Классификация теплообменников

Размещено на http://www.allbest.ru

Оглавление

Введение

1. Классификация теплообменников. Факторы, влияющие на выбор конструкции теплообменников

1.1 Классификация и свойства теплоносителей

1.2 Классификация и основные типы теплообменников

Список литературы

Введение

Теплообменные аппараты предназначены для проведения процессов теплообмена при необходимости нагревания или охлаждения технологической среды с целью ее обработки или утилизации теплоты.

Теплообменная аппаратура составляет весьма значительную часть технологического оборудования в химической и смежных отраслях промышленности. Удельный вес на предприятиях химической промышленности теплообменного оборудования составляет в среднем 15-18 %, в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях 50 %.

В общем выпуске теплообменных аппаратов для химической и смежных отраслей промышленности в России около 80 % занимают кожухотрубчатые теплообменники. Эти теплообменники достаточно просты в изготовлении и надежны в эксплуатации и в то же время достаточно универсальны, т. е. могут быть использованы для осуществления теплообмена между газами, парами, жидкостями в любом сочетании теплоносителей и в широком диапазоне их давлений и температур.

Теплообменники типа «труба в трубе» и змеевиковые стальные в общем объеме теплообменной аппаратуры составляют около 8 %, а оросительные из чугуна -- около 2 %.

Доля спиральных и пластинчатых теплообменников и аппаратов воздушного охлаждения пока невелика, но на вновь строящихся технологических линиях аппараты этого типа занимают все большее место.

Условия проведения процессов теплообмена в промышленных аппаратах чрезвычайно разнообразны. Эти аппараты применяют для рабочих сред с различным агрегатным состоянием и структурой (газ, пар, капельная жидкость, эмульсия и др.) в широком диапазоне температур, давлений и физико-химических свойств. Из-за разнообразия предъявляемых к теплообменным аппаратам требований, связанных с условиями их эксплуатации, применяют аппараты самых различных конструкций и типов, причем для аппарата каждого типа разработан широкий размерный ряд поверхности теплообмена (от нескольких до нескольких тысяч квадратных метров в одном аппарате). В размерном ряду теплообменники различаются по допускаемым давлениям и температурам рабочей среды, а также по материалам, из которых изготовлен аппарат.

1. Классификация теплообменников. Факторы, влияющие на выбор конструкции теплообменников

1.1 Классификация и свойства теплоносителей

Тепловые процессы протекают при взаимодействии не менее чем двух сред с различными температурами, причем теплота переходит от среды с большей температурой к среде с меньшей температурой без затраты работы. Движущиеся среды, участвующие в переносе теплоты, называются теплоносителями.

Выбор теплоносителей для осуществления теплообмена в аппаратах определяется рядом условий: назначением и характером теплового процесса (нагревание, охлаждение, испарение, конденсация); конструкцией теплообменного аппарата; теплофизическими, химическими и эксплуатационными свойствами теплоносителей; экономическими соображениями и т. д.

Теплоносители, используемые в теплообменных аппаратах и энергетических установках, разделяются по агрегатному состоянию на твердые, жидкие и газообразные.

Твердые теплоносители применяются в высокотемпературных процессах нефтеперерабатывающей, металлургической и других отраслях промышленности для нагрева газов, перегрева водяного пара и паров органических жидкостей до температур 1000-2000 єС. Они выпускаются в виде шариков диаметром 8-12 мм или более мелких зернистых фракций, изготовленных из стали, чугуна, кремнезема, каолина, окислов алюминия, магния, циркона и пр. Твердые жаростойкие теплоносители получили применение в теплообменниках с неподвижным, падающим или псевдокипящим слоем.

К жидким теплоносителям относятся обычная и тяжелая вода, минеральные масла, дифенил, кремнийорганические соединения, расплавы металлов, сплавов и солей.

К газовым теплоносителям относятся воздух, дымовые газы, азот, углекислый газ, двуокись серы, водород, гелий, а также пары воды.

При температурах, превышающих 2 000 єС, применяются ионизированные газы - так называемая низкотемпературная плазма.

