Материал: 9) Промышленные способы передачи теплоты
Охлаждение водой используют для охлаждения среды до 10-30°С. Речная, прудовая и озерная вода в зависимости от времени года имеет температуру 4-25°С, артезианская – 8-12°С, а оборотная (летом) – около 30°С.
Расход охлаждающей воды L H 2O определяют из уравнения теплового баланса:
|
|
|
|
|
|
(1.83) |
|
L H H L H2O H HB L H K |
L H2O H KB |
Q П |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Здесь L |
– расход охлажденного теплоносителя, НН и НК – начальная и конечная |
|||||
энтальпия |
охлаждаемого |
теплоносителя, |
ННВ |
и НКВ – |
начальная и |
конечная |
энтальпия охлаждающей воды, Q П – потери в окружающую среду.
Достижение более низких температур охлаждения можно обеспечить с помощью низкотемпературных жидких хладоагентов.
Охлаждение воздухом.
Наиболее широко воздух в качестве охлаждающего агента используют в смесительных теплообменниках – градирнях, являющихся основным элементом оборудования водооборотного цикла.
отработанный воздух |
отработанный воздух |
|
|
вентилятор |
горячая |
|
горячая |
вода |
слой |
вода |
|
насадка |
|
атм.воздух |
|
атм.воздух |
|
|
охлажденная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
охлажденная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
|||||||||||||||
Рис.1.17. Градирни с естественной (а) и принудительной (б) тягой
Горячая вода в градирне охлаждается как за счет контакта с холодным воздухом, так и в результате так называемого испарительного охлаждения, в процессе испарения части потока воды.
1.2.2. Классификация и конструкции теплообменников
Теплообменники |
различаются по назначению, принципу действия, |
|
конструктивным и другим признакам. |
По назначению: |
|
- подогреватели, |
- испарители, - паропреобразователи, |
|
- конденсаторы, |
- холодильники, |
- радиаторы и.т.д. |
По принципу действия:
- поверхностные (рекуперативные, регенеративные)
- контактные (смесительные).
Врекуперативных теплообменниках передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их стенку.
Врегенеративных теплообменниках греющий и нагреваемый теплоносители поочередно омывают одну и ту же сторону поверхности нагрева. Сначала поверхность аккумулирует теплоту, а потом отдает и охлаждается.
Требования к теплообменникам:
- возможность проведения технологического процесса; - высокий коэффициент теплопередачи;
-низкое p ;
-устойчивость поверхности теплообмена против коррозии;
-доступность поверхности теплообмена для чистки.
1.2.2.1. Рекуперативные теплообменники
Кожухотрубчатые теплообменники
Обычно нагреваемый теплоноситель подается снизу (I), охлаждаемый (II) – сверху вниз противотоком. Кожухотрубчатые теплообменники – самые распространенные.
|
I |
4 |
|
|
|
|
|
2 |
II |
|
1 |
|
|
3 |
II
5
I
Рис.4.18. Кожухотрубчатый теплообменник. 1-кожух, 2- трубные решетки, 3-трубы, 4- крышка, 5-днище, I,II - теплоносители
Рис. 4.19. Многоходовые (по трубному пространству) кожухотрубчатые теплообменики
Многоходовые теплообменники применяются для увеличения скорости движения теплоносителя. При этом увеличивается и коэффициент теплопередачи.
II |
II |
I |
I |
Если разность температур труб и кожуха больше 500С, то они удлиняются неодинаково. Тогда возникают большие напряжения в трубных решетках. В таких случаях используются теплообменники с линзовым компенсатором, плавающей головкой, U – образные.
I I I I I
II |
II |
|
|
II |
II |
II |
II |
|
I |
|
|
линзовый компенсатор |
плавающая головка |
U–образный |
Рис.4.21. Кожухотрубчатые теплообменники |
|
|
с компенсацией температурных удлинений. |
|
|
Теплообменники типа «труба в трубе» используются для малых тепловых |
||
нагрузок. |
|
|
Змеевиковые теплообменники: |
|
|
II |
II |
|
I |
I |
|
|
|
|
I |
I |
|
II |
II |
|
а) |
б) |
|
Змеевики внутренние погружены в теплоносители. Бывают наружные змеевиковые теплообменники (до 6МПа). Змеевиковые теплообменники просты по конструкции. Скорости теплоносителей в змеевике небольшие, поэтому коэффициенты теплопередачи небольшие.
Теплообменники с оребренными трубами.
Втехнике имеются случаи, когда коэффициенты теплоотдачи по обе стороны поверхности теплопередачи резко отличаются по величине. Например: нагрев воздуха конденсирующим водяным паром.
Вэтом случае оребрение труб со стороны воздуха резко увеличивает поверхность теплообмена. Ребра должны иметь большой коэффициент теплопроводности.
воздух
пар
ребра
труба
Рис.4.23. Элементы теплообменника с оребрениями.
Пластинчатые теплообменники.
Поверхностью теплообмена в этих теплообменниках является гофрированные параллельные пластины.
I
II 
элемент теплообменника
II
I 
Рис.4.24. Пластинчатый теплообменник
В этих теплообменниках реализуется большие скорости w 1 3 |
м |
. Поэтому |
|
с |
|||
|
|
даже при небольших p реализуются большие коэффициенты теплопередачи.
Спиральные теплообменники.
Спиральные теплообменники в отличие от пластинчатых теплообменников компактны. Однако они сложны в изготовлении, не могут работать при высоких давлениях (свыше 1Мпа).
Рис. 4.25. Спиральный теплообменник
Теплообменники с двойными стенками (рубашками).
холодная среда
пар 
воздух
конденсат
горячая среда
Рис. 4.26. Теплообменик с греющей рубашкой
Теплообменники |
с |
рубашками |
используются обычно |
для |
проведения |
химических реакций. Они |
работают под |
|
избыточным давлением. В зависимости от
технологического |
процесса |
они |
носят |
|
название: |
автоклавов, |
нитраторов, |
||
полимеризаторов, варочных аппаратов и.т.д. Для увеличения коэффициента теплоотдачи от стенки к содержимому аппарата внутри него устанавливают мешалки (механические, пневматические)