Область применения теплообменных аппаратов в химической технологии и основные требования к теплообменным аппаратам (1093747), страница 2
Текст из файла (страница 2)
изготовленной из труб.
Змеевиковые теплообменники.
Эти теплообменники являются одним из самых старых типов теплообменного погружного оборудования. Они представляют собой цилиндрическую или плоскую спираль, изготовленную из трубы и помещенную в сосуд, через который проходит один из теплоносителей. Другой теплоноситель вводится в трубу змеевика.
| Спираль 2 крепится с помощью уголка 3 и хомута 4 на кожухе сосуда 1. |
Положительные качества:
Простота конструкции; дешевизна; возможность изготовления из любого материала; способность змеевика выдерживать высокие давления и малую чувствительность к нарушению режима.
Отрицательные качества:
Низкая интенсивность теплоотдачи в межтрубном пространстве; высокая металлоемкость; большое гидравлическое сопротивление трубного пространства, поэтому скорость жидкости рекомендуется в пределах 0,5 – 1 м/с, газов 5 – 15 м/с, поверхность теплообмена обычно не превышает 10 – 15 м2.
Для интенсификации теплоотдачи в межтрубном пространстве устанавливают перемешивающее устройство, а для снижения гидравлического сопротивления змеевика его делают многозаходным.
Если в качестве горячего теплоносителя в теплообменнике используется насыщенный водяной пар, то отношение длины змеевика к его диаметру не должно превышать определенного предела. При давлении 0,2 – 0,5 МПа это отношение не должно быть больше 200 – 275. В противном случае скопление конденсата в нижней части змеевика вызовет значительное снижение интенсивности теплообмена при существенном увеличении гидравлического сопротивления. Змеевик в аппарате размещают, так чтобы он весь по высоте находился в жидкости, не касаясь при этом стенок аппарата и со всех сторон имел расстояние 0,25 – 0,4 м. до стенок аппарата. Шаг объемной спирали рекомендуется 
, где
-наружный диаметр трубы. Диаметр витка змеевика, при известном диаметре аппарата D
, высота 
, где N – число витков в спирали.
Оросительные змеевиковые теплообменники.
Данные теплообменники могут использоваться как холодильники или конденсаторы. Это достаточно распространенный вид теплообменного оборудования. Конструктивно они выполняются в виде плоских змеевиков располагающихся в вертикальной плоскости. Диапазон рабочих температур 5 - 300°, давление до 1,6 МПа = 16атм.
|
Основные преимущества: достаточно большие значения коэффициента теплоотдачи и теплопередачи; простота конструкции; простота в обслуживании.
Недостатки: громоздкость; повышенная влажность при установки в помещении за счет испарения орошающей жидкости.
Может изготавливаться из металлических, стеклянных, стеклопластиковых, пластиковых труб. Поверхность теплообмена 5 – 150 м2. Диаметры труб 38 – 80 мм. Длина труб 3 – 8 м.
Теплообменники могут быть разборными и неразборными. Если теплообменник не разборный радиус сгиба трубы – r=4dн (dн – наружный диаметр) трубы. Для уменьшения радиуса сгиба могут использоваться штампованные калачи. Оросительное устройство может быть в виде трубы с отверстием.
Коэффициент теплоотдачи.
Для внешней поверхности трубы.
t- расстояние между осей соседних труб
Рейнольдс пленки определяется через плотность орошения.
G – расход орошающей жидкости (кг/с)
Г – плотность орошения
l – длина трубы
Теплообменник типа «труба в трубе».
Основой теплообменника является конструкция, состоящая из двух коаксиально расположенных труб. Данные теплообменники могут использоваться как холодильники, конденсаторы и нагреватели. При значительных расходах теплоносителей теплообменник собирают из нескольких секций.
Конструкция может быть как цельносварная, разборная и полуразборная. Т.к. вынужденные движения теплоносителей обеспечиваются с обеих сторон поверхности теплообмена, то значение коэф. теплопередачи в них выше, чем в предыдущих конструкциях. Обычно используются теплообменники с поверхностью теплопередачи 10 – 100 м2. Рабочие температуры (-30°) – (+300°), давление 1 – 8 МПа.
Недостатки: высокая удельная металлоемкость, громоздкость.
Для интенсификации теплообмена в межтрубном пространстве могут применяться внутренние трубы с продольным оребрением.
Коэффициент теплоотдачи определяется по уравнению:
Кожухотрубные теплообменники.
Данные теплообменники относятся к числу наиболее распространенных в промышленности рекуперативных теплообменников. Они подразделяются на следующие основные типы:
-
с жестким кожухом и неподвижными трубными решетками.
