ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основы теплового расчета теплообменных аппаратов из "Теплотехника " Теплообменные аппараты нашли широкое распространение в химической технологии и применяются в процессах нагревания, охлаждения, испарения, конденсации, плавления, кристаллизации и т. д. Теплообменным аппаратом называется устройство, предназначенное для передачи теплоты от греющей среды к нагреваемой. [c.219] По принципу действия теплообменные аппараты делятся на поверхностные и смесительные. К поверхностным теплообменным аппаратам относятся рекуперативные, если теплоносители движутся одновременно относительно разделяющей их стенки, и регенеративные, если одна и та же поверхность нагрева омывается периодически то горючим, то холодным теп.71оносителем. В смесительных теплообменных аппаратах теплообмен происходит при смешении теплоносителей без разделяющей их твердой поверхности. [c.219] Особое место среди теплообменных аппаратов разных типов занимают тепловые трубы. Тепловой трубой называется испарительно-конденсационное устройство, представляющее собой закрытую камеру, внутренняя полость которой выложена слоем капиллярно-пористого материала (фитилем). Один конец тепловой трубы служит зоной подвода, а противоположный — зоной отвода теплоты. За счет подвода теплоты жидкость, насыщающая фитиль, испаряется. Пар под действием возникшей разности давлений перемещается к зоне конденсации и конденсируется, отдавая теплоту парообразования. Конденсат под действием капиллярных сил возвращается по фитилю в испарительную зону. Происходит непрерывный перенос теплоты парообразования от зоны нагрева к зоне охлаждения (конденсации). Тепловые трубы не требуют затрат энергии на перекачку теплоносителя, они работают при малом температурном напоре, поэтому обладают большой эффективной теплопроводностью, превышающей на несколько порядков теплопроводность серебра или меди — наиболее теплопроводных материалов из всех известных. Для тепловых труб используется большое разнообразие теплоносителей в зависимости от интервала рабочих температур. [c.219] Тепловые трубы могут оказаться эффективным теплообменным устройством во многих химических производствах, где возникает необходимость термостатирования или регулирования технологического процесса. Особенности работы тепловых труб позволяют использовать их в условиях невесомости. [c.219] Если тешюноситель представляет собой однофазную жидкость, то Дй = Ср (г - t ), а в области двухфазной жидкости (конденсирующийся пар или кипящая жидкость) АЛ = г Ах, где г — теплота фазового перехода (испарения, конденсации), Дх — изменение паросодержания. [c.220] Из уравнения теплового баланса (2.373) обычно определяется расход теплоносителя или любая искомая температура, а из уравнения теплопередачи (2.374) — при конструктивном расчете — необходимая поверхность нагрева теплообменника. [c.220] Часто теплообмен между стенкой и теплоносителем происходит не только путем конвекции, но и излучения. Так, например, в котлах, печах и сушилках, обогреваемых продуктами сгорания топлива, при температурах выше 400 °С необходимо учитывать излучение в меж-трубном пространстве трехатомных газов при расчете теплоотдачи отопительных приборов и ограждающих поверхностей зданий и аппаратов учитывается лучистый теплообмен с окружающей средой и при невысоких температурах. При подсчетах а руководствуются оптимальными скоростями теплоносителей, зависящими от гидравлических сопротивлений аппаратов. [c.220] С увеличением скорости движения теплоносителей увеличиваются Re = wl/v, коэффициент теплоотдачи а и плотность теплового потока q = (lAt. Однако вместе со скоростью пропорционально растет гидравлическое сопротивление и расход мощности на насосы, прокачивающие теплоноситель через теплообменный аппарат. Существует оптимальное значение скорости, определяемое сопоставлением увеличения интенсивности теплообмена и более интенсивного роста гидравлических сопротивлений с увеличением скорости. [c.220] Величина At p называется средним температурным напором или средней разностью температур. Значение ДГср зависит от схемы взаимного движения теплоносителей. Если направления движения теплоносителей совпадают, то такое течение называют прямотоком. На рис. 2.73, а —г показаны различные схемы движения. [c.221] Знак в уравнениях (б) и (в) разный, потому что для прямотока при увеличении поверхности на dF в направлении х температура горячего теплоносителя понижается, а холодного увеличивается. [c.221] Ошибка составляет 4%, что допустимо для прикидочных технических расчетов. [c.222] В качестве примера на рис. 2.76, а, б, приведены графики для двух схем сложных теплообменников. [c.223] В зависимости от цели расчет может быть проектировочным или проверочным. В первом случае определению подлежат поверхность теплообмена и основные конструктивные характеристики, во втором случае искомыми являются температуры теплоносителей начальные — на входе в теплообменный аппарат или конечные — на выходе из аппарата. [c.223] При проектировочном расчете теплообменного аппарата выбирают диаметры труб по ГОСТу, а также задают оптимальные скорости теплоносителя. Коэффициент теплопередачи подсчитывают предварительно по формуле (2.14) или задают его значение по опытным данным. Определив по формуле (2.369) поверхность нагрева, скомпонованного из труб теплообменного аппарата, подсчитывают число труб и их длину I по формуле F = nd In. [c.223] Сечение труб /, необходимое для обеспечения объемного расхода теплоносителя К со скоростью w / = K/w. [c.223] Число ходов в теплообменниках выбирается таким, чтобы получить сечения, обеспечивающие оптимальные скорости теплоносителя. При окончательном выборе основных конструктивных характеристик аппарата — п, til, I, 2 = n/ni и числа ходов необходимо стремиться к наилучшему конструктивному решению, определяемому рациональным соотношением габаритных размеров аппарата. Для этой цели часто приходится выполнять несколько вариантов расчета. [c.224] При проверочных расчетах теплообменников, когда известны их поверхность нагрева и ее конструктивные характеристики, а также расходы теплоносителей и их начальные температуры, определению подлежат конечные температуры теплоносителей. [c.224] Оптимальный вариант конструкции теплообменника может быть получен при автоматизированном проектировании с применением ЭВМ. Оптимальным теплообменником является аппарат, в котором процесс передачи теплоты удовлетворяет условию существования экстремума выбранного критерия оптимальности. В качестве критериев оптимизации могут быть выбраны технологические, конструктивные, термодинамические или технико-экономические показатели. [c.224] Вернуться к основной статье