19.Классификация теплообменных аппаратов. Кожухотрубный теплообменный аппарат. Способы температурной компенсации.

Теплообменные аппараты (теплообменники) – устройства для передачи тепла от горячих сред к холодным. По способу передачи тепла – поверхностные теплообменники (теплопередача через стенку), смесительные (теплообмен при смешении) и регенеративные – стенка или насадка поочередно контактируют то с горячей, то с холодной средой. Регенеративные теплообменники используются редко. Материал теплообменника выбирается с учетом его теплопроводности, термо- и коррозионной стойкости, прочности, стоимости. Наиболее широко применяются кожухотрубные теплообменники.

Аппарат состоит из кожуха 1 и приваренных к нему трубных решеток 2 с пучком труб 3. Аппарат опирается на опорные лапы 5. Сверху и снизу кожух закрывается крышками 4. 1 – нагреваемая среда – в трубном пространстве; 11 – нагревающая среда – в межтрубном пространстве. Трубы в решетках располагают в шахматном порядке (по периметрам правильных шестиугольников). По трубам подают теплоноситель, склонный давать осадок (для удобства очистки). Для увеличения скорости теплоносителя в трубах применяют многоходовые теплообменники, устанавливая в крышках перегородки и деля теплообменники на секции (ходы). Для ускорения теплоносителя в межтрубном пространстве в нем помещают сегментные перегородки.

При небольшой средней разности температур (<25-30˚С) корпуса и труб трубный пучок крепят жестко. При больших разностях температур корпуса и труб они удлиняются неодинаково, и термические напряжения компенсируют за счет нежесткой конструкции. Например, при давлениях в межтрубном пространстве ≤ 1,6 МПа используют линзовый компенсатор 1 на корпусе, позволяющий без деформации удлиняться пучкам. Практически неограниченной компенсацией температурных деформаций характеризуются аппараты с плавающей головкой, у которых трубная решетка 2 подвижна.

Применяют также кожухотрубные теплообменники с U-образными трубами 3, выполняющими компенсирующую функцию:

Компенсирующей способностью и легкостью очистки отличаются трубки Фильда (двойные трубы):

20.Сущность массообмена. Движущая сила массопередачи.Основные массообменные процессы. Диффузионный поток. Основное ур-е массопередачи. Фазовое равновесие.

Массообмен-переход одного или нескольких компонентов бинарных или много компонен систем ч/з межфазную поверхность (поверхность контактных фаз) из одной фазы в другую или в обратном направлении. Под межфазной поверхностью, например в системе Г-Ж, понимают поверх капель и пузырьков. Массообменные процессы применяют как правило для разделения однофазных, гомогенных, газов., жидких и тв систем. Исключение-сушка. В этом процессе разделяют системы жид-тв. Основные массообменные процессы-сорбционные(поглотительные, т.е. аб-,ад-,хемосорбция), перегонка(простая дистилляция и ректификация), растворение и кристаллизация, экстракция, сушка, сублимация(возгонка) и мембранный процесс. Адсорбция-поглощение отдельных компонентов из газа или жид смеси тв поглотителем (адсорбентом). Мембранный процесс-разделение газ. или жид смеси пропусканием её ч/з твер пористую полупроницаемую разделительную перегородку,т.е. мембрану.

Движущая сила процесса массопереноса, выражающая отклонение системы от равновесия, равна разности рабочей и равновесной концентраций вещества в данной фазе. Размерности коэффициентов массоотдачи и массопередачи одинаковы. Движущая сила массопереноса – величина переменная, т.к. концентрации изменяются вдоль межфазной поверхности. Поэтому пользуются средней движущей силой: - основное уравнение массопередачи. Общая скорость массообмена определяется диффузионным потоком-М. М- кол-во распределяемого компонента, которая переходит ч/з всю межфазную поверхность F за 2с из одной фазы в другую. [M]=[кг/с],[кмоль/с] Интесивность массооб определяется удельным диф. потоком-m. m=M/F,кг/м²с

Диффузионный поток пропорционален поверхности контакта фаз и средней конц.потока: M=KF∆C_ср основное ур-е массопередачи. Тогда К-сложная функция многих переменных(плотность, вязкость и т.д.), ∆С_ср=(С-С^*)_ср – средняя движ сила процесса массопер или положт средняя разность рабочей и равнов конц распределяемого компонента в одной и той же фазе. Фазовое равновесие зависит от температ, давления и состава фаз. При установлении фазового равновесия движ сила процесса массооб равна нулю. Скорость прямого и обратного процесса одинак., а общая скорость процесса равна нулю. Фазовое равновесие подчиняется правилу фаз Гиббса и принципу Лешателье.

С=К+2-Ф ур-е Гиббса, где С-число степеней свободы,Ф-число фаз,2-число параметров(Р и Т),К-число компонентов.

По принципу Лешателье обратимая система сопротивляется внешнему воздействию.