Реферат по Оросительным теплообменникам. Реферат. пахт. Рахимова Эмилия. Теория и интенсификация теплообменных процессов. Оросительные теплообменные аппараты
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Технологический факультет Кафедра «Нефтехимии и химической технологии» РЕФЕРАТ по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии» на тему: «Теория и интенсификация теплообменных процессов. Оросительные теплообменные аппараты» Выполнила: студентка гр. БТСи-20-01 Э.А.Рахимова Проверил: Доцент кафедры НХТ, канд. тех. наук И.Ф. Удовенко  Уфа 2022СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ Среди многообразных типов теплообменной аппаратуры определенное место занимают оросительные теплообменники. Их распространению способствует упрощенная конструкция, удобство изготовления и эксплуатации. Оросительными называются такие теплообменные аппараты, у которых тепло от рабочей среды передается через стенку орошающей ее жидкости, стекающей по наружной поверхности труб в виде тонкой пленки. Классификация таких теплообменников может быть произведена по способу передачи тепла, по компоновке и условиям движения орошающей жидкости. По способу передачи тепла эти теплообменники делятся на собственно оросительные, у которых тепло отводится за счет нагрева орошающей (охлаждающей) жидкости, и испарительные, где процесс осуществляется благодаря испарению этой жидкости. Теплообменники, в которых тепло отводится за счет нагрева орошающей жидкости и частично за счет ее испарения, называются оросительно-испарительными. По компоновке теплообменники разделяются на горизонтальные и вертикальные, отличающиеся кроме конструктивного оформления также и условиями движения орошающей жидкости. ПРИМЕНЕНИЕ В качестве типовой аппаратуры такие теплообменники широко применяются в химической промышленности для охлаждения серной кислоты и газов, в холодильной — в виде конденсаторов для конденсации хладагентов, в пивоваренной — как холодильников для охлаждения сусла, в молочной — для охлаждения молочных продуктов, в спиртовой — для охлаждения браги. Оросительные теплообменники применяются также при комфортном и промышленном кондиционировании воздуха в виде промывных аппаратов с мокрыми поверхностями для охлаждения, увлажнения и осушки воздуха. Применение оросительных теплообменников для охлаждения серной кислоты позволило наряду с улучшением тепловых характеристик этого аппарата обеспечить герметичность и полностью предотвратить выделение окислов азота и кислых паров в рабочее помещение, что представляло значительные трудности при эксплуатации холодильных отделений башенных цехов, оборудованных погружными холодильниками. Из всех оросительных теплообменников наиболее широкое применение получили горизонтальные, отличающиеся благоприятными условиями орошения. Горизонтальные оросительные теплообменники могут иметь различные профили сечения труб, способы их соединения и геометрические характеристики. Ниже рассмотрены конструктивные особенности оросительных теплообменников, применяемых на ряде производств. ПРИНЦИП РАБОТЫ Оросительный теплообменник представляет собой змеевик (рис. 1), по которому протекает охлаждаемый теплоноситель. Трубы соединяют сваркой или на фланцах при помощи «калачей». Для распределения орошающей воды над верхней трубой устанавливается оросительное устройство - ороситель в виде желобов с зубчатыми стенками или труб с отверстиями, расположенными сверху или снизу. Оросители располагают иногда и между трубами (при большом расстоянии между ними) для направления движения жидкости. Снаружи трубы орошаются водой, которую подают в распределитель - желоб 3. Вода, последовательно перетекая по наружным поверхностям труб змеевика, частично испаряется. Неиспарившаяся вода поступает в поддон 4. За счет испарения части воды процесс теплообмена идет интенсивнее, а расход воды на охлаждение в оросительных теплообменниках ниже, чем в холодильниках других типов. Однако при этом происходит необратимая потеря испарившейся воды, а также увлажнение окружающего воздуха. Поэтому оросительные теплообменники чаще устанавливают на открытом воздухе, а при установке в помещениях снабжают кожухом и подключают к системе вытяжной вентиляции.  