МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО СПХФУ Минздрава России)
Факультет промышленной технологии лекарств
Кафедра Процессов и аппаратов химической технологии
Лабораторная работа №8 на тему:
Теплообменные аппараты и устройства
Вариант №5
Теплообменные аппараты спиральные
по учебной дисциплине
ОТТО
«ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ»
Форма обучения - очная
по направлению подготовки Химическая технология
уровень высшего образования – бакалавриат
Выполнила: студентка 3 курса 570 группы Тарасова К.И., Проявина Л.В.
Проверил: Ганин Павел Георгиевич
Санкт-Петербург,
2019 год
Цель работы
Изучение теплообменных аппаратов и устройств основных типов.
Задачи работы
Получение знаний о классификации, назначении, принципов работы, конструкции, областей применения, а также особенностей эксплуатации, технического обслуживания и ремонта теплообменных аппаратов и устройств.
Содержание отчёта
Основная часть. Раскрыть тему индивидуального задания:
предназначение теплообменного аппарата / устройства данного вида (согласно индивидуальному заданию);
описание теплообменного аппарата / устройства данного вида;
технические характеристики теплообменного аппарата / устройства данного вида;
принципы технического обслуживания теплообменного аппарата / устройства данного вида;
способы эксплуатации теплообменного аппарата / устройства данного вида.
Помимо текстового материала необходимо привести схемы, рисунки, иллюстрации.
Выбрать конкретную марку теплообменного аппарата / устройства данного вида (согласно индивидуальному заданию) и привести:
схему (рисунок),
основные технические характеристики,
особенности эксплуатации,
техническое обслуживание и ремонт.
Предназначение оборудования
Спиральные теплообменники – это универсальное оборудование, которое используют для нагревания или охлаждения жидкостей и газов, особенно в условиях, где необходима изолированность сред.
Область применения:
Типы жидкостей и газов
Жидкости, образующие отложения, – содержащие твердые частицы, волокна, щелок, шлам, взвеси и суспензии. Газы – чистый пар и его смеси с инертными газами.
Системы и процессы
Жидкость/жидкость – подогрев, нагрев, охлаждение, взаимообмен или рекуперация тепла при работе с жидкими неоднородными средами, склонными к образованию накипи или отложений на теплопередающих поверхностях.
Газ/жидкость или конденсированный пар/жидкость – конденсаторы верхние, оросительные, вакуумные, выпара, ребойлеры, газоохладители, теплопередача при очень низких давлениях и/или высоких объемных расходах.
Отрасли промышленности:
нефтехимия;
нефтеочистка;
производство стали;
водоочистка;
целлюлозно-бумажные производства;
горнодобывающая;
фармацевтика;
пищевая;
производство растительного масла;
перегонные предприятия.
Аппараты применяются для теплообмена между средами c высокой вязкостью, содержащими большое количество механических примесей, включая суспензии и шламы. Либо в случаях, когда механические включения и волокна являются неотъемлемой частью технологии (растворы солей, пульпы, эмульсии).
Благодаря легкому и быстрому доступу к поверхности теплообмена, распространено использование в производственных процессах, где требуется рекуперация тепла от одной загрязненной жидкости к другой (Рис. 1.).
Рис. 1. Муниципальная пастеризационная установка для обработки осадка сточных вод.
Так как спиральные теплообменники способны работать и в качестве конденсаторов, они часто монтируются внутри или в верхней части дистилляционной либо ректификационной колонн.
Описание оборудования
Это круговые вертикальные или горизонтальные теплообменники с двумя спиральными каналами для прохождения сред, каждый из которых представляет собой закрытую камеру.
Металлические листы (1,2) толщиной 3–7 мм укладываются спиралью вокруг центральной трубы, образуя между собой зазор постоянной величины (спиральный канал). Внутренние концы спиралей приваривают к перегородке (керну) (3). Спираль помещают в цилиндрический кожух, к стенке которого приварены входной и выходной коллекторы двух сред. С торцов кожуха набор спиралей закрывается съемными плоскими, усиленными цилиндрическими или коническими крышками (4), которые соединяют болтами с фланцами наружного витка спирали. Для придания листам жесткости и прочности, а также для фиксирования расстояния между спиралями (от 5 до 15 мм) с обоих торцов листов устанавливают дистанционные, изготовленные по спирали металлические прокладки (7) или бобышки. Между торцами спиралей и крышками размещают уплотнительные прокладки из резины, паронита или мягкого металла. Подвод и отвод рабочих сред осуществляется через штуцера.
Рис. 2. Схема спирального теплообменника: 1, 2 – металлические листы; 3 – перегородка; 4 – крышка; 5 – прокладка; 6 – фланец; 7 – дистанционная прокладка с одной стороны канала; 8 – сварка.
Рис. 3. Схема спирального теплообменника для противотока и параллельных потоков.
Геометрия криволинейных каналов, близких по форме к концентрическим окружностям, и разделительные шипы создают значительную турбулентность уже при низких скоростях потоков, при этом улучшается теплопередача и уменьшается загрязнение. Противоток позволяет обеспечить минимальную температурную разницу между средами.
Возможные конфигурации потоков:
Противоток и параллельное направление
Чтобы получить максимальную конденсацию смеси пара и инертного газа, необходимо обеспечить продолжительный путь движения в теплообменном аппарате. Продолжительный изгиб канала и противоток (или параллельный ток) сред обуславливают эффективность при высоких требованиях к потере напора.
Рис. 4. Противоточные конденсаторы.
Перекрестный поток
Для конденсации значительных объемов чистого пара необходима большая площадь поперечного сечения и короткое проходное сечение. Поэтому пар должен проходить через конденсационный канал в поперечном направлении. При таком поперечном потоке падение давления практически не обнаруживается, поэтому аппарат пригоден для систем, работающих при очень низких давлениях. Также в этом случае может быть удален инертный газ.
Рис. 4. Конденсаторы с перекрестным током.
Перекрестный и противоточный токи в одной установке
В случае, если конденсат необходимо дополнительно охладить, имея при этом низкий перепад давления, то в одном аппарате используется комбинация режимов теплопередачи, что позволяет снизить капитальные затраты на оборудование и максимально повысить эффективность процесса. Спиральный теплообменник является универсальным конструкторским решением – он может работать и как конденсатор/переохладитель и как подогреватель ребойлера.