Вступ

Теплообміном називають процес передачі теплоти від одного тіла до другого. Мірою теплообміну вважають кількість переданої теплоти.

Речовини, які беруть участь у процесі теплообміну, називають теплоносіями. Речовину з вищою температурою називають гарячим теплоносієм, а речовину з нижчою температурою - холодним.

Апарати, призначені для нагрівання й охолодження, називаються теплообмінниками. За технологічним призначення та конструктивним оформленням такі апарати досить різноманітні.

Теплообмінними апаратами, або теплообмінники - це устаткування, призначене для передачі тепла від одного теплоносія до іншого, для реалізації теплового процесу. Як теплоносії можуть використовуватися рідини,суміші й суспензії, пара, гази.

Процес переносу тепла називається теплообміном, його рушійною

силою є різниця температур. Перенос тепла здійснюється трьома різними

способами: теплопровідністю, конвекцією та випромінюванням. Кожний з

цих способів має свої закономірності, які складають предмет теорії теплопередачі.

До теплових процесів належать нагрівання, охолодження, конденсація,

випаровування. Нагрівання — підвищення температури матеріалів, що

переробляються, шляхом підводу до них тепла. Охолодження — зниження

температури матеріалів, що переробляються, шляхом відводу від них тепла.

Конденсація — зрідження пари будь-яких речей шляхом відводу від них

тепла. Випаровування — перевід у газоподібний стан якої-небудь рідини

шляхом підводу до неї тепла.

Основна характеристика будь-якого теплового процесу - кількість

тепла, що передається: від цієї величини залежать розміри теплообмінних

апаратів. Основним розміром теплообмінного апарата є поверхня теплообміну. Існує три способи передачі теплоти: теплопровідність, конвекція і випромінювання.

Теплопровідністю називають явище перенесення теплової енергії

безпосереднім контактом між частинами тіла. Конвекцією називають процес поширення теплоти внаслідок руху рідини або газу. Розрізняють два види конвекції: природна конвекція, виникає внаслідок різниці густин нагрітих і холодних частинок рідини, тобто під дією внутрішніх сил та вимушену, коли рух рідини виникає під дією зовнішніх сил (насоса, вентилятора).

Теплообмін при природній конвекції.

Рисунок 1. - Поперечне обмивання пучка труб. а) коридорне розташування труб; б) шахове розташування труб.

В даному випадку тепловіддача залежить від форми і розмірів поверхні нагріву, температур поверхні і теплоносія, коефіцієнта об'ємного розширення і інших фізичних властивостей. Швидкість руху рідини не робить впливу на тепловіддачу.

Випромінюванням називається процес передачі теплоти від одного тіла

до іншого поширенням електромагнітних хвиль у просторі між цими тілами.

Теплопередачею називають процес теплообміну між двома середовищами, розділеними твердою перегородкою. Існуючі теплообмінні апарати можуть бути класифіковані за різними ознаками:

- способом передачі тепла;

- призначенням;

- типом поверхні, що передає тепло;

- видом теплоносіїв і їхнім агрегатним станом;

- компонуванням поверхні нагрівання.

Основне рівняння теплопередачі. В більшості практичних випадків взаємодія теплоносіїв відбувається через деяку поверхню розділу, яка в загальному випадку може розглядатися як багатошарова тверда стінка. Наприклад, в трубчастих теплообмінниках теплообмін відбувається через стінку труби і два шари забруднень з обох боків стінки.

Цей вид теплообміну називається теплопередачею. Кількість передаваної теплоти визначається основним рівнянням теплопередачі:

Q = KF∆t_cp,

де Q — тепловий потік, тобто кількість теплоти, передавана через поверхню теплообміну в 1 с, Вт;

К — коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²К);

F — площа поверхні теплопередачі, м²;

∆t_ср — середня різниця температур гарячого і холодного теплоносія, К.

Коефіцієнт теплопередачі К показує, яка кількість теплоти переходить в одиницю часу від більш нагрітого до менш нагрітого теплоносія через розділяючу їх стінку площею 1 м² протягом 1 с, при різниці температур між теплоносіями 1К.

