ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет и принципы проектирования теплообменников из "Теоретические основы типовых процессов химической технологии" Проектный расчет теплообменника. Теплообменниками называют аппараты для проведения процессов теплообмена — передачи теплоты от одной среды к другой. По принципу действия теплообменники делятся на рекуперативные, в которых участвующие в процессе теплообмена среды разделены перегородкой, регенеративные, которые попеременно нагреваются за счет взаимодействия с горячей жидкостью и охлаждаются за счет взаимодействия с холодной жидкостью, и смесительные, в которых процесс теплообмена протекает при непосредственном контакте горячей и холодной сред. Наиболее распространены в химической промышленности рекуперативные теплообменники. Следует различать проектный и поверочный расчеты процессов теплообмена. Задачей проектного расчета является определение размеров и режима работы теплообменника, необходимого для отвода или подвода заданного количества теплоты к рассматриваемой жидкости. Цель поверочного расчета — определение количества теплоты, которое может быть передано в конкретном теплообменнике при заданных условиях его работы. В обоих случаях расчет основывается на использовании основного уравнения теплопередачи (IV. I). [c.343] Когда приступают к расчету теплообменника, обычно бывают заданы расход одного из теплоносителей, его начальная и конечная температуры, а также начальная температура второго теплоносителя. Поэтому уравнение (IV. 107) содержит две неизвестные величины С или О и 0к или /к. Следовательно, это уравнение является неопределенным. Такая ситуация характерна для большинства инженерных задач. Общий прием решения этих задач заключается в использовании метода последовательных приближений, состоящего в том, что вначале принимаются определенные решения относительно конструкции аппарата и неизвестных технологических параметров, затем путем пересчета проверяется правильность этого выбора, принимаются уточненные значения указанных параметров и расчет повторяется до получения результатов с желаемой степенью точности. [c.344] Как коэффициент теплопередачи, так и разность температур зависят от гидродинамической обстановки, основным фактором которой является структура потоков. Последняя определяется конструкцией теплообменника, и скоростями движения теплоносителей. [c.345] Необходимо подчеркнуть, что формула (IV. 109) выведена при условии постоянства коэффициента теплопередачи по длине теплообменника. Данное условие соблюдается в тем большей мере, чем меньше изменяется гидродинамическая обстановка по длине теплообменника, а также чем меньше интервал изменения температур материальных потоков и связанное с этим изменение их физических свойств. [c.346] Однако, как будет показано ниже, не все конструктивные решения обеспечивают возможность создания противотока. [c.347] Таким образом, чтобы определить А ср, нужно задаться схемой движения жидкостей и конечной температурой теплоносителя. Выбрав последнюю, не составляет труда найти расход теплоносителя по формуле (IV. 107). Между конечной температурой теплоносителя и его расходом имеется обратная зависимость чем ниже эта температура, т. е. чем эффективнее используется теплоноситель, тем меньше его расход, что выгодно но с уменьшением конечной температуры уменьшаются А к и А ср, а следовательно, возрастает поверхность, необходимая для передачи заданного количества теплоты, — установка становится дороже. Отсюда следует, что выбор конечной температуры теплоносителя является альтернативной задачей. Необходимо соблюсти такое равновесие между плюсами и минусами, чтобы принятое решение было оптимальным с техникоэкономической точки зрения. [c.347] Дальнейшей задачей является нахождение коэффициента теплопередачи /с. Поскольку коэффициенты теплоотдачи, определяющие величину к, — функции скоростей движения, то, чтобы найти их, надо знать площадн поперечного сечения каналов, по которым движутся обменивающиеся теплотой жидкости (расходы известны). Это вынуждает предварительно задаться конструкцией и размерами теплообменника (для этого пользуются нормалями и каталогами теилообмеиной аппаратуры). Правильность такого предварительного выбора относится к области инженерного искусства и определяется опытом и эрудицией инженера. Предварительный выбор основывается на оценке коэффициента теплопередачи, для чего можно воспользоваться табл. IV. 2. [c.347] Когда ориентировочный выбор теплообменника сделан, возникает вопрос, как направить материальные потоки, поскольку обычно их рас.ходы, а также площади каналов для движения в теплообменнике обменивающихся теплотой сред различны. Этот вопрос решается на основе анализа связи коэффициента теплопередачи и коэффициентов теплоотдачи с учетом эксплуатационных соображений. [c.347] После предварительного выбора конструкции и размеров аппарата и определения направления движения материальных потоков рассчитываются коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи и значение последнего сравнивается с принятым для ориентировочного расчета. При значительном различии принимается новое значение площади поверхности теплообмена и по новым размерам теплообменника заново выполняются вычисления. Расчет можно считать законченным, если последовательные вычисления дают отклонения площади поверхности теплообмена в пределах желательной точности. При оценке этой точности необходимо учитывать сравнительно невысокую точность расчета коэффициентов теплоотдачи. Относительная погрещность находится на уровне 10% или даже более. [c.349] В результате описанного расчета находятся значения аь 2, и и определяются размеры теплообменника. Однако этим не исчерпывается задача проектного расчета теплообменника, так как правильное решение соответствует такому значению выбранной без расчетного обоснования конечной температуры теплоносителя, которое обеспечивает оптимальные технико-экономические показатели процесса. [c.349] Вопрос об оптимальном расчете теплообменника рассматривается ниже. [c.349] Поинтервальный расчет теплообменника. При значительном изменении коэффициента теплопередачи по длине теплообменника (это бывает при больщом изменении температуры жидкостей) или при сложных схемах движения жидкостей расчет по средним значениям коэффициента теплопередачи и разности температур может оказаться недостаточно точным. Точность можно повысить, используя метод поинтервального расчета. По этому методу весь теплообменник разделяется по длине на ряд интервалов, в пределах каждого из которых допустимо выполнять расчет на основе использования Кср и А/ср- Расчет проводится последовательно для всех интервалов. [c.349] Поверочный расчет теплообменника. Цель поверочного расчета — определение количества передаваемой в определенном аппарате теплоты и конечных температур теплоносителей при заданных их начальных температурах и расходах. Поскольку физические свойства обменивающихся теплом сред при решении таких задач известны, можно найти и коэффициент теплопередачи. [c.352] Определив Ai и A0, находят Q по уравнению (IV. 111). [c.353] Принцип расчета регенеративных теплообменников. Рабочим органом регенеративных теплообменников является насадка, которая попеременно омывается горячим и холодным теплоносителем. Типичные представители аппаратов такого типа — воздухоподогреватели печных устройств, использующие теплоту отходящих газов. Период нагрева насадки (продолжительностью Тн) сменяется периодом охлаждения (продолжительностью То). Процесс нестационарен, так как температуры насадки и теплоносителей изменяются во времени. [c.353] Вернуться к основной статье