Теплообменники типа «труба в трубе».

Теплообменники этого типа смонтированы из труб, каждая из которых окружена трубой несколько большего диаметра. Одна среда течет по внутренней трубе, другая - по кольцевому каналу. Внутренние трубы соединены последовательно «калачами», а наружные - патрубками. При необходимости получить большую поверхность теплопередачи возможно не только последовательное, но и параллельное и комбинированное соединение таких секций с помощью коллекторов. В теплообменнике типа «труба в трубе» соответствующим подбором диаметров труб для обеих теплообменивающих сред можно назначить любую скорость, а следовательно получить соответственно высокие значения величин . Недостатком таких теплообменников является большой расход металла на единицу тепло передающей поверхности вследствие затрат на бесполезные для теплообмена внешние трубы, что приводит к значительному увеличению стоимости аппарата. Этот недостаток становится менее ощутимым, если внешние трубы изготовлены из обычной углеродистой стали, а внутренние - из дорогостоящего материала в условиях агрессивных сред. Теплообменники типа «труба в трубе» особенно широко применяются тогда, когда среды подаются под высоким давлением (десятков и сотен атмосфер).

Теплообменники этого типа состоят из ряда последовательно соединенных звеньев (рис. 2.5). Каждое звено представляет со­бой две соосные трубы. Для удобства чистки и замены внутрен­ние трубы обычно соединяют между собой «калачами» или ко­ленами. Двухтрубные теплообменники, имеющие значительную поверхность нагрева, состоят из ряда секций, параллельно соеди­ненных коллекторами. Если одним из теплоносителей является насыщенный пар, то его, как правило, направляют в межтрубное (кольцевое) пространство. Такие теплообменники часто приме­няют как жидкостные или газо-жидкостные. Подбором диамет­ров внутренней и наружной труб можно обеспечить обеим ра­бочим средам, участвующим в теплообмене, необходимую ско­рость для достижения высокой интенсивности теплообмена.

Рис. 2.5. Теплообменник типа «труба в трубе»

Преимущества двухтрубного теплообменника: высокий коэф­фициент сред при высоком давлении, просто­та изготовления, монтажа и обслу­живания.

Недостатки двухтрубного тепло­обменника — громоздкость, высокая стоимость вследствие большого рас­хода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене, сложность очистки кольцевого про­странства.

Расчетная часть.

1. Тепловая схема и основные параметры.

Принимаем индекс «1» для горячего теплоносителя (насыщенного водяного пара), индекс «2» для холодного теплоносителя (рассола).

Температура конденсации пара при р = 3 атм. равна 132,9°С.

Тепловая схема процесса:

132,9 132,9

10 80

∆t_м=52,9°С ∆t_б=122,9°С

Средняя разность температур при противотоке теплоносителей:

∆t_ср=(∆t_б - ∆t_м)/[2,3·lg(∆t_б /∆t_м)]=(122,9-52,9)/[2,3·lg(122,9/52,9)]=83 К.

Средняя температура рассола:

t₂=t₁-∆t_ср =132,9-83=49,9=50 °С.

Расход рассола:

G₂=8000/3600=2,22 кг/с;

V₂=G₂ /ρ₂=2,22/1159,5=1,9*10^-3 м³/с.

где ρ₂=1159,5кг/м³ –плотность рассола при t = 50^оС. (табл. ХХХIХ, стр.537, 1).

Расход теплоты на нагрев рассола:

Q= G₂·с₂·(t_2к –t_2н)=2,22·3414,85·(80-10)=530668 Вт.

где С­₂=3414.85 Дж/кг*К - средняя удельная теплоемкость рассола NaСl 25 %-го

при t=50 С (рис.XI, стр. 562, [1] )

Расход водяного пара без учета потерь:

G₁=Q/r₁=530668/2171·10³=0,24 кг/с;

Где r=2171·10³ Дж/кг – удельная теплота конденсации водяного пара (табл.LVII, стр. 549, 6).

V₁=G₁ /ρ₁=0,24/1,618=0,15 м³/с.

Максимальная расчетная поверхность теплообмена:

F_max=Q/[K_min·∆t_ср]= 530668/(800·83)=7,99=8 м²,

где K_min – коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к воде при вынужденном движении сред, Вт/м²·К.

Для расчета выбираем кожухотрубчатый теплообменник (ГОСТ 15120-79) с трубами 25х2 мм и теплообменник типа «труба в трубе» (ГОСТ 9930-78), изготовленный из труб 89х4 мм (наружная труба) и 57х3,5 мм (внутренняя труба).