна разлика е на 500С или дължината на тръбите е голяма, се използват апарати с различни компенсиращи устройства. Тези кожухотръбни топлообменници са с мека конструкция (с подвижни тръбни решетки). Най-голямо разпространение от тази група имат следните апарати с топлинни компенсатори : с линзов компенсатор, с плаваща глава и с U -образни тръби (фиг.3.10).

Кожухотръбните топлообменници с лещовидни компенсатори 1 имат просто конструкция, но могат да се използват само при сравнително ниски налягания в междутръбното пространство (до 0,6 МРа). При топлообменници с плаваща глава едната тръбна решетка 2 е подвижна и дава възможност тръбите да се разширяват свободно независимо от тялото на апарата. Този тип апарат има сложно устройство, но по-лесно разглобяване и почистване, сигурна работа, затова се използва най-често. При апаратите с U-образни тръби самите тръби 3 поемат температурните разширения благодарение на особената си конструкция. При малък броя тръби те имат сравнително проста конструкция и затова се използват за топлообмен между малки количества флуиди при ниски работни налягания.

Фиг.3.10. Кожухотръбни топлообменници с мека конструкция

Д р у г и в и д о в е т о п л о о б м е н н и ц и. Освен чрез тръби топлообменна повърхност може да се осигури и чрез метални листове под формата на пластини, спирали и др.



Т

Най-често това са апарати с цилиндрична форма, корпусът 1, който е обгърнат от метална риза 2, закрепена към него чрез фланец или заварка. Нагряваната среда се намира вътре в апарата, а топлоносителят( най-често водна пара) се подава в в парната риза през щуцери 3 отгоре и се отвежда отдолу. Когато апарата се използва за охлаждане в ризата се подава вода през долния щуцер 3 и се отвежда отгоре.


оплообменници с метална риза.
Това са най-простият тип топлообменни устройства, които се използват главно за протичане на химични реакции, за които е необходимо да се подава или отнема топлина. В тези апарати (фиг.3.11) стените на апарата, покрити с металната риза служат за топлообменната повърхност.

Фиг.3.11. Топлообменник с парна(водна) риза
Тези топлообменници имат просто устройство, лесно почистване и добра защита от корозия. Недостатъците им са малката нагревна повърхност (10 m2); ниските коефициенти на топлопредаване поради малките скорости на движение на флуидите и неравномерния топлообмен. За интензифициране на топлопренасянето във вътрешността на апарата понякога се поставят бълкалки.

Спирални топлообменници. Тези топлообменници (фиг.3.12) се използват за нагряване и за охлаждане на газове, втечняване на пари и за топлообмен между течности. Състоят се от два метални спирално навити листа 1 и 2, които служат за повърхност на топлообмена. Вътрешните им краища са заварени към разделителна преграда 3, а външните – един за друг. Между двата листа се образуват два изолирани спирални канала с правоъгълно сечение и широчина 4-8 мм, в които топлоносителите се движат в противоток. Единият от тях (І) се подава през щуцер 5 в периферията на спиралата и се отвежда от центъра през щуцер 6, а другият (ІІ) – в центъра през щуцер 7 и се движи към периферията, откъдето се отвежда през щуцер 8. Отстрани спиралата е затворена с подвижни капаци.

Фиг.3.12. Спирален топлообменник


Топлообменната повърхност на тези апарати достига до 100 m2. Те са компактни, работят с минимални топлинни загуби и ниски хидравлични загуби, защото липсват резки промени в посоката на движение. Затова топлоносителите в тях могат да се движат с големи скорости – за течности до 2 m/s, а за газове до 20 m/s. Капаците на апарата лесно се снемат, затова каналите са достъпни за механично почистване. По тази причина могат да се използват за нагряване и охлаждане на вискозни течности, флуиди, смесени с твърди частици и др. Техни недостатъци са високата цена и трудна изработка и ремонт при пробив на листовете и заварките.



