Змеевиковые теплообменники
Змеевиковые теплообменники – это простейшие аппараты с небольшой теплопроизводительностью. Они бывают погружные и оросительные трубчатые из спирально согнутых труб с расположением витков по винтовой линии или из прямых труб, соединенных коленами с поворотом на 180°.
Схема погружного спирального теплообменника приведена на (рис. 2.1, а). Корпус такого теплообменника чаще всего выполняют цилиндрическим, особенно аппарата, работающего под давлением или под вакуумом. В корпусе могут быть размещены одна или несколько спиралей из труб с внутренним диаметром до 25 мм. Спирали ввальцовываются в верхнюю и нижнюю трубные решетки. Трубные решетки жестко закреплены во фланцевых соединениях между корпусом и крышками. Одна рабочая среда пропускается внутри труб, другая – в межтрубном пространстве. Для увеличения скорости потока в межтрубном пространстве, особенно среды, не изменяющей фазовое состояние, предусматривают устройства в виде цилиндра или каких-либо других перегородок, уменьшающие живое сечение. С увеличением скорости потока повышается коэффициент теплоотдачи с внешней стороны змеевика, а следовательно, и коэффициент теплопередачи. Коэффициент теплоотдачи в змеевиковых теплообменниках между стенкой и конденсирующимся паром или жидким теплоносителем с внутренней стороны достаточно высокий вследствие повышенных скоростей потока и криволинейного течения жидкости.
Длина змеевика должна быть рассчитана таким образом, чтобы не было переохлаждения конденсата или жидкости на выходе из теплообменника. При накоплении конденсата в змеевике ухудшается теплообмен, затрудняется отвод неконденсирующихся газов, увеличивается гидравлическое сопротивление, что в свою очередь вызывает повышение давления рабочей среды на входе в змеевик.
В тех случаях, когда расчетную поверхность теплообмена невозможно скомпоновать в виде одного змеевика, параллельно включают несколько секций змеевиков. Если в качестве греющей среды используется водяной пар, то его подают в змеевик сверху (конденсат отводится снизу), если жидкость – то направление ее движения выбирается в соответствии с условиями работы аппарата. Поверхность теплообмена погружных змеевиковых теплообменных аппаратов выполняется из стальных, медных, латунных, алюминиевых или свинцовых труб, а также из кислотоупорных материалов – стекла, керамики или пластмасс.
К недостаткам погружных змеевиковых теплообменников следует отнести большой их объем, а следовательно, большой расход металла на единицу поверхности. Практически невозможно механически очистить поверхность теплообмена.
Погружные змеевики применяют в качестве подогревателей, холодильников, конденсаторов при давлении внутри труб до 40·105 Па и в межтрубном пространстве до 16·105 Па.
Рис. 2.1 – Схемы змеевиковых теплообменников: а – погружного; б – оросительного; 1 – корпус; 2 – змеевик; 3 – внутренняя труба; 4 – крышка; 5 и 6 – патрубки; 7 – змеевик; 8 – распределительный желоб; 9 – сборный желоб
Оросительные змеевиковые теплообменники предназначаются для охлаждения жидких сред и конденсации пара. Их собирают из прямых горизонтальных труб, соединенных калачами (рис. 2.1, б). Пакеты таких змеевиков устанавливают и закрепляют на каркасе. Внутри труб змеевика проходит охлаждаемая среда, а снаружи поверхность орошается охлаждающей средой – водой или другой жидкостью. Над верхним рядом труб размещается желоб с перфорированным дном или с зубчатыми краями, служащими для распределения орошающей жидкости. Под нижним рядом труб размещается поддон для сбора этой жидкости и отвода ее в сборный резервуар. В многоярусных змеевиках необходимо устанавливать над каждой или через одну горизонтальную трубу распределительные зубчатые козырьки для равномерного распределения охлаждающей жидкости на нижерасположенной трубе. В некоторых случаях целесообразно организовать охлаждение змеевиков с частичным испарением орошающей жидкости. При испарительном охлаждении расход жидкости следует регулировать так, чтобы нижние змеевики не были «сухими».