Рис. 1 - Оросительный холодильник: 1 – трубы; 2 – соединительные колена (калачи); 3 – желоб для распределения охлаждающей воды; 4 – поддон для сбора воды ОРОСИТЕЛЬНЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ Существует тенденция к замене оросительными теплообменниками некоторых типов теплообменных аппаратов. Примером может служить замена оросительными теплообменниками погружных змеевиковых холодильников при производстве серной кислоты башенным способом. Как известно, в погружных теплообменниках охлаждающая вода проходит внутри, а серная кислота — снаружи труб. Малая скорость, неорганизованная циркуляция кислоты и образование осадков на змеевиках приводят к низким коэффициентам теплопередачи и снижению температурного напора между теплоносителями. Исследования показали весьма ограниченные возможности в области интенсификации работы погружных змеевиков за счет увеличения скорости кислоты (в пределах применяемых в настоящее время скоростей), а проведенные им сравнения современных теплообменных аппаратов химической промышленности привели к выводу о целесообразности использования в этом случае оросительных теплообменников. В оросительных холодильниках средняя величина коэффициента теплопередачи сохраняется постоянной в процессе продолжительной заводской эксплуатации и составляет 400—500 ккал/м2-ч-град. В обычных погружных холодильниках коэффициент теплопередачи равен примерно 250 ккал/м2-ч-град лишь первое время после включения холодильника с чистыми змеевиками, а затем вследствие отложения загрязнений на внешней поверхности труб змеевиков постепенно понижается. Из всех оросительных теплообменников наиболее широкое применение получили горизонтальные, отличающиеся благоприятными условиями орошения. Горизонтальные оросительные теплообменники могут иметь различные профили сечения труб, способы их соединения и геометрические характеристики. Ниже рассмотрены конструктивные особенности оросительных теплообменников, применяемых на ряде производств. Охлаждение серной кислоты производится обычно в горизонтальных холодильниках, собранных из труб на фланцевых соединениях. В теплообменнике, показанном на рис. 2, общая поверхность охлаждения составляет 1412 м2. Внутри труб протекает серная кислота, снаружи — охлаждающая вода. Орошение производится через трубы диаметром 100 мм с продольной щелью шириной 5 мм. Равномерность истечения регулируется затяжкой хомутов, установленных на этих трубах.  Рис. 2 – Оросительный теплообменник для охлаждения серной кислоты Минимальное расстояние между трубами по вертикали (для труб диаметром 100 мм оно составляет 210 мм) определяется диаметром фланцев. Обычно оно принимается большим для придания «калачам» конструктивных размеров (300 мм), что увеличивает высоту холодильника. Однако, несмотря на большое расстояние между трубами, радиус «калача» получается небольшим (R =1,5 d для труб диаметром 100 мм), что приводит к увеличению сопротивления холодильника и усиленному износу «калачей». Кроме того, большое количество фланцевых соединений создает очаги возможных аварий из-за пробивания прокладок. Наличие капельниц, необходимых для устранения разбрызгивания воды при перетекании ее между расположенными на значительном расстоянии друг от друга трубами, усложняет конструктивно холодильника и увеличивает его вес. Для охлаждения серной кислоты применяется также холодильник, имеющий изогнутые трубы без каких-либо соединений на поворотах. Конструкция такого холодильника общей поверхностью 1380 м2 показана на рис. 3. Этот холодильник имеет меньшее гидравлическое сопротивление (со стороны кислоты), чем вышерассмотренный, но недостатком его конструкции является трудность очистки внутренней поверхности труб. Следует считать недостаточно обоснованным и большое число рядов труб по глубине пучка, так как последние ряды работают неинтенсивно.  