На рис. 2. показана передача теплоти через плоску стінку.

Рисунок 1.2 – Передача теплоти через плоску стінку

За способом передачі тепла всі теплообмінники підрозділяються на

поверхневі й контактні. В апаратах контактного типу передача тепла

здійснюється через безпосередній контакт теплоносіїв. Теплообмінники

даного класу підрозділяються на змішувальні й барботажні. У змішувальних

апаратах відбувається перемішування гарячого й холодного теплоносія.

Розділ 1. Опис проектованого апарата

Теплообмінники - це пристрої, які служать для передачі тепла від теплоносія (гарячої речовини), до речовини холодного (нагрівається). В якості теплоносіїв можуть використовуватися газ, пари або рідина. На сьогоднішній день найбільш широке поширення з усіх видів теплообмінників отримали кожухотрубні. Принцип роботи кожухотрубного теплообмінника полягає в тому, що гарячий і холодний теплоносії рухаються по двох різних каналах. Процес теплообміну відбувається між стінками цих каналів.

Види і типи кожухотрубних теплообмінників: Теплообмінник - досить складний пристрій, і існує безліч його різновидів. Кожухотрубні теплообмінники відносяться до виду рекуперативних. Ділення теплообмінників на види проводиться залежно від напрямку руху теплоносія:

Вони бувають: — прямоточні (а);

— протиточні (б);

— перехресний потік (в);

— змішаний потік (г);

Рисунок 1.3 - Варіанти напряму руху теплоносіїв уздовж розділяючої їх стінки. а — прямоток; б — протиток; в — перехресний потік; г — змішаний потік;

Для виготовлення кожухотрубних теплообмінників використовуються леговані і високоміцні сталі. Такі види сталей використовується тому, що дані пристрої, як правило, працюють вкрай агресивному середовищі, яка здатна викликати корозію.

Теплообмінники поділяються на типии:

• температурним кожуховим компенсатором;

Рисунок 1. 4 Температурний кожуховий компенсатор. • нерухомими трубками;

Рисунок 1. 5 – Кожухотрубний теплообмінник з нерухомими трубками.

• U-подібними трубками;

Рисунок 1. 6 - Кожухотрубний теплообмінник з U- подібними трубками

• плаваючою головкою.

Рисунок 1. 7- Кожухотрубний теплообмінник з плаваючою головкою.

 1-кришка розподільної камери; 2 - розподільна камера: 3 - кожух; 4-теплообмінні труби; 5 - перегородка з сегментним вирізом; 6 - штуцер; 7 -кришка плаваючої головки. 8 - кришка кожуха.

За принципом взаємодії теплоносіїв розрізняють системи:

- рідина — рідина;

- пар — рідина;

- газ — рідина;

- пар — пар;

- пар — газ;

- газ — газ;

Переваги кожухотрубних теплообмінників: Кожухотрубні агрегати останнім часом користуються високим попитом, і більшість споживачів віддають перевагу саме даний тип агрегату. Такий вибір не випадковий - кожухотрубні агрегати мають безліч переваг.

Основною і найбільшою вагомою перевагою є висока стійкість даного типу агрегатів до гідроударів.

Недоліки кожухотрубних агрегатів- великі розміри, висока металоємність. 

Розділ 2. Правила техніки безпеки.

При монтажі, експлуатації та обслуговуванні пластинчатих теплообмінників слід дотримуватися таких правил: виконувати чинні положення техніки безпеки. Перед початком будь-яких робіт переконатися , що теплообмінники не перебувають під тиском і їх температура нижче 40 ° С. Використовувати рукавиці щоб уникнути пошкоджень і травм при роботі з пластинами з гострими кутами. У всіх випадках забезпечити дотримання місцевих законів і нормативних актів, що стосуються охорони праці та навколишнього середовища.

Підготовка теплообмінників до використання.

Перевірити, що насоси, які подають теплоносії в теплообмінник

споряджені регулювальними та запобіжними клапанами. Насос не повинен засмоктувати повітря.