Простота устройства, доступность для осмотра, ремонта и очистки труб, несколько меньший расход охлаждающей воды (жидкой среды) по сравнению с погружными змеевиковыми теплообменниками способствуют распространенному применению их в промышленности и на транспорте. В то же время необходимо отметить, что часть воды при таком способе охлаждения другого теплоносителя теряется, теплообменники чувствительны к колебаниям подачи воды в орошающий желоб, занимают много места.
vse-lekcii.ru
5.Тепловой и компоновочный расчёты спирального теплообменника
Жидкий бензол отводится при температуре конденсации насыщенных паров. Охлаждающий агент – вода с начальной температурой –tв1=270С и конечной –tв11=370C. Термическое сопротивление поверхности теплообмена со стороны бензола – 0,0001 м2час*К/ккал, а со стороны воды – 0,0007 м2*час*К/ккал. Температура кипения бензола при атмосферном давлении tк=80,10С, а скрытая теплота парообразования бензола – r=94,5 ккал/кг.
Решение.
1. Определяем основные параметры спирального теплообменника.
Больший температурный напор ∆tб = tк – tв 1 = 80,1-27 = 53,10С
Меньший температурный напор ∆tм = tк – tв11 = 80,1-37 = 43,10С
Среднелогарифмический напор
∆t=(∆tб-∆tм)/ℓn(∆tб/∆tм) = (53,1-43,1)/ℓп(53,1/43,1)=47,90С
Средняя температура охлаждающей воды
tв = tк – ∆t=80,1 – 47,9 = 32,20С
Тепловая нагрузка (теплопроизводительность)
Q=Gбr
=1180*94,5=111510ккал/час=111510*427*9,81/3600 = 129750 Вт ≈ 130 кВт
Здесь:
r = 94,5 ккал/кг – скрытая теплота парообразования бензола при атмосферном давлении;
Gб = 1180 кг/час – массовый расход бензола (задано).
Gв =Q/cр(tв11-tв1) =111510/(1*(37-27)) = 11151 кг/час.
Здесь ср= 1ккал/кг*К – теплоёмкость воды при средней температуре tв=32,20С.
2. Тепловой расчет спирального теплообменника. Основные размеры канала спирального теплообменника и скорости движения теплоносителей.
2.1. Площадь поперечного сечения канала спирального теплообменника определяем по параметрам движения охлаждающей воды.
Принимаем скорость движения воды W ≈ 0,56 м/c. Тогда ориентировочная площадь поперечного сечения канала
S=Gв/(ρ*w*3600)= 11151/(1000*0,56*3600) = 0,00553 м2,
где ρ = 1000 кг/м3 – плотность воды
Примечание: при значении массового расхода воды, превышающем 10000кг/час, принимать скорость движения воды по зависимости
W ≈ 0,5 + (Gв – 10000)*0,5/10000,
а затем определять площадь поперечного сечения канала.
Принимая высоту канала равной в=10мм, получим ширину спирали
В=S/в=0,00553/0,01 = 0,553 м= 553 мм
С учетом конструктивных особенностей организации уплотнения каналов с торцов (рис.5 и рис.6, Приложение), принимаем ширину канала равной
Вк=0,5=500 мм.
Тогда, скорость охлаждающей воды равна
Wв=Gв/(3600*ρв*Вк*в)=11151/(3600*1000*0,5*0,01) = 0,619м/c
Для бензола принимаем такое же сечение канала Sб = S
Скорость движения бензола в каналах теплообменника
Wб=Gб/(3600*ρб*Вк*в) = 1180/3600*825*0,5*0,01=0,079м/c
Здесь ρб = 825 кг/м3 плотность жидкого бензола на линии насыщения [2].
2.2. Определим коэффициент теплопередачи.