При температурах ниже окружающей среды и ниже 0 єС применяются хладоносители и хладоагенты (водные растворы солей щелочных металлов, аммиак, углеводороды, хладоны и др.), а при очень низких температурах - криогенные жидкости (жидкие азот, кислород, воздух, гелий).

Свойства теплоносителей многообразны и имеют большое значение при проектировании и организации теплотехнического процесса. Поэтому при выборе теплоносителей следует учитывать наиболее важные их технологические свойства. К теплофизическим свойствам теплоносителей относятся плотность, теплоемкость, теплопроводность, теплота парообразования, температура кипения, температура плавления.

Теплоносители, обладающие большой плотностью, как правило, дают возможность переносить теплоту в больших количествах при малых собственных температурных перепадах. Для них не требуется больших проходных сечений каналов в аппаратах и трубопроводах, невелики емкости для их хранения. С этой точки зрения газы наименее пригодны как теплоносители.

Теплоносители с большой теплоемкостью аккумулируют много теплоты в малом количестве массы, чем достигается снижение расхода теплоносителя, экономия энергии на его транспорт, уменьшение затрат на трубопроводы и емкости для хранения. Вода, обладающая большой теплоемкостью, выгодно отличается от других жидкостей, металлов и газов.

Коэффициент теплопроводности теплоносителей существенно влияет на коэффициент теплоотдачи в теплообменном аппарате. Чем выше коэффициент теплопроводности, тем больше коэффициент теплоотдачи на стороне этого теплоносителя. Поэтому жидкие металлы превосходят по теплоотдаче жидкости и газы.

Теплота парообразования (испарения) имеет важное значение при теплообмене с фазовым превращением, ее величина определяет расход теплоносителя.

Температура кипения теплоносителя определяет его давление в процессе передачи теплоты. Предпочтителен такой теплоноситель, у которого высокая температура кипения, и с повышением температуры кипения давление насыщения паров возрастает не резко. Малые давления паров в теплообменнике позволяют иметь тонкостенные аппараты и трубопроводы, т. е. облегчают и удешевляют теплообменное устройство.

Температура плавления теплоносителей должна быть низкой, чтобы в условиях окружающей среды теплоноситель не затвердевал и при остановке теплообменника оставался в жидком состоянии. Если температура плавления превышает 20 єС, то возможно застывание его до твердого состояния при остановке всей технологической системы. Эксплуатация таких систем возможна только при сооружении специальных обогревающих устройств.

Вещества, применяемые в качестве теплоносителей, должны быть:

химически стойкими в широком интервале температур;

не должны разлагаться, вступать в химические взаимодействия с конструкционными материалами (металлами, смазочными материалами);

не менять своих свойств в контакте с воздухом и водяным паром;

не образовывать взрыво- и пожароопасную смесь при контакте с другими веществами.

При выборе теплоносителей для определенных технологических условий необходимо учитывать такие факторы и свойства, как стабильность теплофизических и химических показателей; удобство хранения; транспортабельность; простота заправки и опорожнения; пожаро- и взрывобезопасность; токсичность; распространенность и простота получения.

Двухкомпонентные теплоносители. Для интенсификации теплообмена в технологических аппаратах применяются неподвижные насадки из небольших твердых тел, через которые пропускается охлаждаемая или нагреваемая газовая среда. Таким образом, неподвижная насадка является вторым компонентом, участвующим в теплообмене. Насадка представляет собой пористую керамику, кусочки кокса, кольца Рашига, различные катализаторы в кусках, таблетках и т. д.

В производственной практике имеются тепло-массообменные процессы и аппараты, в которых применяются трехкомпонентные теплоносители в виде паровоздушной смеси и активированного угля (силикагеля, катализатора и т. д.). Установлено, что в паровоздушном запыленном потоке интенсивность теплообмена возрастает в 2-3 раза по сравнению с сухим запыленным воздушным потоком и в 1,8 раза по сравнению с не запыленным паровоздушным потоком.