трубная доска
|
| Вследствие разности и температур кожуха и труб, в трубках и кожухе возникают температурные напряжения. Для их компенсации в теплообменнике жесткой конструкции на кожухе 1 могут устанавливаться линзовые конденсаторы 6 в количестве 1 – 5. По ходу теплоносителя в межтрубном пространстве к кожуху 1 приваривается втулка 7. | ||
| При вводе в межтрубное пространство пара или газа напротив штуцера ввода обычно устанавливают отбойник, чтобы снизить эрозионный износ труб. Если обогрев производится насыщенным паром, то для того, чтобы конденсат не скапливался над трубной доской (если конденсат скапливается при этом произойдет уменьшение длины греющих труб) применяют: | ||
| 2. использование гнутых труб. | 3. иногда при использовании трубных досок большей толщины, конденсат может выводиться через отверстия трубной доски. |
Для увеличения числа ходового трубного пространства в крышках теплообменника могут устанавливаться перегородки. Число ходов по межтрубному пространству может быть от 1 до 6.
| Использование многоходовых теплообменников по трубному пространству позволяет уменьшить высоту теплообменника, сохранив скорость в трубном пространстве, т.е. сохранить коэффициент теплоотдачи α со стороны трубного пространства. |
| Для увеличения числа ходов по межтрубному пространству создание перекрестного тока, уменьшения вибрации труб в межтрубном пространстве при движении теплоносителя без фазового превращения часто устанавливаются перегородки. Наиболее часто используются сегментные перегородки. При значительной разности температур кожуха и труб используются теплообменники с плавающей головкой и с U – образными трубами. В данных типах теплообменников происходит свободное удлинение труб и кожуха, т.е. температурные напряжения не возникают. (1) недостаток: громоздкость; достоинства: возможность очистки как трубного, так и межтрубного пространства (2) недостаток: сложность очистки трубного пространства; достоинства: большая компактность по сравнению с теплообменником с плавающей головкой (1) |
Теплообменники с трубками Фильда.
| Первый теплоноситель поступает в пространство между двумя трубными досками 2 и направляется в зазор между двумя коаксиально установленными трубами 3. Труба большего диаметра с торца заглушена. Далее теплоноситель по трубе меньшего диаметра поступает в крышку 4 и выводится из аппарата. Второй теплоноситель поступает в межтрубное пространство кожуха 1. Трубы и кожух не имеют в жесткой связи друг с другом, следовательно, могут свободно удлиняться при этом, естественно, не возникает температурное напряжение. |
Недостатки: повышенная материалоемкость, сложность монтажа.
Достоинства: нет температурных напряжений, можно разобрать и прочистить трубное и межтрубное пространство.
Способы крепления труб к трубной доске.
| 2. развальцовка в канавке возможно с отбортовкой и без отбортовки. | 3. развальцовка с обваркой. |
Тип крепления труб к трубной доске 1, 2, 3 выбирается в зависимости от удельной нагрузки действующей на трубы.
4. При изготовлении аппаратов из цветных металлов часто для крепления труб к трубной доске используется пайка:
| 5. Углеграфитовые трубки соединяются с трубной доской склеиванием с помощью специальной мастики. |
Способы разбивки трубной доски.
1. Наиболее часто применяется разбивка по вершинам треугольника, позволяющая равномерно разместить наибольшее число труб в трубной доске.
| При разбивки по вершинам треугольника, размеченная площадь занимаемая трубами, представляет собой правильный треугольник. Однако при числе труб в пучке, превышающем 127, что соответствует 13 трубам по диаметру трубной доски, необходимо в сегментах, между крайними рядами труб и кожуха размещать дополнительные трубы. Это необходимо не только для того, что бы увеличить количество труб, но и для того, что бы уменьшить площадь проходного сечения между трубами и кожухом. |
2. Разбивка по вершинам квадрата
3. Разбивка по окружностям
Шаг между трубами t: t = (1,25-1,3)dH
Число труб размещающихся в шестиугольнике, определяется по след. зависимости:
а- число труб по стороне шестиугольника.
n- общее число труб в шестиугольнике.
Число труб помещающихся по диагонали шестиугольника: 
Внутренний диаметр кожуха теплообменника определяется по формуле:
Способы соединения кожуха с трубной доской (рисунок).
Пластинчатые теплообменники.
Пластинчатые теплообменные аппараты являются разновидностью поверхностных рекуперативных теплообменников, с поверхностью теплообмена изготовленной из тонкого листа. Принципы устройства пластинчатых аппаратов для нагрева и охлаждения жидкости в тонком слое были предложены еще в конце 19 века Драхе Брейтвишен Малезиным. Главным конструктивным решением, позволившем пластинчатым аппаратам найти широкое применение в промышленности явилось использование для соединения пластин между собой в единый блок в принципах устройства фильтпресса, предложен в 1923 году Зелигманом. В настоящее время пластинчатые теплообменники предназначены для проведения теплопередачи без изменения агрегатного состояния (нагреватели, холодильники). И с изменением агрегатного состояния – это испарители и конденсаторы. Они могут применяться для одновременного теплообмена между двумя, тремя и большим количеством сред, а так же пригодны для теплообмена с двух и трехфазными рабочими средами вязкостью до 0,6 м2/с. Это ж – ж, пар – ж, пар – газ – ж, г – ж, г – г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