2.2.1. Гидравлический диаметр каналов для движения воды и бензола
d=4S/Р=4*Вк*в/(2(Вк+в))=4*0,5*0,01/(2*0,51) = 0,0196м=19,6 м
Здесь S и Р – площадь поперечного сечения канала и его периметр соответственно.
2.2.2. Коэффициент теплоотдачи конденсирующегося бензола определяют по зависимости [1].
альфаб=А/4√d*∆tб
где d-гидравлический диаметр канала;
∆tб – температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала со стороны бензола;
А – коэффициент, зависящий от физических свойств конденсирующегося бензола и от скрытой теплоты его парообразования. Зависимость для определения коэффициента А приведена далее.
Дальнейший расчёт проводим последовательными приближениями
, задаваясь в каждом новом приближении температурой стенки канала со стороны бензола. Каждое приближение заканчиваем сравнением заданного и полученного значений температуры стенки канала со стороны бензола.studfiles.net
Теплообменные аппараты змеевиковые – Энциклопедия по машиностроению XXL
Среднее отклонение для девяти случаев лежит в пределах (+ 8) (—6,5)%, что может служить подтверждением практической приемлемости рекомендуемого способа теплового расчета змеевиковых теплообменных аппаратов. При проектировании змеевиковых теплообменных аппаратов необходимо шаг навивки змеевиковой трубки выбирать с таким расчетом, чтобы зазор а (см. рис. 143) между смежными витками составлял 4н-9 мм. [c.280]ЗМЕЕВИКОВЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ [c.369]
Классификация змеевиковых теплообменных аппаратов. Эти аппараты классифицируют по назначению, по агрегатному состоянию теплоносителей и схемы их относительного движения, по конфигурации теплообменных элементов и их ориентации, по месту их расположения и виду компоновки, по характеру теплового контакта
| Рис. 4.1 18 Теплообменные элементы змеевиковых теплообменных аппаратов |  |
| Рис. 4.1.19. Одноэлементный змеевиковый теплообменный аппарат промышленного значения |  |
| Рис. 4.1.20. Многоэлементный змеевиковый теплообменный аппарат с витыми трубами |  |
| Рис. 4.1.21. Многоэлементный противоточно-винтовой змеевиковый теплообменный аппарат для нагрева воды |  |
Уравнения для определения коэффициента теплоотдачи aj в трубном пространстве змеевикового теплообменного аппарата [c.372]
В табл. 4.1.4 представлены уравнения змеевикового теплообменного аппарата при для определения коэффициента теплоотдачи внешнем стабилизированном продольном и tt2, Вт/(м К), в межтрубном пространстве поперечном обтекании змеевиков. [c.374]
ЗМЕЕВИКОВЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ 375 [c.375]
Расчет теплопередачи в змеевиковых пароводяных подогревателях (ПВД) подробно рассмотрен в книге С. С. Бермана Расчет теплообменных аппаратов турбоустановок (Госэнергоиздат, 1962) см. также [Л. 32]. [c.172]
Копструкционио теплообменные аппараты АЭС выполняются чаще всего в виде кожухотрубпых аппаратов с прямыми или змеевиковыми гладкими трубами (см. рис П.6.1, П.6.2, П.7.1 —П.7.5). При конструкционном (проектном) расчете по известным (заданным) начальным и конечным температурам теплоносителей и их расходам определяется необходимая поверхность теплообмена, обеспечивающая передачу задапноп тепловой мощности. [c.161]
На рис. 13 показана двухконтурная схема установки с углекислым газом в качестве первичного теплоносителя и энергетическим контуром на водяном паре с двумя ступенями давления пара (АЭС Данджнесс-А). Первичным теплообменным аппаратом является парогенератор, в корпусе которого расположены змеевиковые поверхности нагрева пароперегревателей, испарителей и подогревателей воды обеих ступеней давления. Змеевики последовательно омываются потоком газа. [c.12]
