Область применения теплообменных аппаратов в химической технологии и основные требования к теплообменным аппаратам, страница 3

Разборные пластинчатые теплообменники могут работать со средами содержащими твердые частицы размером до 4 мм.

По конструкции эти теплообменники разделяются на:

1. разборные (ТПР)

2. полуразборные (ТПП)

3. блочносварные (ТПБС)

4. сварные неразборные (ТПСН)

Разборные пластинчатые теплообменники применяются, когда аппарат часто подвергается разборки и чистки. Имеется необходимость перекомпоновки поверхности теплообмена и изменения числа параллельно работающих каналов, например, в связи с изменением технологического режима. Если приходится производить замену некоторых участков поверхности теплообмена из – за неравномерного коррозионного или эрозионного разрушения.

Теплообменник включает стойку 5 наживные плиты 1 и 4, набор теплообменных пластин 3 и стягивающие шпильки 2 (рисунок)

Пластины и уплотнительные прокладки образуют после сборки и сжатия каналы четные и нечетные, служащие для прохода холодного и горячего теплоносителей. От формы, размеров и конструктивных особенностей пластины зависят эффективность теплопередачи, надежность теплообменника, технологичность и трудоемкость его изготовления, эксплуатационные данные. Как правило, профиль пластин запатентован.

Пластины определенного профиля изготавливаются различных типов размеров, что позволяет выбрать теплообменник для конкретного производства. Стремление повысить степень турбулизации потока приводящая степень к уменьшению толщины пограничного слоя и, как следствие, к увеличению коэффициента теплоотдачи. Позволило разработать конструкции пластин сетчато–поточного типа. В каналах образованные этими пластинами поток жидкости изменяет направление своего движения в двух плоскостях, образуя совокупность сходящихся и расходящихся струй. В сетчато–поточных пластинах турбулирующие элементы используются одновременно и для создания сети равномерно распределенных опор между пластинами, что значительно повышает жесткость всего пакета и дает возможность работы при более высоких давлениях.

Прокладки могут прикрепляться к двум сторонам пластины, либо к одной. Второй вариант является более распространенным, т.к. он более технологичен. Для резиновых многоразовых прокладок важным является надежное закрепление прокладок на пластине. Наиболее распространены два способа крепления: приклеивание прокладок клеем в специальную канавку, выполненную на пластине и механическое закрепление прокладки в канавки имеющий форму «ласточкин хвост». Первый способ более технологичен и нашел наибольшее применение.

К недостатком разборных теплообменников с прокладками на клею следует отнести: влияние температуры на прочность соединения, недостаточная стойкость многих марок клеев на повышенную температуру

Теплообменник состоит из группы теплообменных пластин 15, подвешенных на верхней горизонтальной штанге 7, концы верхней и нижней штанг закреплены в неподвижной плите 3 (передней стойки) и задней стойки 9. При помощи наживной плиты 8 и винта 10, пластины в рабочем состоянии сжаты в один пакет. Между пластинами установлены, прокладки 13 и 5. Для подвода и отвода теплоносителей служат штуцеры 1, 2, 11, 12.

В разборных теплообменниках до 2 МПа температура до 200°С. Полуразборные теплообменники используются, когда одна из сред не образует отложения, например чистый водяной пар. Сварные неразборные теплообменники используются в тех случаях, когда обе среды не дают отложений на поверхности теплообмена. Однако в комплект теплообменного оборудования завод изготовитель часто предлагает установки для промывки поверхностей с использованием различных реагентов.

Неразборные теплообменники используются при давлении 3 МПа и температура до 400°С.

В полуразборных теплообменниках властины попарно сварены друг с другом. Одним из достоинств пластинчатых теплообменных аппаратов является возможность создания различных схем движения рабочих сред.

Различают 6 основных случаев движения теплоносителей в пластинчатых теплообменниках:

А. частный противоток при общем противотоке.

Б. смешанный ток.

В. смешанный ток при общем противотоке.

Г. частный прямоток при общем противотоке.

Д. смешанный частный ток при общем противотоке.

Е. чистый прямоток.

РД 26 – 01 – 107 – 86 Теплообменники пластинчатые.

Методы тепловых и гидромеханических расчетов.

Теплообменники с рубашкой.

