Protsessy_ispravlennye

44.Основные характеристики насосов.

В общем случае работа насоса заключается в увеличении значений величин, составляющих

полную удельную энергию жидкости, которая выражается уравнением Бернулли:

Z - удельная энергия положения, м ;

p

ρ g -удельная потенциальная энергия давления, м

V 2- удельная кинетическая энергия, м

2g

V – скорость потока жидкости, м/с

Подача насоса - это кол-во жидкой среды, подаваемой насосом в единицу времени. Различают: объемную подачу и массовую подачу.

Q'= Q * ρ

Q’ - массовая подача, кг/ч;

Q - объемная подача, м3/ч;

ρ - плотность жидкой среды, кг/м3.

Напор насоса - это показатель, выражающий величину энергии, сообщаемой насосом

HМ – манометрический напор, м

HВ – вакуумметрический напор, м

Мощность насоса - это количество энергии, затраченное на перекачку жидкости в единицу времени.

КПД - это отношение полезной мощности к полной мощности насоса, учитывающий

Частота вращения вала насоса - это скорость вращения вала насоса, измеряемая в об/мин.

45. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками Такие аппараты имеют цилиндрический кожух, в котором расположен

пучок теплообменных труб. Трубные решетки с развальцованными трубками крепятся к кожуху аппарата. С одного конца теплообменный аппарат закрыт распределительной камерой,с другого — крышкой. Аппарат оборудован штуцерами для теплообменивающихся сред; одна среда идет по трубкам, другая проходит через межтрубное пространство.

В зависимости от числа перегородок в распределительной камере кожухотрубчатые теплообменные аппараты делятся на одно-, двух- и многоходовые в трубном пространстве; аппараты многоходовые в межтрубном пространстве с продольными перегородками; аппараты с поперечными перегородками сегментными,

секторными, кольцевыми и др. Существенное различие между температурами трубок и кожуха в этих аппаратах приводит к большему удлинению трубок по сравнению с кожухом, что обусловливает возникновение напряжения в трубной решетке и может привести к нарушению плотности вальцовки труб в решетке и по-

паданию одной теплообменивающейся среды в другую. Поэтому теплообменники этого типа применяют при разнице температур теплообменивающихся сред, проходящих через трубки и межтрубное пространство, не более 50° и при сравнительно небольшой длине аппарата. Очистка межтрубного пространства подобных аппаратов сложна, поэтому теплообменники такого типа применяются в тех случаях, когда среда, проходящая через межтрубное пространство, является чистой, не агрессивной, т.е. когда нет необходимости в чистке. Достоинством аппаратов этого типа является простота конструкции и, следовательно, меньшая стоимость. В зависимости от расположения теплообменных труб различают теплообменные аппараты горизонтального и вертикального типа.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с плавающей головкой (с подвижной трубной решеткой) являются наиболее распространенным типом поверхностных аппаратов. Подвижная трубная решетка позволяет трубному пучку свободно перемещаться независимо от корпуса. В аппаратах этой конструкции температурные напряжения могут возникать лишь при существенном различии температур трубок.

Трубчатый пучок может опираться на ближайшую к плавающей головке перегородку, имеющую большую толщину, чем у других перегородок, а при значительных размерах и массе пучок опирают на катковые опоры.

Для возможности свободного перемещения аппарата при нагреве корпус теплообменника крепят к одной из опор подвижно. Для этого отверстия под болты в опорах делают овальной формы. Обычно подвижное крепление корпуса предусматривают со стороны плавающей головки, где к корпусу присоединяют меньшее число трубопроводов.

По кожуху (межтрубному пространству) аппараты с плавающей головкой чаще всего выполняют одноходовыми. В аппаратах с двумя ходами по корпусу устанавливают продольную перегородку, что обеспечивает противоток потоков.

В кожухотрубчатых теплообменных аппаратах с плавающей головкой трубные пучки сравнительно легко могут быть удалены из корпуса, что облегчает их ремонт, чистку или замену. Однако следует отметить, что конструкция аппаратов с подвижной решеткой относительно сложна, для ее изготовления требуется больший расход металла на единицу поверхности теплообмена, при работе аппарата плавающая головка недоступна для ремонта.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с температурным компенсатором. В этих аппаратах для частичной компенсации температурных напряжений используют специальные гибкие элементы (расширители, компенсаторы), расположенные на корпусе.

