ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Аппаратурно-технологическое оформление процессов теплообмена из "Теоретические основы типовых процессов химической технологии" Наибольшее распространение получили кажухотрубчатые теплообменники (рис. IV. 24,в), представляющие собой пучок параллельных труб, помещенных в общий кожух с герметично присоединенными к нему по концам трубными досками. Через отверстия в досках проходят концы труб, которые закрепляются путем развальцовки или сварки. К трубным доскам крепятся крышки со штуцерами, через которые подается и отводится одна из жидкостей. Крышки и трубы образуют трубное пространство. В пространство между кожухом и наружной поверхностью труб (меж-трубное пространство) подается другая жидкость. При значительной длине труб и относительно небольшом диаметре кожуха может быть обеспечена структура потоков, близкая к противотоку. Однако вследствие турбулизирующего действия труб в межтрубпом пространстве некоторое перемешивание жидкости в нем неизбежно. Роль этого неблагоприятного фактора тем значительней, чем короче трубы. Но в коротких трубах, как было уже показано, больше относительный вклад концевых эффектов и выше коэффициенты теплоотдачи. Применение теплообменников с длинными трубами приводит к значительным термическим напряжениям вследствие неравномерного расширения кожуха и труб. При чередовании нагрузок, связанном с пуском и остановками оборудования, нарушается герметичность развальцовки. Поэтому в длинных теплообменниках развальцовке предпочитают крепление труб с помощью сварки. Для предотвращения деформации труб из-за термического расширения на кожухе делаются линзовые компенсаторы (рис. IV. 24, в) или применяют аппараты с плавающими головками (рис. IV. 24, г) либо с и-образными трубами, принцип устройства которых ясен из рис. IV. 24, д. [c.356] Применение рассмотренных мер дает возможность повышать коэффициенты теплопередачи и соответственно уменьшать размеры теплообменников, но одновременно приводит к увеличению гидродинамического сопротивления и росту затрат, связанных с транспортировкой жидкости через аппарат. Это обстоятельство должно учитываться при выборе оптимального варианта проведения процесса теплообмена. [c.357] Идеи оребрения теплообменных поверхностей использованы в некоторых новых конструкциях, например в пластинчато-ребристом теплообменнике (рис. IV. 25, б). Аппараты такого типа значительно компактнее трубчатых теплообменников и доступны для очистки со стороны обеих жидкостей. [c.358] При проектировании и эксплуатации теплообменных аппаратов надо учитывать затруднения, которые могут возникнуть вследствие содержания в жидкости неконденсирующегося газа. При выделении его в результате нагревания возможно образование газовых пробок в трубопроводах, а также газовых подушек в аппаратах при их неправильном устройстве. В таких случаях штуцеры для выхода жидкости из аппарата должны устанавливаться в самой верхней точке, а трубопроводы должны иметь на всем протяжении уклон, чтобы исключалась возможность скопления газа. [c.359] Следует отметить, что при решении вопроса о направлении движения материальных потоков желательно, чтобы принимающая теплоту жидкость двигалась снизу вверх, а отдающая — сверху вниз. Это помогает уменьшить перемешивание жидкости за счет естественной конвекции. Роль этого фактора тем больше, чем меньше скорость вынужденного движения жидкости. [c.359] Во многих случаях оказывается экономически целесообразным использовать в качестве теплоносителей технологические материальные потоки, так как это обеспечивает уменьшение энергетических затрат. [c.360] Наиболее распространенным теплоносителем является водяной пар, а хладагентом — вода. Свойства водяного пара хорошо изучены. Сведения о них широко освещены в справочной литературе. Основное достоинство водяного пара — высокая теплота конденсации [при атмосферном давлении 2,26 10 кДж/кг (540 ккал/кг)], основной недостаток — быстрый рост давления с повышением температуры, что приводит к удорожанию аппаратуры из-за необходимости увеличения ее прочности. Поэтому температуры, до которых можно производить нагрев в промышленных условиях, обычно не превышает 180—190°С, что соответствует давлению пара 1,0— 1,5 МПа. Пар, получаемый в котельных установках, применяется для выработки электроэнергии. В качестве теплоносителя используется мятый пар, прошедший через паровые турбины. Чем больше давление отработавшего мятого пара, тем он дороже и больше расходы, связанные с его транспортировкой по трубопроводам. Поэтому на производствах обычно имеется пар двух сортов низкого давления 0,5—0,8 МПа и высокого давления 1,2—1,6 МПа. Лишь в редких случаях применяется пар более высокого давления. [c.360] Поскольку к воде, используемой в котельных установках для питания котлов, предъявляются высокие требования в отношении содержания солей, кислорода и других примесей, установки с паровым нагревом оборудуются системой сбора конденсата. Чтобы исключить попадание пара в трубопроводы для конденсата, каждый аппарат с паровым нагревом снабжается автоматическим конденсатоотводчиком. Имеется несколько конструкций конденса-тоотводчиков. Они описаны в специальной литературе. Работа их основана на использовании различия плотностей пара и конденсата (воды). Основным рабочим органом является поплавок, связанный с клапаном, запирающим отверстие для выхода конденсата. Положение клапана