2.3.3. Смесительные теплообменники

В смесительных теплообменниках (СТО) передача тепла от одного теплоносителя к другому происходит при их непосредственном соприкосновении или смешении, следовательно, термическое сопротивление стенки (разделяющей теплоносители) отсутствует. Наиболее часто СТО применяют для конденсации паров, нагревания и охлаждения воды и паров. По принципу устройства СТО подразделяют на барботажные, полочные, насадочные и полые (с разбрызгиванием жидкости) (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Схемы СТО: а) барботажный смесительный теплообменник для нагрева воды;

б) насадочный теплообменник-конденсатор; в) полочный барометрический конденсатор; г) полый

2.4. Методика расчета теплообменника

Под расчетом понимают определение основных размеров аппарата и характеристик процесса.

Расчет теплообмена производится в следующей последовательности:

• выбор конструкции ТО;

• тепловой расчет ТО;

• гидравлический расчет ТО;

• технико-экономический расчет ТО;

• анализ полученных результатов и выбор оптимального варианта.

Выбор конструкции ТО производят на основе технического задания на проектирование, которое включает расход, начальную и конечную температуры, давление теплоносителей, возможные ограничения по потерям давления в ТО.

Различают проектный и поверочный расчеты теплообменников.

Цель проектного расчета – определение необходимой площади F для обеспечения заданного переноса теплоты от одного теплоносителя к другому.

Цель поверочного расчета – определение количества передаваемой теплоты и конечных температур теплоносителей в данном теплообменнике с заданной площадью F при заданных условиях его работы.

Основы расчетов: уравнения теплопередачи и тепловых балансов.

2.4.1. Проектный расчет теплообменника

Задано: расход, одного из теплоносителей, другого теплоносителя расход тепла определяется по основному уравнению теплопередачи

. (84)

Тепловой баланс можно записать следующим образом

. (85)

Здесь – расходы теплоносителей; – начальная и конечная энтальпии более нагретого теплоносителя; – конечная и начальная энтальпии менее нагретого теплоносителя.

В уравнение (85) два неизвестных и . Необходимо задаваться одной из величин. Задаемся Тогда из (85) определяется

Если теплоносители не меняют своего агрегатного состояния, то

,

где С – теплоемкость теплоносителя при

Температура находится как среднеарифметическое

где i = 1,2.

Среднюю движущую силу определяют как среднелогарифмическую

. (86)

Формула справедлива для модели идеального вытеснения.

Если один из теплоносителей меняет фазовое состояние, например, происходит конденсация пара, тогда имеем

. (87)

Здесь Н_п, Н_к – энтальпии пара и конденсата соответственно.

Если то . В аппаратах с противотоком T_ср больше, чем в аппаратах с прямотоком (рис. 2.19), определение коэффициента теплопередачи K

. (88)

T ∆Tм ∆Tм ∆Tб F	T T ∆Tб F	F ∆Tб ∆Tм
прямоток	противоток	противоток при конденсации пара

Рис. 2.19. К определению ∆T_ср

Коэффициенты теплоотдачи ₁ и ₂ зависят от режимов течения теплоносителей, которые без реального аппарата неизвестны, поэтому принимаем ориентировочное значение К. Приближенное значение К можно найти в справочной литературе.

По известным определяют предварительное значение F_ср.