Випадок тепловіддачі від водяної пари:

а) орієнтовно визначають температуру стінки труби t_ст за фор­мулою:

   (1.14)

де  t_г.п – температура конденсації гріючої пари, визначається за значенням тиску пари, ºС;

t_сер – середня температура холодного теплоносія, ºС:

       (1.15)

де  t_п, t_к – відповідно початкова і кінцева температури холодного теплоносія, ºС.

Потім визначають температуру плівки конденсату за рівнян­ням:

   (1.16)

Знаючи t_пл , знаходять теплофізичні параметри плівки конден­сату. Якщо t_сер не перевищує 30…40 ºС, параметри плівки визначають за t_к;

б) за критеріальними рівняннями визначають коефіцієнти тепловіддачі α₁ від гріючої пари до зовнішньої стінки труби [14, 15, 17, 18, 19, 24, 25, 31, 34];

в) обчислюють за відповідними критеріальними рівняннями коефіцієнт тепловіддачі від труби до холодного теплоносія α₂ [14, 15, 19, 24, 25, 31, 34];

г) за рівнянням (1.13) розраховують К;

д) визначають площу поверхні теплообміну F, м², за фор­му­лою (1.9);

е) визначають питомий тепловий потік q, Вт/м²:

       (1.17)

є) обчислюють t_ст за рівняннями:

   (1.18)

       (1.19)

   (1.20)

де – середня температура стінки;

– температура стінки з боку пари і рідини відповідно;

ж) порівнюють розрахункове t_ст і раніше вибране. Якщо різ­ниця перевищує 2…3 ºС, замінюють вибране t_ст. розрахованим і розрахунок повторюють, починаючи з пункту а).

1.2. Конструктивний розрахунок

1.2.1. За рівняннями (1.10) і (1.11) визначають кількість ходів за уточненим значенням F.

1.2.2. Обчислюють приблизний діаметр кожуха, уточняючи його після розміщення перегородок між ходами і підбирають найближче стандартне значення.

1.2.3. Розраховують діаметри патрубків для теплоносіїв, до­три­муючись рекомендованих швидкостей руху теплоносіїв у па­т­рубках [15, 27, 28].

1.2.4. Розраховують крок встановлення поперечних перего­ро­док і їх геометричні параметри.

2. Рекомендації щодо конструктивного оформлення окремих видів теплообмінників

У харчовій промисловості поширені теплообмінники ко­жу­хотрубчасті, типу «труба в трубі», змійовикові, спіральні і пла­стинчасті. Розглянемо особливості їх конструктивного оформ­лен­ня.

2.1. Кожухотрубчасті теплообмінники

Використовуються як підігрівачі або охолоджувачі, конден­сатори і випаровувачі. Приклад розрахунку горизонтального ко­жухотрубчастого теплоообмінника наведено в дод. Б.

Теплообмінники виготовляють із вуглецевої або нержавіючої сталі, а також із міді, латуні та чавуну.

Застосовують труби діаметром 20×2; 25×2; 38×2,5 мм; для в’язких рідин, як правило, застосовують труби діаметром 48×4; 57×4; 76×4; 85×4; 108×4; 133×4 мм.

Довжина труб (відстань між внутрішніми поверхнями труб­них решіток) повинна мати 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0 і 6,0 м. Труби в трубних решітках закріплюються розвальцюванням, зварю­ван­ням або паянням.

Труби на трубній дошці розміщують за вершинами рівно­сторонніх трикутників або квадратів. Розташування труб за вер­шинами трикутників дає змогу розміщувати найбільшу кількість труб на одиниці площі трубної решітки.

Розміщення труб за вершинами квадратів полегшує очищен­ня міжтрубного простору. Таке розміщення використовується та­кож у тому разі, коли велика кількість ходів (зручніше роз­мі­щувати перегородки в кришках між ходами).

Відстань між осями труб t (крок) вибирають за співвід­но­шенням:

при мм;

при мм,

де d_з – зовнішній діаметр труби.

Отримане значення t округлюють до цілого числа в мм із стандартного ряду розмірів. Якщо теплообмінник одноходовий по трубному простору, то внутрішній діаметр кожуха при роз­міщенні труб за вершинами рівносторонніх трикутників, мм:

(2.1)

де t – крок, мм;

b – кількість труб за діагоналлю шестикутника, шт:

(2.2)

де nz – сумарна кількість труб у трубній дошці, шт.

За отриманим значенням D_в, вибирають діаметр із стан­дарт­ного ряду базових діаметрів і уточняють розміщення труб на трубній дошці.

Під час проектування багатоходових (за трубним простором) теплообмінників необхідно на міліметровому папері у масштабі накреслити всю трубну дошку та нанести на неї всі труби й пе­регородки (останні – для обох дошок). Під час остаточного крес­лення можна показати не всі труби, а тільки труби за пери­мет­ром кожного ходу, зазначаючи водночас осі всіх труб.

