Metodichka_po_plastinchatym_TO (1176211), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Последний, по данным многочисленных исследований отечественных и зарубежных специалистов, весьма стоек как к коррозии, таки к эрозии за счет мгновенного образования химически стабильной защитной оксидной пленки, покрывающей поверхность. При применениипластинчатых теплообменников в химическом производстве (для охлаждения серной и фосфорной кислот, нагрева щелочей и т. д.) для изготовления пластин используют специальные материалы, стойкие к этимагрессивным средам. Сопоставление антикоррозионных свойств различных материалов в этих средах приводится в работах [11], [12].Уплотнительные прокладки, используемые для герметизацииканалов в разборных и полуразборных пластинчатых теплообменниках, должны обладать прочностью, эластичностью, химической и температурной устойчивостью.
Различают прокладки однократногои многократного использования. Прокладки, предназначенные для одноразового применения, изготавливаются из асбеста, паронита. Прокладки, которые можно использовать многократно, изготавливаютсяиз материалов на основе резины (нитроловая, бутиловая, силиконоваяи фторуглеродная резина) и синтетического каучука, витона, хлоропрена. Так, на основе бутадиен-стирольного каучука изготавливаютсяпрокладки, стойкие к щелочам и кислотам, а фторкаучук химическиустойчив к серной кислоте, стабилен при повышенной и низкой температуре.
Детальная характеристика материалов, идущих на изготовление уплотнительных прокладок для пластинчатых теплообменников, приведена в работе [13].На рис. 3 показана типичная схема движения сред в каналах одноходового разборного пластинчатого теплообменника с противоточным течением рабочих веществ. В данном варианте нагреваемая среда 1проходит через штуцер в нажимной плите (на рисунке условно не показана) и через угловые отверстия в пластинах поступает в два параллельных канала 4, образованных парами соседних пластин. Доступ среды 1 всмежные каналы 3 невозможен, поскольку на входе в эти каналы установлены уплотнительные прокладки.
Нагреваемая среда под давлением,создаваемым насосом, прокачивается через узкие щелевые каналы 4,11воспринимает теплоту от охлаждаемой среды 2 через разделяющую ихгофрированную теплообменную пластину и удаляется из аппарата черезправое верхнее угловое отверстие. В свою очередь, охлаждаемая среда 2поступает через левое верхнее угловое отверстие, распределяется потрем параллельным каналам 3 и выходит через левое нижнее угловое отверстие.
В концевой пластине 5 угловые отверстия по обеим рабочимсредам заглушены. В соседней с ней пластине заглушены отверстиятолько для прохода нагреваемой рабочей среды (на рисунке справа).Рис. 3. Схема движения рабочих сред в пластинчатом теплообменнике:1 – нагреваемая среда; 2 – охлаждаемая среда; 3 – каналы по охлаждаемойсреде; 4 – каналы по нагреваемой среде; 5 – концевая пластинаПо взаимному направлению движения теплообменивающихсясред пластинчатые аппараты могут быть подразделены:– на прямоточные, в которых обе среды движутся в одномнаправлении;– на противоточные, в которых среды движутся навстречу другдругу;– на перекрестноточные, в которых векторы скорости рабочихсред перпендикулярны друг к другу;– на смешанные, в которых среды перемещаются в различныхнаправлениях по отношению друг к другу.В зависимости от компоновки пластин различают одно- и многоходовые пластинчатые теплообменники.В некоторых случаях для увеличения коэффициента теплопередачи аппарата k требуется увеличить коэффициент теплоотдачи поодной из рабочих сред при неизменных массовом расходе среды12и геометрических характеристиках единичного канала.
Осуществитьэто можно путем изменения средней скорости движения среды в канале, которая определяется числом параллельных каналов для движения среды в одном направлении. (При этом, конечно, не следуетзабывать, что с ростом скорости в канале существенно возрастаютпотери давления в аппарате, поэтому изменение компоновки пластинчатого теплообменника возможно лишь при достаточном располагаемом напоре.)Совокупность пластин, образующих систему каналов, в которых рабочая среда движется в одном направлении, называют пакетом.Термин «пакет» аналогичен понятию «ход» в кожухотрубном теплообменнике. Пластинчатый теплообменник, изображенный на рис. 4,представляет собой двухходовой теплообменный аппарат, в которомканалы по одной из рабочих сред объединены в один пакет (ход).Рис.