определяется уровнем жидкости в кон-денсатоотводчике. Эффективная работа теплообменного аппарата с паровым обогревом возможна лишь при непрерывном отводе из него конденсата. В противном случае конденсат частично заполняет теплообменник, что исключает из работы залитую часть поверхности. Такие нарушения возможны из-за неисправности конденсатоотводчика или вследствие того, что давление в трубопроводе для конденсата превышает давление в аппарате. Для проверки исправности конденсатоотводчиков они снабжаются так называемыми продувочными кранами. [c.360] Для нагревания до температур более 180—200 °С используются высокотемпературные теплоносители. В качестве таких теплоносителей в технике применяются различные вещества — нагретая вода, расплавленные соли, ртуть и жидкие металлы, органические соединения. [c.361] Верхний температурный предел воды как теплоносителя определяется ее критическими параметрами Ркр 2,25 МПа (225 кгс/см ) и /кр = 374 °С. Практически воду можно использовать для нагревания до 350 °С. Однако необходимость работы при больших давлениях делает воду неконкурентоспособной по сравнению с другими теплоносителями. [c.361] Ртуть и жидкие металлы (натрий, калий, свинец) — эффективные теплоносители при температурах 400—800 °С. Однако их пары чрезвычайно ядовиты, что ограничивает практическое использование этих веществ. [c.361] Более низкий температурный предел, чем даутерм-А, имеет смесь изомеров бензилбензола (температура кипения 280°С, нижний предел текучести —70°С). Она может использоваться в виде паров до 330 °С, а в виде жидкости — в интервале от 50 до 330 °С. [c.361] Для области температур до 360 °С применяется нагрев парами дихлорбензола. [c.362] В качестве жидких теплоносителей используются также минеральные масла. Их достоинством является текучесть при температурах ниже 0°С. Минеральные масла можно применять при атмосферном давлении и температурах до 300°С, а под давлением и при более высоких температурах (до 350 °С). В процессе работы масла подвергаются крекингу, что приводит к увеличению вязкости. Наибольшей термической стабильностью обладают масла на основе парафиновых углеводородов. Недостаток масел — относительно невысокие коэффициенты теплоотдачи. [c.362] Принципиальная схема установки для нагревания жидким органическим теплоносителем приведена на рис. IV. 28. Теплоноситель насосом 1 прокачивается через котел с огневым нагревом 2 (или с электрическим нагревом) и нагретый поступает в теплоиспользующие аппараты 3, из которых стекает в емкость 4. В верхней точке система снабжается расщирительным сосудом 5, уровень в котором изменяется вследствие термического расширения теплоносителя, содержащегося во всей системе. Давление в системе создается сжатым азотом, подаваемым в расширительный сосуд. [c.362] Проектирование промышленных установок для электрического нагрева относится к специальной области электротехники. [c.363] Во многих процессах, протекающих при высоких температурах, используется нагревание топочными газами, получаемыми в печах. Таковы, например, процессы обжига и сушки, широко распространенные в производствах строительных материалов, а также в химической и целлюлозно-бумажной промышленности. Тепловые процессы в печах отличаются большой сложностью. Проектирование печных установок относится к специальной области теплотехники. [c.363] Загрязнения оборотной воды обусловлены проникновением в нее технологических сред через неплотности аппаратуры. Поэтому герметичность аппаратуры имеет очень важное значение. [c.364] В связи с быстро возрастающим дефицитом воды во всем мире большое значение приобретает использование воздуха как хладагента. Теплофизические свойства воздуха неблагоприятны (малые теплоемкость, теплопроводность и плотность). Поэтому коэффициенты теплоотдачи к воздуху ниже, чем коэффициенты теплоотдачи к воде. Это приводит к увеличению поверхностей теплообмена и, как следствие, к возрастанию металлоемкости оборудования. Для устранения этого недостатка необходимо применять следующие меры повысить скорости движения воздуха, что вызывает увеличение коэффициента теплоотдачи оребрить трубы со стороны воздуха, что даст увеличение эффективной поверхности теплообмена распылять в воздух воду, испарение которой понизит температуру воздуха и увеличит за счет этого движущую силу процесса теплообмена. Во избежание отложения солей на поверхности теплообменника распыляемая вода должна быть чистой. Принципиальная схема воздушного холодильника приведена на рис. IV. 29. Холодильник представляет собой пучок труб 1 с наружным оребрением. Концы труб герметично укреплены в коллекторах 3 и б. Охлаждаемая среда подается в верхний коллектор через штуцер 4, проходит внутри труб и отводится через штуцеры 5. Движение воздуха с большой скоростью вдоль оребренной наружной поверхности труб обеспечивается с помощью осевого вентилятора 7, снабженного электродвигателем 8. В засасываемый вентилятором воздух форсунками 9 распыляется вода. Регулирование процесса осуществляется с помощью жалюзей 2, установленных снаружи. Угол наклона жалюзей регулируется с помощью приводного механизма. Поскольку количество отводимой теплоты пропорционально разности температур, применение атмосферного воздуха в качестве хладагента особенно целесообразно в тех случаях, когда не требуется охлаждения до ннзкой температуры, например в конденсаторах ректификационных установок. [c.364] Вернуться к основной статье