ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пластинчатые теплообменники типа фильтр-пресса из "Современные эффективные теплообменники" Однородность раоиределения газового потока между каналами теплообменника достигается сравнительно просто. Основным условием, гарантирующим однородное распределение, является минимальное сопротивление на входе и выходе (сопротивление подводящих коммуникаций, коллекторных крышек), которое должно быть значительно меньше гидравлического сопротивления поверхности теплопередачи. В некоторых случаях выполняются специальные распределительные устройства в виде направляющих перегородок. Как правило, некоторая неоднородность распределения газа по сечению пластинчатого теплообменника, которая все-таки имеет место, не приводит к заметному снижению эффективности. [c.180] Специфические условия работы пластинчатых теплообменников установок глубокого охлаждения определяют некоторые особенности их расчета. Как правило, такие теплообменники используются не только для охлаждения сжатого газа, но одновременно и для удаления из него легко конденсирующихся загрязняющих примесей — влаги, углекислоты, которые вы.мерза-ют на холодных теплообменных поверхностях. Для удаления выделившихся загрязнений периодически переключают газовые потоки, направляя обратный поток газа низкого давления через те каналы теплообменника, на поверхности которых образовались отложения загрязнений происходит их сублимация и удаление вместе с обратным газовым потоком. Режим работы установки при переключениях каналов теплообменника должен по возможности оставаться неизменным поэтому, как правило, каналы для различных газовых потоков выполняются совершенно идентичными в тех же случаях, когда нет необходимости в переключении каналов, естественно, что проходное сечение каналов для сжатого газа выбирается меньшим, чем для газа низкого давления. [c.182] Помимо уже отмечавшихся достоинств пластинчатых теплообменников (высокая эффективность, компактность, малый вес), им свойственны некоторые качества, особенно ценные в установках глубокого охлаждения. Так, в воздухоразделительных установках низкого давления полная очистка теплообменной поверхности от отложений влаги и углекислоты возможна при условии, что разность температур на холодном конце теплообменника не превышает определенной величины (порядка 3—4°) в то же время, исходя из теплового баланса, нетрудно убедиться в том, что при обычном способе осуществления теплообмена между поступающим потоком сжатого воздуха и обратными потоками продуктов разделения величина этой разности температур оказывается больш предельно допустимой. Положение еще более усложняется при отборе части кислорода в виде жидкости, когда сумма обратных потоков меньше прямого. В пластинчатых теплообменниках указанное затруднение сравнительно легко преодолевается путем рециркуляции одного из потоков (например, сжатого воздуха или азота низкого давления), что позволяет уменьшить разность температур на холодном конце теплообменника до требуемого уровня конструкция теплообменника позволяет легко сделать это. [c.182] Наконец, основная часть поверхности теплопередачи (до 75%) в пластинчатых теплообменниках выполнена из очень тонкого металла (толщиной 0,15—0,2 мм, см. табл. 3-2) и поэтому обладает небольшой теплоемкостью. При переключении потоков Б теплообменнике происходит быстрое нагревание одной части поверхности и соответственно охлаждение другой, что создает весьма благоприятные условия для сублимации отложившихся загрязнений в обратный поток низкого давления и выделения их на поверхности теплообменника из потока сжатого газа. [c.183] При расчете пластинчатых теплообменников низкотемпературных установок большое значение имеет правильное определение величины потери напора для обратного потока газа низкого давления, так как от нее зависит давление в газоразделительном аппарате, а тем самым и энергетические затраты на осуществление разделения. [c.183] Так как в низкотемпературных установках не меньшее значение имеет достижение высокой эффективности теплообменника (уменьшение холодопотерь вследствие недорекуперации), то обычно теплообменники выполняются либо иротивоточными, либо перекрестноточными многоходовыми (см. гл. 1). [c.183] В работе Дентона и Уорда [3-3] изложен метод расчета пластинчатых теплообменников, несколько отличающийся от рассмотренного выше в некоторых