4. Компоновка двухходового (по одной из рабочих сред)пластинчатого аппарата (вариант)Поскольку первая среда (на рис. 4 показана пунктирными линиями) распределяется сразу по всем параллельным каналам, ее температура t2' на входе в любой канал одинакова. Вторая среда (на рис. 4 изображена сплошными линиями) направляется лишь в половину каналов.В остальных каналах эта рабочая среда изменяет направление своегодвижения на противоположное. Если в приведенном варианте компоновки пластинчатого теплообменника вторая среда будет горячей,а температура первой среды близка к температуре окружающей среды,то потери теплоты через нажимные плиты практически сведутся к нулю. Функции тепловых экранов в этом случае будут выполнять потокирабочей первой среды, движущиеся в крайних межпластинных каналах.13Подчеркнем, что при указанной компоновке скорость первой средывозрастает вдвое по сравнению с одноходовым аппаратом, а при равенстве расходов сред – примерно в два раза выше, нежели второйсреды.Таким образом, в зависимости от назначения пластинчатого аппарата, массового расхода и температуры рабочих сред схема его компоновки может быть самой различной.
Схемы компоновки пластин ипакетов в пластинчатом теплообменнике в общем случае принято обозначать следующим образом:m m1 m1Сх = 1m2 m2 m2m1k,m2 nгде m1 и m2 – количество каналов в пакете для охлаждаемой и нагреваемой сред; верхние индексы обозначают количество последовательно соединенных ходов (пакетов) в аппарате для охлаждаемойи нагреваемой сред.Следовательно, варианты компоновки пластинчатых аппаратов (см. рис. 3 и 4) можно выразить следующими формулами:Cх2;3Cх4 4.7Пластинчатые теплообменники могут состоять из несколькихсекций, в каждой из которых осуществляется тепловая обработкаопределенного вида.
Рабочих сред в таких аппаратах может быть более двух. Примером многосекционного аппарата могут служить охладительные пастеризационные установки (ОПУ), получившие широкоеприменение в процессах тепловой обработки жидких пищевых продуктов. Установки ОПУ включают в себя секцию пастеризации, в которой пищевой продукт подвергают нагреву паром или горячей водой.В секции регенерации происходит теплообмен между горячим продуктом, обработанным в секции пастеризации, и продуктом, подаваемым в секцию пастеризации.
В секциях охлаждения продукт обменивается теплотой с водой, а затем с охлажденным рассолом.14Глава 1ТЕПЛООБМЕН И ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕПРИ ДВИЖЕНИИ РАБОЧИХ СРЕДВ КАНАЛАХ ПЛАСТИНЧАТЫХ АППАРАТОВСборка пластинчатых теплообменников осуществляется такимобразом, что соседние пластины разворачиваются в своей плоскостина угол 180° относительно друг друга (см.
рис. 3), поэтому смежныепластины с гофрами в «елку» образуют сложные сетчато-поточныеканалы для движения рабочих сред. На рис. 5 показано сечение канала, образованного парой смежных пластин типа 0,5.Рис. 5. Общий вид пластины типа 0,5 ТПР и сечение канала,образованного соседними пластинами этого типа15Как видно из рис.
5, по направлению движения рабочей средыформируется сеть из расширяющихся и сужающихся каналов, образованных точками контакта выступов гофров соседних пластин и ихвпадинами. Обтекая точки контакта гофров, жидкость непрерывно изменяет направление своего движения (сечение Б–Б).
Кроме того, постоянно изменяется скорость ее движения из-за чередования участковрасширения и сужения поперечного сечения канала (сечение А–А).Рассмотрим установившееся течение элементарного объема идеальной жидкости dV в криволинейном канале (сечение Б–Б на рис. 5).Обозначим среднерасходную скорость элементарного объема через .Масса элементарного объема жидкости определится как dm = ρ dV == ρ df dr (рис.