Вертикальный кожухотрубчатыи испаритель с неподвижными трубными решетками отличается установкой между двумя частями кожуха линзового компенсатора. В аппаратах подобного типа используют одно- и многоэлементные линзовые компенсаторы, однако применять компенсаторы с числом элементов более четырех не рекомендуется, так как резко снижается сопротивление кожуха изгибу.

Кожухотрубчатые теплообменники с U-образными трубками имеют одну трубную решетку, в которую ввальцованы оба конца U-образных трубок, что обеспечивает свободное удлинение трубок при изменении их температуры. Преимущество теплообменников с U-образными трубками — отсутствие разъемного соединения внутри кожуха, что позволяет успешно применять их при повышенных давлениях. Недостатком таких аппаратов является трудность чистки внутренней и наружной поверхности труб, вследствие которой они используются преимущественно для чистых продуктов.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с двойными трубками.

В таких аппаратах имеются две трубные решетки, размещенные с одной стороны аппарата. В одной трубной решетке развальцованы трубы меньшего диаметра, верхние концы которых открыты, в другой трубы большего диаметра, нижние концы которых заглушены. Такая конструкция обеспечивает независимое удлинение труб. В аппаратах этого типа одна из теплообменивающихся сред поступает через штуцер в пространство между крышкой и верхней трубной решеткой, откуда направляется вниз по трубкам малого диаметра. По выходе из них поток возвращается по кольцевому пространству между трубками, собирается в пространстве между трубными решетками, а затем выводится из аппарата.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с витыми трубками

используют в нефтегазопереработке для теплообмена между средами, одна из которых находится под высоким давлением. Показан аппарат, предназначенный для

охлаждения и частичной конденсации природного газа. Теплообменник представляет собой цельносварную конструкцию, состоящую из кожуха 1, трубных решеток 2, в которых закреплены медные или стальные трубки 3, спирально накрученные на сердечник 4. Сердечник

выполняет роль катушки для навивки труб и одновременно используется как несущая деталь, разгружающая корпус и трубные решетки. Природный газ под давлением до 5 МПа и с температурой +70 °С движется внутри трубок, а метановая фракция при температуре -42 °С и давлении 4,2 МПа подается в межтрубное пространство.

46. Конструкция пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменники представляют собой аппараты, поверхность которых образована набором тонких штампованных пластин с гофрированной поверхностью. Их различают по степени доступности поверхности теплообмена для осмотра и механической чистки на разборные, разборные со сдвоенными пластинами (полуразборные) и неразборные (сварные или паяные). В пластинчатых теплообменниках можно осуществить теплообмен между рабочими средами жидкость — жидкость, пар — жидкость, пар + газ —жидкость, газ — жидкость, газ —газ. Отечественная промышленность выпускает пластинчатые теплообменники различных модификаций с поверхностью теплообмена от 1 до 800 м2 для работы как под вакуумом, так и при давлении до 4 МПа, при температуре рабочей среды от —100 до -(-300 °С. Пластинчатые теплообменники могут применяться для теплообмена между двумя рабочими средами, каждая из которых проходит внутри аппарата несколькими параллельными потоками, а также для теплообмена между тремя, четырьмя и большим числом сред в одном аппарате. Наиболее широко применяют разборные пластинчатые теплообменники в которых гофрированные пластины 2 отделены одна от другой прокладками 3. Пластины сжимаются между неподвижной и нажимной 4 плитами, образуя теплообменную секцию. В каждой пластине имеются четыре отверстия: одно для ввода среды в пространство между пластинами, одно — для вывода среды и два — для сквозного прохода среды. Малая толщина пластин и очень высокая турбулентность за счет рифления

поверхности обеспечивают более высокие коэффициенты теплопередачи по сравнению с кожухотрубчатыми. Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляется достаточно быстро, очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат труда. Серийно выпускаемые разборные теплообменники могут работать с загрязненными рабочими средами при размере твердых включений не более 4 мм. Применение современных материалов для изготовления пластин и прокладок позволяет использовать подобные аппараты в агрессивных средах, например, при охлаждении 98,5 % серной кислоты с температурой 130—140 °С.

Аппараты воздушного охлаждения (АВО). Широкое распространение в промышленности получили аппараты воздушного охлаждения, в которых в качестве охлаждающего агента используется поток атмосферного воздуха, нагнетаемый специально установленными вентиляторами. Использование аппаратов этого типа позволяет осуществить значительную экономию охлаждающей воды, уменьшить количество сточных вод, исключает необходимость очистки наружной поверхности теплообменных труб. Эти аппараты используются в качестве конденсаторов и холодильников.

Сравнительно низкий коэффициент теплоотдачи со стороны потока воздуха [30 — 90 Вт/ (м2К)], характерный для этих аппаратов, компенсируется сравнительно высокими скоростями движения потока воздуха.

Поперечное оребрение труб (рис. ХХП-22) выполняют глубокой спиральной накаткой слоя деформируемого алюминиевого сплава завалыювкой алюминиевой ленты в спиральную канавку на трубе, оберткой трубы алюминиевой лентой, имеющей

форму L или — двойной ступенчатой L. В отечественной промышленности наиболее широко применяются биметаллические трубы с накатанным оребрением, у которых в зависимости от коррозионной активности и температуры окружающей среды внутри латуни. Коэффициент оребрения, равный отношению поверхности оребренной трубы к наружной поверхности гладкой трубы по основанию ребер, изменяется от 5,8 до 22,6. Повышение тепловой эффективности аппаратов воздушного охлаждения можно обеспечить за счет применения оребренных труб, оснащенных турбулизаторами воздушного потока. Наличие турбулизаторов прерывает развитие пограничных слоев на боковой поверхности оребрения, обеспечивает возникновение мелких вихрей, проникающих в межреберную полость и увеличивающих интенсивность теплообмена. Например, средняя теплоотдача трубчатого пучка с ребрами полуинтеграл и интеграл по сравнению с неразрезными ребрами увеличилась на 22 и 29 % соответственно, при росте гидравлического сопротивления примерно на 60 %.

Аппараты воздушного охлаждения различного типа изготовляются по соответствующим стандартам, в которых предусмотрены большие диапазоны по значению поверхности, степени оребрения и виду конструкционного материала, используемого для их изготовления (сталь различных марок, латунь, алюминиевые сплавы, биметалл). Аппараты воздушного охлаждения подразделяются на следующие типы:

Горизонтальные АВГ Зигзагообразные АВЗ Малопоточные АВМ Для вязких продуктов АВГ —В

Для высоковязких продуктов АВГ—ВВ Приведены конструкции аппаратов воздушного охлаждения с расположением трубных

секций зигзагообразно, горизонтально и в виде шатра. Размещение трубных секций зигзагообразное и в виде шатра позволяет иметь большую поверхность теплообмена при той же занятой площади. В конструкциях аппаратов воздушного охлаждения необходимо предусматривать меры для регулирования режима работы в связи с сезонным и суточным изменением температуры воздуха. Работу аппаратов воздушного охлаждения можно регулировать изменением частоты вращения колеса вентилятора; изменением угла наклона лопастей вентилятора; жалюзийными устройствами, дросселирующими поток воздуха; отключением части или всех вентиляторов (в зимнее время года); рециркуляцией части воздуха и дренированием в атмосферу; увлажнением воздуха (в жаркое летнее время) за счет впрыска химически очищенной воды. Применение жалюзийных устройств, рециркуляция и дренирование воздуха не обеспечивают экономию электроэнергии и менее выгодны, чем другие способы. Для подачи охлаждающего воздуха применяют осевые вентиляторы пропеллерного типа с диаметром колеса от 0,8 до 7 м. Вентилятор

По способу передачи жидкости различают тарелки со специальными переливными устройствами и тарелки провального типа.

У тарелок со специальными переливными устройствами

жидкость перетекает с тарелки на тарелку отдельно от потока пара через специальные сливные карманы. В зависимости от нагрузки по жидкости и диаметра колонны тарелки могут быть однопоточными, двухпоточными, трех- и более. Увеличение числа потоков приводит к снижению эффективности массопередачи из-за уменьшения длины пути жидкости по тарелке и препятствует перераспределению пара по сечению аппарата.

Применение каскадных тарелок позволяет уменьшить значение градиента уровня жидкости, что обеспечивает в колоннах большого диаметра более эффективную работу тарелок. Но в этом случае увеличивается расстояние между тарелками и усложняется конструкция полотна.

По схемам контакта между жидкой и паровой фазами различают тарелки с перекрестным током ( тарелки с переливными устройствами), с противотоком (провальные тарелки), перекрестно-прямоточные и прямоточные.

По характеру диспергирования взаимодействующих фаз различают тарелки барботажные и струйные.

На тарелках пар, разделяясь на мелкие пузырьки и струи, с большой скоростью проходит через слой жидкости, образуя пену. Если при контакте фаз пар является дисперсной системой, а жидкость сплошной, такой режим работы называется барботажным, а тарелки, работающие в таком режиме, - барботажными. Барботажные тарелки работают, как правило, при небольших скоростях пара, фазы движутся в перекрестном направлении.

Если при больших скоростях пара дисперсной фазой является жидкость, а сплошной – пар, такой режим работы тарелок называется струйным, а контактные устройства – струйными. Контакт между

фазами происходит на поверхности капель и струй жидкости, движущихся в межтарельчатом пространстве с большой скоростью, и осуществляется в прямотоке.

В зависимости от конструкции устройств для ввода пара в жидкость тарелки подразделяются на колпачковые, клапанные, ситчатые, желобчатые, с S–образными элементами и др.

Рассмотрим особенности работы барботажной тарелки на примере колпачковой тарелки с круглыми колпачками.

Жидкость поступает на полотно тарелки из переливного устройства и течет от приточной стороны тарелки к сточной, при этом на тарелке

возникает градиент уровня жидкости <. Стенка переливного устройства погружена в жидкость, находящуюся на нижележащей тарелке, что обеспечивает в колонне соответствующий гидравлический затвор, исключающий возможность прохождения паров через переливное устройство. Изменяя высоту сливной перегородки, можно менять высоту жидкости на тарелке.

Вследствие разности давлений между двумя смежными тарелками

поток паров направляется через патрубки под колпачки и через прорези в его кромках поступает в слой жидкости на тарелке.

В зависимости от скорости пара различают 4 режима работы тарелки:

∙неравномерный, когда только часть жидкости на полотне пронизывается паром;

∙равномерный, когда на всей площади тарелки происходит

интенсивный барботаж;

∙факельный, когда струи пара прорываются сквозь слой жидкости и выходят на ее поверхность;

∙уноса, когда значительная часть жидкости захватывается потоком пара и перебрасывается на вышележащую тарелку.

Важной характеристикой тарелки является диапазон ее устойчивой

работы, т.е. работы при таких скоростях пара, которые обеспечивают интенсивный барботаж по всей поверхности тарелки. Минимально 51 допустимая скорость пара соответствует провалу 10% жидкости, а

максимально допустимая – это такая скорость пара, при котором унос жидкости составляет также 10%.

Наибольшим диапазоном эффективной работы обладают барботажные тарелки, меньшим – струйные.

Тарелки из S-образных элементов являются

разновидностью колпачковых тарелок и состоят из отдельных элементов – стальных S-образных профилей, одна из вертикальных стенок которых имеет прорези, как у колпачков. По сравнению с колпачковыми, S- образные тарелки обладают более простой конструкцией, что облегчает их изготовление.

Отличительной особенностью клапанных тарелок является увеличение их свободного сечения по мере увеличения скорости

пара. Это обеспечивается постепенным открытием клапана. Перекрытие отверстий тарелки саморегулирующимися клапанами позволяет

расширить интервал рабочих нагрузок.

Струйные тарелки представляют собой полотно с просечками или лепестками, направленными в сторону слива. Пар, выходящий в жидкость под углом к горизонту, движется в том же направлении, что и жидкость, т.о. обеспечивается прямоточный контакт фаз. При больших скоростях пара происходит снос жидкости в направлении слива. Чтобы этого избежать, на полотне устанавливают секционирующие перегородки.

Тарелки провального типа (ситчатые, решетчатые) перекрывают все сечение колонны. Паровая и жидкая фазы контактируют в режиме противотока, благодаря чему происходит интенсивное перемешивание жидкости по всей высоте контактной зоны. Пар и жидкость проходят через одни и те же каналы.

Тарелки этого типа более чувствительны к изменению нагрузок по жидкости и парам, чем тарелки с переливными устройствами. При небольших паровых нагрузках напор паров недостаточен для образования слоя жидкости на тарелке (провал жидкости). При больших паровых