Пластинкови топлообменници. Това са най-компактният тип топлообменни апарати. Използват се предимно за топлообмен между течности. В пластинковите топлообменници (фиг.3.13) топлообменната повърхност се образува от гофрирани успоредно подредени в пакет пластини 1,2,3,4 и 5, между които се създават тесни канали с широчина 3-6 мм. Пластините са стегнати с болтове между две странични плочи А и Б, едната от които е подвижна. За оформяне на пространството за движение на потоците между пластините са поставени каучукови уплътнители.

Фиг.3.13. Пластинков топлообменник


Топлоносителят І постъпва през левия горен щуцер, запълва пространството между пластините 4 и 5, 2 и 3 и 1 и А, като излиза през десния долен щуцер. Нагряваният материален поток ІІ постъпва през левия долен щуцер, движи се в противоток като минава между пластините 1 и 2, 3 и 4, 5 и Б. Той излиза през десния горен щуцер на плоча Б.

Тези топлообменници в последно време се използват много. Това се дължи на редица техни предимства: малки габарити и малък разход на метал за единица топлообменна повърхност; високи скорости на движение на потоците, което осигурява висок коефициент на топлопреминаване (два пъти по-висок, отколкото на спиралните) и намалено отлагане на накипи по топлообменната повърхност; лесен ремонт и почистване. В сравнение с кожухотръбните апарати пластинковите топлообменници създават по-голяма топлообменна повърхност (до 5-6 пъти).

Наред с големите си предимства пластинковите топлообменни апарати имат и някои сериозни недостатъци : лесно износване на каучуковите уплътнители; големи хидравлични съпротивления и оттам висок разход на енергия за транспортиране на топлоносителите. Употребата им се ограничава до температури под 3000С и работни налягания до 4 МРа.

Апарати с въздушно охлаждане. Тези апарати получиха широко разпространение, като охлаждащ агент се използва поток от атмосферен въздух, нагнетяван с осови вентилатори пропелерен тип. Използват се като кондензатори, охладители и нагреватели за битови нужди. Чрез тях значително се намалява разходът на вода за охлаждане и се избягва необходимостта от очистване на външната топлообменна повърхност на тръбите.

Сравнително ниският коефициент на топлоотдаване на въздушния поток (30-90W/m2.K), характерен за тези апарати, се компенсира със значително оребряване на външната повърхност на тръбите(фиг.3.14), а също и със сравнително високи скорости на движение на въздуха.




Ребрата се поставят от тази страна на повърхността, от която коефициентът на топлопредаване е по-малък. В тези апарати се регулира разходът на въздух във връзка със сезонните и денонощни изменения на температурата на въздуха. При повишаване на температурата на въздуха(през летните месеци) апаратите се охлаждат чрез изпаряване на химически чиста вода, впръскана във въздушния поток.



Фиг.3.14. Оребрени тръби




Контролни въпроси и задачи :
1.Индиректни топлинни процеси протичат в ..................................... топлообменници.

2. Оребряването на въздушните топлообменници се прави за : а) да се подобри хидродинамичният режим на въздуха; б) да се избягнат замърсяванията; в) да се увеличи топлообменната повърхност. 3. Многоходовите топлообменници се правят, за да се : а) увеличи топлообменната повърхност; б) удължи пътят на топлоносителите; в) увеличи скоростта на движение. 4. Компенсиращите устройства се използват : а) за интензифициране на топлообмена; б) за компенсиране на нееднаквото удължаване; в) за двете. 5. Когато водната пара се използва като нагряващ агент, тя се подава в : а) долния край на апарата; б) горния край на апарата; в) независимо в кой край на апарата. Обосновете отговора си!



6.Интензивен топлообмен, лесен ремонт и почистване, компактна конструкция, осигуряваща значителна и лесно променяща се топлообменна повърхност, са предимства на : а) тръбни топлообменници; б) топлообменници с метална риза; в) спирални топлообменници; г) пластинкови топлообменници.






Сподели с приятели:




©obuch.info 2022
отнасят до администрацията

    Начална страница