6).wРис. 6. К обоснованию изменения скорости и давленияВеличину центробежной силы, действующей на выделенныйобъем, можно найти из выраженияw2w2(1)dFdmdf dr .rrЦентробежная сила dF уравновешивается центростремительной силой dS, обусловленной разностью давления на нижней и верхней гранях выделенного объема, т.
е.dp(2)df dr.drДля установившегося течения проекция этих сил на радиус равна нулю, т. е. dF + dS = 0, тогда из уравнений (1) и (2) имеемdSw2df drrdp dfdpdf drdr160 , откудаw2rdp.dr(3)Согласно уравнению Бернулли, для потока идеальной жидкостиw2pconst.2Взяв производную из (4) по радиусу, получимdpdwwdrdrПодставляя (5) в (3), имеемw2rw0.dw.dr(4)(5)(6)Упростив выражение (6), разделив переменные и проинтегрировав, окончательно получимwrconst.(7)Физический смысл уравнения (7) заключается в том, что оноуказывает на появление градиента скорости, обусловленного движением потока идеальной жидкости в криволинейном канале.
Слои жидкости, перемещающиеся у выпуклой поверхности (по дуге меньшего радиуса), имеют большую скорость, а у вогнутой – меньшую. Так как реальная жидкость вязкая, скорость у вогнутой поверхности еще болееснижается за счет внутреннего трения. Это приводит к тому, что скорость слоев жидкости в этой области снижается до нуля и здесь появляется зона с обратным движением жидкости (вихревая, или циркуляционная, зона). У выпуклой поверхности за счет отрыва пограничногослоя от стенки сразу за поворотом также появляется вихревая зона.
Образование вихревых зон и последующее расширение потока являютсяосновными причинами потери энергии при движении жидкости в извилистых каналах пластинчатого теплообменника и возрастания их гидравлического сопротивления по сравнению с плоскими каналами.Кроме этих явлений при течении жидкости в чередующихся каналах различного поперечного сечения возникает так называемый«диффузорно-конфузорный эффект», проявляющийся в периодическом17отрыве пограничного слоя, образующегося на поверхностях гофров. Физическая картина этого явления аналогична обтеканию потоком жидкости или газа поверхности выпуклой стенки. На участке сужающегося сечения (конфузор) происходит нарастание ламинарного пограничногослоя на непроницаемой стенке канала за счет вязкостных сил.
Толщиналаминарного пограничного слоя определяется режимом течения жидкости и кривизной обтекаемой поверхности (геометрическими характеристиками гофров). При движении жидкости на участке с увеличивающимся сечением канала (диффузор) скорость ее снижается, а давление,в соответствии с уравнением (4), возрастает. Нарастающий противоположно направленный градиент давления препятствует продольному течению в пограничном слое. Это противодавление в сочетании с вязкимтрением на стенке затормаживает пограничный слой, он отрывается отповерхности и на некотором расстоянии от выступа начинает двигатьсяв противоположном направлении. Возникает возвратное течение, образующее циркуляционную область. Наложение одного сложного теченияна другое приводит к интенсивной турбулизации потока жидкости в канале пластинчатого теплообменника.
Известно, что развитое турбулентное течение в этом случае наблюдается уже при числах Рейнольдса50 100 [14]. Это явление, в свою очередь, определяет выRe wdсокую интенсивность процесса теплообмена между стенкой канала идвижущимся рабочим телом. При одних и тех же значениях скороститечения теплоносителя в трубах кожухотрубного и каналах пластинчатого теплообменников коэффициент теплоотдачи α в последнем примерно на порядок выше.В качестве примера приводим технические характеристикипластинчатых теплообменников, выпускаемых заводом «Орелхолодмаш» (рис. 7, табл. 1), которые могут использоваться в составе аммиачных холодильных установок в качестве конденсаторов, форконденсаторов, испарителей, переохладителей жидкого аммиака, охладителей масла и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
