2.2. Отвод теплоты
Многие процессы промышленной технологии протекают в условиях, когда возникает необходимость отвода теплоты, например, при охлаждении газов, жидкостей или при конденсации паров.
Рассмотрим некоторые способы охлаждения.
Охлаждение водой и низкотемпературными жидкими хладагентами.
Охлаждение водой используют для охлаждения среды до 10–30 С. Речная, прудовая и озерная вода в зависимости от времени года имеет температуру 4–25 С, артезианская – 8–12 С, а оборотная (летом) – около 30 С.
Расход охлаждающей воды
определяют из уравнения теплового
баланса
.
(83)
Здесь – расход охлаждаемого теплоносителя; Нн и Нк – начальная и конечная энтальпии охлаждаемого теплоносителя; Ннв и Нкв – начальная и конечная энтальпии охлаждающей воды; – потери в окружающую среду.
Достижение более низких температур охлаждения можно обеспечить с помощью низкотемпературных жидких хладагентов.
Охлаждение воздухом. Наиболее широко воздух в качестве охлаждающего агента используют в смесительных теплообменниках – градирнях, являющихся основным элементом оборудования водооборотного цикла (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Градирни с естественной (а) и принудительной (б) тягой
Горячая вода в градирне охлаждается как за счет контакта с холодным воздухом, так и в результате так называемого испарительного охлаждения, в процессе испарения части потока воды.
2.3. Классификация и конструкция теплообменников
Теплообменники различаются по назначению, принципу действия, конструктивным и другим признакам. Рассмотрим некоторые из них:
По назначению:
подогреватели;
испарители;
паропреобразователи;
конденсаторы;
холодильники;
радиаторы и т.д.
По принципу действия:
поверхностные (рекуперативные, регенеративные);
контактные (смесительные).
В рекуперативных теплообменниках передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их стенку.
В регенеративных теплообменниках греющий и нагреваемый теплоносители поочередно омывают одну и ту же сторону поверхности нагрева. Сначала поверхность аккумулирует теплоту, а потом отдает теплоту и охлаждается.
Требования к теплообменникам:
возможность проведения технологического процесса;
высокий коэффициент теплопередачи;
низкое Δp;
устойчивость поверхности теплообмена против коррозии;
доступность поверхности теплообмена для чистки.
2.3.1. Рекуперативные теплообменники
Кожухотрубчатые теплообменники являются самыми распространенными. Обычно нагреваемый теплоноситель подается снизу (I), охлаждаемый (II) – сверху вниз противотоком (рис. 2.6, 2.7).
|
|
Рис. 2.6. Кожухотрубчатый теплообменник: 1 кожух, 2 трубные решетки, 3 трубы, 4 крышка, 5 днище, I, II – теплоносители |
Рис. 2.7. Многоходовые (по трубному пространству) кожухотрубчатые теплообменики |
Многоходовые теплообменники (рис. 2.8) применяются для увеличения скорости движения теплоносителя. При этом увеличивается и коэффициент теплопередачи.
Рис. 2.8. Многоходовой (по межтрубному пространству) кожухотрубный теплообменник
Если разность температур труб и кожуха больше 50 С, то надо учитывать, что они удлиняются неодинаково. Тогда возникают большие напряжения в трубных решетках. В таких случаях используются теплообменники с линзовым компенсатором, теплообменники с плавающей головкой, U-образные теплообменники (рис. 2.9).
|
|
|
линзовый компенсатор |
плавающая головка |
U-образный |
Рис. 2.9. Кожухотрубчатые теплообменники с компенсацией температурных удлинений
Теплообменник «труба в трубе» используется для малых тепловых нагрузок.
Змеевиковые теплообменники представлены на рис. 2.10.
Рис. 2.10. Змеевиковые теплообменники: а – погружной; б – наружный;