случаях этот метод расчета имеет определенные преимущества и поэтому вкратце рассматривается нами. [c.183] В уравнениях (3-19) и (3-20) значения показателей степени а и Ь, как известно, зависят от режима течения (ламинарны-или турбулентный поток, степень турбулентности), а коэффициенты пропорциональности А и В приблизительно постоянны в широком интервале значений критерия Не. [c.184] Комплекс (Р)т, так же как и комплекс (/)т, объединяет величины, характеризующие физические свойства потока. [c.185] Зависимость физических свойств газа от температуры и давления полностью учитывается комплексами (/)т и Р)т- Оба эти комплекса не очень сильно зависят от температуры, а комплекс (7)т также слабо изменяется с давлением напротив, как это следует из уравнения (3-25), комплекс Р)т обратно пропорционален давлению. [c.185] Установленные соотношения можно использовать для определения поперечного сечения п длины теплообменника. [c.185] Значения интегралов в уравнениях (3-28) и (3-29) определяются графически как площади под соответствующими кривыми, выражающими подынтегральные функции, после чего можно вычислить поперечное сечение 5 и длину I теплообменника. [c.187] Последнее уравнение может быть использовано для определения поперечного сечения теплообменника. Эффективность (к. п. д.) ребер, которые обычно выполняются из металла с большой теплопроводностью (алюминия и т. п.) и характеризуются сравнительно небольшой высотой, близка к 100%, т. е. г р 1 отношение (t/St) для данного тина оребрения практически не зависит от расстояния между ограничивающими листами и ребрами, т. е. в уравнении (3-31) отношение ( /St) onst. Поэтому на основании уравнения (3-31) поперечное сечение теплообменника не зависит от геометрии оребрения данного типа и определяется допустимой потерей напора и разностью температур. [c.187] Однако отношение (l/St) зависит от типа оребрения (гладкие, разрезные ребра и т. д.) оно больше для тех поверхностей, которые характеризуются более высокими значениями St при одинаковых Re. [c.187] Дентоном и Уордом [3-3] рассмотрен так же вопрос о возможности уменьшения объема пластинчатого теплообменника путе.м у.меньшения его поперечного сечения по мере понижения температуры потоков таким опособом можно сохранить оптимальное соотношение между интенсивностью теплоотдачи и потерей напора. Выполненный авторами анализ показал, что даже в самых благоприятных условиях эффективность такого способа не оправдывается усложнением конструкции теплообменника. [c.188] Для иллюстрации изложенного метода расчета ниже приводится расчетный пример. [c.188] Пример 3-1. Рассчитать пластинчато-ребристый теплообменник с переключающимися каналами, предназначенный для охлаждения 1 ООО кг/ч водорода под давлением 6 ата с температуры 150° до 50° К обратным потоком водорода под давлением 1,5 ата, поступающим при температуре 49° К в количестве 1 037 кг/ч. Допустимая потеря напора для водорода низкого давления Др = 400 кг/м -. Запас поверхности теплопередачи должен составлять 20%. [c.188] Решение. Теплообменник предназначен не только для охлаждения, но II для очистки сжатого водорода от сравнительно легко конденсирующихся примесей, которые выносятся обратным потоком водорода низкого давления при переключениях. Поэтому целесообразно применить поверхность с разрезными (жалюзными) ребрами (табл. 3-2), которые препятствуют проникновению твердых частиц загрязняющих при1месей в низкотемпературную зону. Обе системы каналов (для водорода под давлением 6 и 1,5 ата) должны быть идентичными во избежание нежелательных колебаний режимных параметров при переключениях каналов. [c.188] Весь дальнейщин расчет проводится для одного потока низкого давления, так как критической является величина поверхности теплоотдачи именно на стороне низкого давления по отмеченным выще соображениям поверхность теплоотдачи одинакова для каждого из потоков, и ее с избытком хватит на стороне потока сжатого водорода. [c.190] Найденные таким способом значения Д при различных температурах, существующих в рассматриваемом теплообменнике, приведены в табл. 3-6. Там же помеидены значения теплоемкости и вязкости [3-18] водорода, а также значения комплексов 1)т и (Р)т, вычисленные по уравнениям (3-23) и (3-25). Наконец,, в табл. 3-6 приведены 31начения подынтегральных функций, фигурирующих в уравнениях (3-28) и (3-29). [c.191] Вернуться к основной статье