1.2 Классификация и основные типы теплообменников

Теплообменные аппараты можно классифицировать по следующим признакам:

По конструкции:

Аппараты, изготовленные из труб:

а) кожухотрубчатые: Основными элементами кожухотрубчатых теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крыш-ки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решетках разваль-цовкой, сваркой и пайкой.

б) теплообменники типа «труба в трубе» ТТ:  Теплообменники этого типа состоят из ряда последовательно соединенных звеньев. Двухтрубные теплообменники, имеющие значительную поверхность нагрева, состоят из ряда секций, параллельно соединенных коллекторами.

в) оросительные ТО: Оросительные теплообменники представляют собой ряд расположенных одна над другой прямых труб, орошаемых снаружи водой;

г) погруженные змеевиковые ТПЗ: Теплообменники этого типа состоят из плоских или цилиндрических змеевиков (аналогично витым), погруженных в сосуд с жидкой рабочей средой;

д) воздушного охлаждения ТВО;

е) из оребренных труб ТР: Ребристые теплообменники применяют для увеличения теплообменной поверхности оребрением с той стороны, которая характеризуется наибольшими термическими сопротивлениями. Ребристые теплообменники (калориферы) используют, например, при нагревании паром воздуха или газов. Важным условием эффективного использования ребер является их плотное соприкосновение с основной трубой (отсутствие воздушной прослойки), а также рациональное размещение ребер.

Аппараты, изготовленные из листового материала:

а) пластинчатые:

б) спиральные ТС: поверхность нагрева образуется двумя тонкими металлическими листами, приваренными к разделительной перегородке (керну) и свернутыми в виде спиралей;

Аппараты, изготовленные из неметаллических материалов:

а) с эмалированной поверхностью ТЭМ;

б) из стекла ТСТ;

в) из графита ТГ;

г) из пластмассы, фторопласта ТФ.

По назначению: холодильники, подогреватели, испарители, конденсаторы.

По направлению движения теплоносителей: прямоточные, противоточные, перекрестного тока.

По принципу действия теплообменные аппараты (теплообменники) разделяются на:

Рекуператмивный теплообмемнник -- теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т.е процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными.

В регенеративных поверхностных теплообменниках теплоносители (горячий и холодный) контактируют с твердой стенкой поочерёдно. Теплота накапливается в стенке при контакте с горячим теплоносителем и отдаётся при контакте с холодным.

Смесимтельный теплообмемнник (или контамктный теплообмемнник) -- теплообменник, предназначенный для осуществления тепло- и массообменных процессов путем прямого смешивания сред (в отличие от поверхностных теплообменников). 

Теплообменники различаются по допускаемым давлениям и температурам рабочей среды, а также по материалам, из которых изготовлен аппарат.

Существуют рекомендации общего характера, которыми можно руководствоваться при выборе конструкции теплообменника и схемы движения в нем теплоносителей:

При высоком давлении теплоносителей предпочтительнее трубчатые теплообменники.

Коррозионный теплоноситель в трубчатых теплообменниках целесообразно направлять по трубам, т. к. в этом случае при коррозионном изнашивании не требуется замены корпуса теплообменника.

При использовании коррозионных теплоносителей предпочтительнее теплообменные аппараты из полимерных материалов, например, из фторопласта, обладающего уникальной коррозионной стойкостью.

Если один из теплоносителей загрязнен или дает отложения, то целесообразно направлять его с той стороны теплообмена, которая более доступна для очистки.

Для улучшения теплообмена не всегда требуется увеличение скорости теплоносителя. теплообменник теплоноситель конструкция

К теплообменникам предъявляют следующие требования:

а) небольшие габаритные размеры при высокой производительности;

б) высокий коэффициент теплопередачи;

в) малое гидравлическое сопротивление;

г) герметичность со стороны каждой среды;

д) возможность разборки конструкции и чистки.

Список литературы

file:///C:/Users/1/Desktop/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%B0%201.htm

http://apparats.narod.ru/teploob.htm

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%E5%EF%EB%EE%EE%E1%EC%E5%ED%ED%E8%EA

Размещено на Allbest.ru