Они так же относятся к теплообменникам с поверхностью теплопередачи выполненной из листового материала. Применяются главным образом в реакционных аппаратах, когда необходимо подавать или отводить незначительное количество тепла и тем самым поддерживать требуемый температурный режим в аппарате. Поверхность теплообмена обычно не превышает нескольких десятков м² (до 20 м²). Теплообменники с рубашкой являются наиболее простыми теплообменниками данной группы. Единственным их преимуществом является простота в изготовлении. Они могут быть изготовлены практически в любом ремонтно–техническом цехе предприятия. Эти теплообменники могут изготавливаться разборными и неразборными.

1. аппарат (реакционное пространство).

2. рубашка.

3. штуцеры для входа и выхода теплоносителей.

4. кольцевое пространство для теплоносителей.

Рубашка крепится к корпусу или сваркой (рис. а) или фланцевым соединением рис. б). По замкнутому пространству между рубашкой и наружной поверхности корпуса пропускается горячий или холодный теплоноситель. Применение таких рубашек ограничивается давлением 0,6 – 1,6 МПа, температурой до 300°С.

Для более высоких давлений используют штампованные рубашки соединений с корпусом контактной сваркой.

В таких конструкциях рубашка загружает корпус, благодаря чему может доходить до 4 МПа.

В ряде случаев рубашку выполняют в виде змеевика из полутруб или уголкового проката.

Для чугунной аппаратуры змеевики могут заливаться в металл корпуса, но такие теплообменники требует медленного разогрева. Из–за разности коэффициента линейного расширения чугуна и стали.

Спиральные теплообменники.

Представляют собой две металлические ленты, соединенные в середине перегородкой (керном). И навитые вокруг этой перегородки так, что образуются два канала, для горячего и холодного теплоносителя.

Каждый канал присоединен к штуцеру в центре теплообменника и его периферии. Для устойчивости против снятия спирали под действием внешнего давления к поверхности ленты приворачиваются дистанционные штифты. Высота штифтов определяет расстояние между лентами по ГОСТ 12037 – 72. Теплообменники спиральные основные параметры, типы и размеры. Ширина канала бывает 8 и 12 мм.

Поверхность теплообмена 10 – 100 м², давление до 1 МПа, температура до 200°С. Основное преимущество данного аппарата заключается в сравнительно высоких скоростях потоков каналов и соответственно высоких коэффициентах теплоотдачи и коэффициента теплопередачи. Рабочее давление 1 МПа ограничено сложностью уплотнения торцевых крышек. Теплообменники могут быть горизонтальными и вертикальными. При использовании в качестве горячего теплоносителя насыщенного водяного пара используются только вертикальные теплообменники. Применяются следующие типы уплотнения торцевых спиральных каналов. Спиральные теплообменники могут изготавливаться из любой металлической ленты, которую можно изгибать в холодном состоянии и сваривать (углеродистая сталь, нержавеющая сталь всех марок). Прокладки изготавливаются из асбестового картона, паранита, резины, фторопласта и т.д.

Последовательность расчета спирального теплообменника.

1. определяем эквивалентный диаметр спирального теплообменника.

δ – ширина канала (8 – 12 м)

b – ширина ленты

2. задаются скоростью движения жидкости

отсюда определяется эффективная ширина ленты

округляется до стандарта в большую сторону.

3. уточняется скорость теплоносителя

4. Находим скорость второго теплоносителя

В отличие от пластинчатого теплообменника мы не можем регулировать скорость второго теплоносителя

5. Опр-ся крит. Re для первого теплоносителя .

6. Находим коэффициент теплоотдачи для первого теплоносителя (в случае жидкость)

Dc – наружный диаметр спирали.

Поэтому в первом приближении принимают равным 1,1

Если второй теплоноситель жидкость (газ), аналогично определяется α2, если второй теплоноситель пар, то при турбулентном стекании пленки Re>2000

Соответственно если ламинарное стекание Re<2000

(в случае пара)

7. определяющая температура:

8. определяется термическое сопротивление стенки

9. определяем коэффициент теплопередачи

10. определяется поверхность теплопередачи

11. Определяется длина листов спирали

δст – толщина стенки листа.

r- радиус первого витка спирали.

Общее число витков N=2n