На кресленні слід указати загальну кількість труб, їх діаметр і довжину.

У місцях розміщення перегородок відстань між трубами збіль­шують на 15 мм. У такому разі відстань між рядами труб при розміщенні їх за вершинами трикутників: мм, а при розміщенні за вершинами квад­ра­тів: мм, де d_з – зовнішній діаметр труб.

На рис. 2.1–2.4 показано варіанти конструкцій горизон­таль­них теплообмінників.

Рисунок 2.1 – Теплообмінник з фіксованими трубними дошками:

1 – днище задньої головки; 2 – трубчатка; 3 – стяжки та розпірки; 4 – розділова перегородка; 5 – кришка

Рисунок 2.2 – Теплообмінник з плаваючою головкою і роз’ємним опорним кільцем:

1 – кожух; 2 – кришка; 3 – опорне кільце плаваючої головки;

4 – плаваюча головка

Рисунок 2.3 – Теплообмінник з U-подібними трубами:

1 – фланець кожуха нерухомої головки; 2 – патрубок; 3 – кришка; 4 – поперечна перегородка

Рисунок 2.4 – Теплообмінник з плаваючою головкою і зовнішнім ущільненням:

1 – фланець сальникового ущільнення; 2 – сальник ущільнення; 3 – юбка плаваючої трубної дошки; 4 – шпонка закладна; 5 – днище плаваючої головки; 6 – кришка; 7 – кожух; 8 – трубчатка; 9 – перегородка

На рис. 2.5 показано варіанти розміщення перегородок у кришці (розподільчій камері) багатоходових теплообмінників. На рис. 2.6 наведено приклади розміщення труб за вершинами квадратів.

а) б) в)

Рисунок 2.5 – Варіанти розміщення перегородок у кришці багатоходових теплообмінників:

а) восьмиходового; б) шестиходового; в) чотириходового

Рисунок 2.6 – Розміщення труб за вершинами правильних трикутників

Варіанти з’єднання трубної дошки з кожухом тепло­обмін­ника показані на рис. 2.7.

а) б) в)

г) д)

Рисунок 2.7 – Варіанти з’єднань трубної дошки з кожухом

Мінімальна товщина трубної дошки:

• сталевої: мм; (2.3)

• мідної: мм. (2.4)

Труби найчастіше закріплюють у трубних дошках розваль­цюванням, як показано на рис. 2.8.

Рисунок 2.8 – Приклад розвальцювання трубок

Звичайно для збільшення коефіцієнта тепловіддачі в між­трубному просторі встановлюють перегородки вздовж або попе­рек труб (рис. 2.9).

У цьому випадку (рис. 2.9, а, б) збільшується швидкість руху теплоносія, а напрям руху стає під кутом до осі труби. Пере­го­родки вздовж труб дають змогу організувати прямо- або про­ти­течію в теплообміннику (рис. 2.9, в). Найбільш поширені сег­мент­ні поперечні перегородки – це диски з відрізними сегмен­тами і з отворами для проходу труб (рис. 2.10).

Зазор Δ між сегментом і кожухом теплообмінника дорівнює:

(2.5)

де D_в – внутрішній діаметр кожуха, мм.

Відстань між перегородками:

Повздовжні перегородки застосовуються мало. Під час обчислення коефіцієнта тепловіддачі для міжтрубного простору визначальним геометричним розміром є зовнішній діаметр труб.

Швидкість потоку обчислюють для найменшої площі перері­зу міжтрубного простору f (орієнтовно м²; звідки мож­на визначити і висоту сегмента h). Під час попередніх роз­рахунків цю швидкість за наявністю перегородок беруть такою, що дорівнює 0,5 швидкості руху рідини в трубах. Після уточ­нення конструкції теплообмінника швидкість уточняється.

а)

б)

в)

Рисунок 2.9 – Варіанти встановлення перегородок

Рисунок 2.10 – Розміри сегментної перегородки

Швидкість робочого рідкого середовища в трубах вибирають в межах м/с, для пари м/с, нижча межа швидкості визначається необхідністю мати стійкий турбулен­т­ний рух, тобто Re > 10 000, верхня – необхідністю уникнути гідравлічних ударів і надмірного гідравлічного опору.

Кришки (розподільчі камери) кожухотрубчастих теплооб­мін­ників бувають циліндричними, сферичними, еліптичними і т. ін. Патрубки можуть бути врізані в циліндричну обичайку або в днище кришки (останнє застосовують частіше в одноходових теплообмінниках). Висоту кришки орієнтовно беруть такою, що дорівнює де D_к – діаметр кожуха. Якщо патрубки врізані в циліндричну обичайку, то висота кришки визначається зовнішнім діаметром патрубка. Вона на 150…250 мм більша за зовнішній діаметр патрубка.

[Вгору] [Вниз]