Рис. 3 – Оросительный холодильник с изогнутыми трубами для охлаждения серной кислоты На рис. 4 показана конструкция холодильника, в котором концы труб заделаны в вертикальные трубные решетки. Орошающая вода подается в верхний коллектор и затем в расположенные над пучком холодильника горизонтальные трубы. Из этих труб вода выбрасывается фонтанчиками вверх через круглые отверстия. Трубные решетки сверлятся на станке пакетами, что позволяет разместить все трубы геометрически правильно в вертикальной и горизонтальной плоскостях и достичь равномерного распределения воды по поверхности охлаждения. Возможность выбора малых шагов позволяет получить компактный теплообменник. Недостатками такого холодильника являются относительная трудность очистки наружной поверхности труб и получения высоких значений скорости движения кислоты.  Рис. 4 – Оросительный холодильник с коллекторным соединением труб для охлаждения серной кислоты Для равномерного распределения орошающей жидкости применяются оросители. Они выполняются в виде труб или желобов. В оросителях трубчатого типа жидкость может вытекать многочисленными струями через отверстия, расположенные либо на верхней, либо на нижней образующей трубы. В этом случае отверстия рекомендуется делать диаметром 1-2 мм и располагать их на расстоянии 20-25 мм друг от друга. Для лучшей организации стекания жидкости на охлаждаемую поверхность в трубах-оросителях с верхними отверстиями по нижней образующей часто привариваются плавники. Трубчатый вариант оросителя может быть выполнен также с узкими продольными щелями в нижней части трубы. Расход охлаждающей жидкости в этом случае регулируется изменением размера щели, осуществляемым при помощи стяжки разрезанной трубы хомутами. К сожалению, при таком регулировании сечение щели изменяется неодинаково по длине трубы, в результате чего нарушается равномерность истечения жидкости из щели.  Рис. 5 – Различные виды оросителей: а - двухсторонний желоб для небольших расходов воды; б - двухсторонний желоб для больших расходов воды; в - односторонний желоб для небольших расходов воды; г - двухсторонний желоб прямоугольного сечения; д - двухсторонний желоб треугольного сечения; е - двухсторонний желоб трубчатый с плавником; ж - двухсторонний желоб прямоугольного сечения с плавником. Желобковые оросители изготовляются с патрубками или с прорезями на верхних кромках желоба, через которые жидкость стекает, переливом. Желоба изготовляются круглого, треугольного и прямоугольного сечения с одно- или двухсторонним переливом; для направления потока жидкости здесь также часто приваривают плавники. Конструкции оросителей показаны на рис. 5. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ К достоинствам оросительных теплообменников относятся простота изготовления и низкая стоимость, лёгкость чистки наружных стенок труб, интенсификация теплообмена за счет частичного испарения воды, меньший расход охлаждающей воды. Недостатками оросительных теплообменников являются безвозвратная потеря испарившейся воды и увлажнение воздуха, громоздкость оросительных теплообменников (особенно снабженных кожухами для работы внутри помещений, неравномерность смачивания труб (нижние ряды могут слабо смачиваться и практически не участвовать в теплообмене). ЗАКЛЮЧЕНИЕ Экспериментальное изучение различных способов орошения показало, что конструкция трубы-оросителя с расположенными вверху отверстиями и приваренным внизу плавником является наилучшей с точки зрения равномерности истечения охлаждающей жидкости. Из приведенного обзора существующих конструкций горизонтальных оросительных теплообменников следует, что к выбору рационального теплообменника в каждом случае следует подходить индивидуально. Однако наиболее целесообразной является конструкция теплообменника с коллекторным соединением труб. При этом трубы можно располагать с малым шагом, что улучшает объемные показатели теплообменника и, как показали проведенные исследования, его теплотехнические свойства. Последнее объясняется и равномерным орошением поверхности, и возможностью повышать скорости продукта (например, молока), движущегося внутри трубы. Такая конструкция технологична и удобна в эксплуатации с точки зрения очистки внутренних поверхностей теплообменника. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ https://www.muctr.ru/upload/iblock/96d/Lektsiya16.pdf?ysclid=lazco7jstb605118120; https://pandia.ru/421884/. |