Змеевиковые теплообменные аппараты -это аппараты, в которых теплообменная поверхность выполнена в виде объемного или плоского змеевика, расположенного в корпусе теплообменного аппарата, а теплоноситель с высоким давлением подается в трубное пространство змеевика. Эти аппараты применяют в химической, нефтехимической, газовой, а также в холодильной и пищевой отраслях промышленности. Теплообменные аппараты такого типа определяют как аппараты нежесткой конструкции с компенсацией температурных напряжений в результате свободного удлинения змеевика. [c.369]
Многоэлементный змеевиковый теплообменный аппарат с плоскими спиральными змеевиками для охлаждения азотоводородной смеси состоит из четырех кольцевых секций I, включенных параллельно по ходу газа и жидкости (рис. 4.1.22). К наружной и внутренней [c.371]
| Рис. 4.1.22. Многоэлементный змеевиковый теплообменный аппарат с плоскими спиральными змеевиками для охлаждения азотоводородной смеси |  |
При создании жидкометаллических змеевиковых теплообменных аппаратов возникает необходимость определения коэффициента теплоотдачи при течении жидкого металла внутри змеевиковых труб (в случае теплообменника) и при внешнем их омывании. Отметим, что случай течения жидкого металла внутри змеевика был в онределенной мере рассмотрен в литературе. Анализ данных зарубежных авторов [4, 5], а также результаты экспериментов по определению теплоотдачи при течении калия внутри змеевика [6] позволяют сделать вывод [c.165]
Одной из первых в этой области является работа [86,], где теплообмен псевдоожиженного слоя с поверхностью изучался при давлениях в аппаратах до 2,3 МПа. Псевдоожижение осуществлялось в цилиндрической колонне с внутренним диаметром 53 мм и высотой 1 м. Калориметром служил змеевиковый холодильник, выполненный из медной трубки наружным диаметром 6 мм и внутренним 4 мм. Высота холодильника 80 мм, диаметр витка 30 мм. В качестве твердой фазы применялись цинк-хромовый катализатор синтеза метанола, ванадиевый катализатор БАВ и песок использовались фракции средним диаметром 0,38, 0,75 и 1,5 мм. Высота неподвижного слоя составляла 120 мм. Ожижающий газ имел следующий состав 80% Hj, I0%N2, 7% СО, 2% СН4 и 1% СО2. Во время опытов температура псевдоожиженного слоя составляла в среднем 150 °С. [c.66]
В процессах с небольщим теплообменом используются упрощенные конструкции теплообменников, например змеевиковые, сильфонные. Змеевик из экструдированной трубки с минеральной мукой, нагретой до 260° С, наматывают на цилиндре мень-щего диаметра, чем аппарат. Сильфон изготовляют механическим прорезанием фторопластового цилиндра. Толщина стенки гофр 0,6—0,8 мм. [c.118]
Завод изготовляет различные изделия около 600 типоразмеров из чугуна, углеродистой, нержавеющей, двухслойной сталей различных марок, а также из специальных сплавов, алюминия и других цветных металлов весом от 200 кг до 300 т. В состав этих изделий входят центрифуги 37 типоразмеров, изготовляемые из кислотостойких металлов колонная аппаратура диаметром от 800 до 5000 мм 144 типоразмеров с колпачковыми, ситчатыми и решетчатыми тарелками с насадками и без насадок теплообменная аппаратура 126 типоразмеров, в число которой входят холодильники типа труба в трубе на давление до 400 ат, змеевиковые, спиральные и кожухотрубчатые аппараты вальцовые и грибковые сушилки 8 типоразмеров аппараты с перемешивающими устройствами раз- ное нестандартное оборудование 191 типоразмера стационарные горизонтальные и вертикальные компрессоры 15 типоразмеров стационарные и передвижные компрессорные станции четырех типов ротационные машины 8 типоразмеров. [c.41]
mash-xxl.info