Тепломассообменные установки контактного (смешивающего) типа. Конструкции, принцип действия, режимы эксплуатации, основы теплогидравлического расчёта
В тепломассообменном аппарате контактного (смесительного) типа процессы тепломассообмена протекают при непосредственном соприкосновении двух и более теплоносителей без существенного снижения качества последних (конденсация паров, мокрая очистка газов, т.д.). Тепловая производ-ть контактного аппарата определяется поверхностью соприкосновения теплоносителей. Поэтому в конструкции аппарата предусматривается разделение потока жидкости на мелкие капли, струи, плёнки или газового потока на мелкие пузырьки. Передача теплоты в них происходит не только путём кондуктивной теплопередачи, но и путём обмена массой, причём путём массопередачи возможен даже переход теплоты от холодного теплоносителя к горячему. (Например, при испарении холодной воды в горячем газе теплота испарения переносится от жидкости к газу.)
По направлению потока массы контактные теплообменники м.б. разделены на 2 группы:
1.аппарат с конденсацией пара из газовой фазы, При этом происходит осушка и охлаждение газа и нагревание жидкости (конденсаторы, скрубберы).
2.аппараты с испарением жидкости в потоке газа. При этом увлажнение газа сопровождается его охлаждением и нагреванием жидкости или его нагреванием и охлаждением жидкости (градирни).
По принципу диспергирования жидкости контактные аппараты могут быть насадочные, каскадные, барботажные, полые с разбрызгивателями и струйные.
1)насадочный-жидкость подается через распред. устр-ва(желоба, плиты, брызгалки) в верхней части аппарата. Для увеличения межфазного контакта на колосниковые решетки насыпают насадку (кольца Рашига, седла Берля, шарики). Живое сечение колосниковой решетки д.б. больше живого сечения в насадке. Насадку размещают несколькими ярусами высотой 1-3 м., расстояние м/у ярусами 0,3-0,5 м., где расположены распред. тарелки.
2)каскадный – в полом, вертикальном цилиндре установлены на определённом расстоянии одна от другой (350- 500мм) плоские перфорированные полки в виде сегментов. Охлаждающая жидкость подаётся в аппарат на верхнюю полку. Основная масса жидкости вытекает через отверстия в полке тонкими струями, меньшая её часть переливается через борт на нижележащую полку. Пар для конденсации подаётся через патрубок-1 в нижней части конденсатора и движется в аппарате противотоком к охлаждающей жидкости. Жидкость вместе с конденсатом
выводится через нижний патрубок аппарата -2 и барометрическую трубу, а воздух отсасывается через верхний патрубок- 3 вакуум-насосом.
3) барботажные аппараты применяют для нагревания воды паром, выпаривания агрессивных жидкостей, содержащих шламы, взвеси. Принцип работы состоит в том, что перегретый пар или горячие газы, поступающие в погружённые барботёры, диспергируются в пузырьки, которые при всплытии отдают теплоту жидкости и одновременно насыщаются водяным паром. Чем больше пузырьков образуется в растворе, тем лучше структура барботажного слоя, и тем больше межфазная поверхность.
4)полые контактные теплообменники (с разбрызгивателями) применяются при конденсации паров, охлаждении, сушке и увлажнении газов, упаривании и сушке растворов, нагревании воды. Аппарат представляет собой полый цилиндр. В нижней части расположена топочная камера, в верхней-форсунки для разбрызгивания воды. Для уменьшения капельного уноса могут устанавливаться кольца Рашига.
5
)струйный
(эжекторный) аппарат
применяется редко и только при конденсации
паров. Достоинство - компактность по
сравнению с другими смешивающими. Для
их работы не обязательны откачивающие
воду и воздушный насосы, т.к. на выходе
из диффузора давление смеси несколько
выше атмосферного. Вместе с тем в
конденсаторе несколько повышен расход
охлаждающей воды, т.к. получающаяся
температура смеси обычно значительно
ниже температуры насыщения при давлении
в конденсаторе: недогрев воды составляет
8- 11 0С.
а)-насадочная колонна, б)-каскадный полочный газоохладитель, в)-газовый контактный водонагреватель с форсунками, г)-струйный конденсатор.
1-контактная камера; 2-устройство для увеличения поверхности контакта фаз (2-I -насадка; 2-II - сегментные полки; 2-III - форсунки; 2-IV - сопла); 3-вход газа (пара); 4 –вход жидкости; 5 - отсос неконденсирующихся газов; 6 - выход жидкости; 7-распределительное устройство; 8 – расппред. тарелка; 9-опорная колошниковая решетка; 10 - надтопочный диск; 11 – каплеуловитель; 12 - распределительные конусы; 13-диффузор; 14-топка.
Теплогидравл-ий расчет. Тепловой расчет: определение объема насадки, высоты и диаметра аппаратов. Гидравлич. расчет: определение оптимальной скорости газов(соответствует началу уноса капель жидкости-«захлебывание); условий равномерного орошения; мощности, необходимой для продувания газа. Используются тепловой и массовый балансы теплообменника.
№30