15. Теплообменные аппараты

В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников.

1.Поверхностные, в которых перенос тепла между обменивающимися

теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена (глухую стенку). К ним относятся: кожухотрубчатые теплообменники, двухтрубчатые теплообменники типа "труба в трубе", пластинчатые, оребренные и другие.

2.Теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении.

3.Регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми

телами- насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим телом.

Поверхностные теплообменники наиболее распространены и их конструкции весьма разнообразны:

(Касаткин стр.345.)

Кожухотрубчатые теплообменники (а)-одноходовой,(б) -многоходовой.

В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом

сред (1)движется внутри труб, а другая (II)- в межтрубном пространстве. Среды обычно направляют противотоком друг к другу.

1 - корпус (обечайка);

2 - трубные решетки;

3 - трубы;

4 - крышки;

5 - перегородки в крышках;

6 - перегородки в межтрубном пространстве.

Теплообменник типа "труба в трубе"

1 - внутренние трубы;

2 - наружные трубы;

3 - калач;

4 - патрубок.

Теплообменники этой конструкции состоят из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов, образованных двумя концентрически расположенными трубами. Один теплоноситель движется по внутренним трубам (1),а другой- по кольцевому зазору между трубами внутренними (1) и наружными (2). Внутренние трубы обычно соединяют калачами (3), а наружные- патрубками (4).

Тепловой расчет теплообменных аппаратов

1. Составление теплового баланса (с целью определения требуемого для процесса количества тепла).

2. Рассчитывают средний температурный напор с учетом взаимной

направленности теплоносителей.

3. По правилу аддитивности определяют коэффициент теплопередачи.

4. По основному уравнению теплопередачи рассчитывают необходимую поверхность теплообмена.

5. Рассчитывают необходимое число труб.

6. Рассчитывают поверхность оребрения.

7. Производят гидравлический расчет для выбора насоса.

8. Экономический расчет аппарата.

Нестационарный теплообмен

В непрерывно действующих аппаратах, нестационарный перенос тепла, наблюдается кратковременно в периоды пуска, остановки или смены режима работы. В таких условиях аппарат рассчитывается как стационарный, по только что указанной методике.

Для расчета нагревательных печей, регенеративных теплообменников, пропарочных камер, автоклавов важное значение имеет расчет процессов нагрева или охлаждения твердых тел в режиме нестационарного теплообмена. Пример: производство железобетонных изделий. При расчете определяют либо время, необходимое для достижения заданной температуры, либо конечную температуру, достигаемую за это время, а также количество тепла, переданное телу.

Критерий Био характеризует подобие процессов нестационарной теплопроводности: