6.2.3 Змеевиковые теплообменные аппараты

Основным теплообменным элементом подобных теплообменников является змеевик – труба, согнутая по определенному профилю. Змеевик может вставляться внутрь аппарата или огибать его снаружи. В зависимости от этого змеевиковые теплообменные аппараты, схемы которых изображены в таблице 6.3, бывают с погружными и наружными змеевиками.

Таблица 6.3 – Виды змеевиковых теплообменников

Змеевиковые теплообменники
С погружными змеевиками Могут быть как с одним, так и с несколькими змеевиками	С наружными змеевиками

В погружных теплообменниках змеевики погружаются в жидкость, находящуюся в корпусе аппарата. Они имеют сравнительно небольшую поверхность теплообмена. Широко распространены теплообменники с наружными змеевиками, так как они позволяют проводить процесс при давлениях до 6 МПа.

Преимуществами змеевиковых теплообменников являются простота изготовления и доступность поверхности теплообмена для осмотра и ремонта. Недостатки: громоздкость и трудность внутренней очистки труб.

6.2.4 Теплообменники с оребренными трубами

В практике достаточно часто встречаются процессы теплообмена, в которых коэффициенты теплоотдачи по обе стороны теплопередающей поверхности резко различаются по величине. Например, при нагреве воздуха водяным паром, как показано на рисунке 6.6.

Рисунок 6.6 – Схема нагрева воздуха водяным паром

Оребрение труб со стороны воздуха позволяет существенно повысить тепловую нагрузку теплообменного аппарата за счет увеличения поверхности теплообмена со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи. Виды оребрения представлены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 – Элементы теплообменников с оребрением

Оребрение
Поперечное		Продольное
Прямоугольные ребра	Т рапециевидные ребра

Эффективность использования ребер обусловлена:

• плотностью соприкосновения с основной трубой (отсутствие воздушной прослойки);

• рациональным размещением ребер;

• выбором материала (для изготовления подобных труб коэффициент теплопроводности материала должен быть высоким).

6.2.5 Методика теплового расчета

Целью теплового расчета является определение поверхности теплообмена совместным решением уравнений теплопередачи и теплового баланса при заданных расходах теплоносителей и температурных условиях (при этом задаются значения конечных температур теплоносителей).

Площадь теплопередающей поверхности определяют методом последовательных приближений, при этом для выбранной конструкции аппарата величина теплопередающей поверхности находится из основного уравнения теплопередачи:

(6.1)

Тепловой поток (Q) определяют из уравнения теплового баланса.

Движущую силу рассчитывают исходя из теплового режима аппарата, например

(6.2)

Значения коэффициента теплопередачи в первом приближении принимают сугубо ориентировочно на основании опытных данных.

Находят ориентировочно площадь теплопередающей поверхности и вычерчивают эскиз аппарата.

На следующем этапе рассчитывают значения коэффициентов теплоотдачи, термического сопротивления стенки и коэффициента теплопередачи применительно к выбранным конструкции и размерам аппарата.

По вычисленному коэффициенту теплопередачи уточняют величину площади теплопередающей поверхности и эскиз аппарата.

Расчет ведется до совпадения принятых величин и величин, полученных в результате расчета (расхождение не должно превышать 3…5 %).

Этапы расчета:

а) проектировочный расчет:

– выбор конструкции аппарата, определяющих размеров (диаметры, длины, высоты по стандартам), скоростей и места расположения теплоносителей (трубное, межтрубное);

– определение тепловой нагрузки ;

– составление теплового баланса Q = Q₁= Q₂, из которого можно определить расход теплоносителя;

– определение параметров температурного режима процесса (Δt_cp);

– выбор физических параметров теплоносителей;

– приближенная оценка коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи и поверхности теплообмена;

– выбор типа нормализованного варианта конструкции, площади теплопередающей поверхности (F_норм), диаметра внутренних труб, высоты труб и других параметров;