7. Прямоточное или противоточное направление теплоносителей в теплообменнике более целесообразно?. Ответ Обосновать.

Противоточные процессы имеют преимущества в сравнении с прямоточными. Помимо более равномерного распределения разности температур вдоль поверхности нагрева при противотоке достигается более полное использование горячего теплоносителя. При противотоке более холодный теплоноситель с той же начальной температурой, что и при прямотоке, может нагреться до более высокой температуры, близкой к начальной температуре более нагретого теплоносителя. Это позволяет сократить расход более холодного теплоносителя, но одновременно приводит к некоторому уменьшению средней разности температур и соответственно – к увеличению потребной поверхности теплообмена при противотоке по сравнению с прямотоком. Однако экономический эффект, достигаемый вследствие уменьшения расхода теплоносителя при противотоке, превышает дополнительные затраты, связанные с увеличением размеров

8. Описать порядок расчета поверхности теплообменника .Типы конденсаторов смешения и принципы их работы.

Расчет теплообменного аппарата включает определение необходимой поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции, удовлетворяющих заданным технологическим условиям оптимальным образом. Необходимую поверхность теплопередачи определяют их основного уравнения теплопередачи:

F=Q/(KΔt_ср)

Тепловую нагрузку Q в соответствии с заданными технологическими условиями находят из уравнения теплового баланса для одного из теплоносителей. Если агрегатное состояние теплоносителя не меняется, тепловую нагрузку вычисляют по уравнению:

Q=G_i·с_i·[t_iн-t_iк], i=1,2;

Тепловые потери при наличии теплоизоляции незначительны, поэтому при записи этих уравнений не учитывались.

Если агрегатное состояние теплоносителя не меняется, его среднюю температуру можно определить как среднеарифметическую между начальной и конечной температурами:

t_i=(t_iн+t_iк)/2, i=1,2;

Более точное значение средней температуры одного из теплоносителей можно получить, используя среднюю разность температур:

t_i=t_j±Δt_ср,

где t_j – среднеарифметическая температура теплоносителя с меньшим перепадом температуры вдоль поверхности теплообмена.

В аппаратах с прямо- или противоточным движением теплоносителей средняя разность температур потоков определяется как среднелогарифмическая между большей и меньшей разностями температур теплоносителей на концах аппарата:

Δt_ср=(Δt_б-Δt_м)/ln(Δt_б/Δt_м)

Для определения поверхности теплопередачи и выбора варианта конструкции теплообменного аппарата необходимо определить коэффициент теплопередачи. Его можно рассчитать с помощью уравнения аддитивности термических сопротивлений на пути теплового потока

1/К=1/α₁+δ_ст/λ_ст+r_з1+r_з2+1/α₂,

где α₁ и α₂ – коэффициенты теплоотдачи со стороны теплоносителей; λ_ст – теплопроводность материала стенки; δ_ст – толщина стенки; r_з1, r_з2 – термическое сопротивление слоев загрязнений с обеих сторон стенки.

Это уравнение справедливо для передачи тепла через плоскую или цилиндрическую стенку при условии, что R_н/R_в<2 (где R_н и R_в – наружный и внутренний радиусы цилиндра).

Однако на этой стадии расчета невозможно точное определение коэффициента теплопередачи, так как α₁ и α₂ зависят от параметров конструкции рассчитываемого теплообменного аппарата. Поэтому сначала на основании ориентировочной оценки коэффициента теплопередачи приходится приближенно определить поверхность и выбрать конкретный вариант конструкции, а затем провести уточненный расчет коэффициента теплопередачи и требуемой поверхности.

Сопоставление ее с поверхностью выбранного нормализованного варианта теплообменника дает ответ на вопрос о пригодности выбранного варианта для заданной технологической задачи.

Типы конденсаторов смешения и принципы их работы. В конденсаторах смешения пар и охлаждающая вода смешиваются путем впрыскивания воды в паровое пространство; при этом пар отдает скрытое тепло холодной воде, нагревает ее и конденсируется. Конденсаторы смешения могут применяться только для сжижения паров воды и других жидкостей, не представляющих ценности; в тех случаях, когда требуется выделить конденсат в чистом виде или конденсировать пары какой-нибудь ценной жидкости, конденсаторы смешения непригодны.

По способу действия различают конденсаторы смешения мокрые и сухие. В мокрых конденсаторах охлаждающая вода, конденсат и газы откачиваются совместно одним мокровоздушным насосом; в сухих или барометрических конденсаторах вода и конденсат стекают самотеком по одной трубе, воздух же и газы откачиваются из верхней части конденсатора воздушным вакуум-насосом.

В зависимости от взаимного направления движения пара и воды различают противоточные и прямоточные конденсаторы, а в зависимости от высоты расположения – конденсаторы низкого и высокого уровня.