Вибір типу апарата та обґрунтування його конструкції

В загальному випуску теплообмінних апаратів для хімічної та суміжних галузей промисловості в Україні біля 80 % займають кожухотрубні теплообмінники. Ці апарати достатньо прості у виготовлені та надійні в експлуатації і одночасно достатньо універсальні, тобто можуть бути використані для здійснення теплообміну між газами, парами, рідинами в будь-якому поєднані теплоносіїв та в широкому діапазоні їх тисків і температур. Обраний кожухотрубний теплообмінник тому, що він відповідає технологічним умовам і більшості вимог, які ставляться перед теплообмінниками:

- він є поверхневим, тобто не допускається змішування теплоносіїв;

-він має досить великий коефіцієнт теплопередачі,що дозволяє зменшити габаритні розміри апарата;

- він має просту конструкцію та простий у виготовленні;

-легкість очистки трубного простору;

-невелика

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

металоємність;

- мала собівартість виготовлення;

- простота експлуатації.

1 – корпус; 2 – трубні решітки; 3 – труби; 4 – кришки.

Рисунок 2.1 – Одноходовий кожухотрубний теплообмінник.

 

В кожухотрубному теплообміннику один з теплоносіїв I рухається всередині труб (в трубному просторі), а інший II – в міжтрубному просторі. Теплоносії спрямовують протилежно один одному. Теплоносій, який необхідно підігрівати, спрямовують знизу вгору, а теплоносій, який необхідно охолодити, в протилежному напрямі. Такий напрям руху кожного теплоносія співпадає з напрямом, в якому рухається даний теплоносій під дією зміни його густини при нагріванні чи охолодженні. Теплообмінник складається із корпуса 1 і приварених до нього трубних решіток 2. В трубних решітках закріплений пучок труб 3. До трубних решіток кріпляться (на прокладках чи болтах) кришки 4.

Внаслідок різниці температур теплоносіїв, що рухаються у трубному і між трубному просторі, відбувається теплообмін: температура більш нагрітого теплоносія зменшується, а температура менш нагрітого підвищується.

Кожухотрубчаті одноходові теплообмінники застосовують, коли різниця температур між трубами і кожухом менше 40­­­^оС. При більшій різниці температур труби і кожух теплообмінника подовжуються неоднаково, внаслідок цього виникають надмірні напруження в трубних решітках. Це може призвести до порушення герметичності з'єднання труб із трубними решітками і як наслідок змішування теплоносіїв. При різниці температур між трубами і кожухом теплообмінника більшою за 40^о С застосовують спеціальні пристрої для зменшення руйнівної дії нерівномірного подовження труб і кожуха теплообмінника.

До теплообмінників з такими пристроями належать: теплообмінники з плаваючою голівкою (рис. 1.2, а), теплообмінники з лінзовим компенсатором на кожуху теплообмінника (рис. 1.2,б), теплообмінники з U-подібними трубками (рис. 1.2, в).

 

 

1 – плаваюча голівка; 2 – лінзовий компенсатор; 3 – U-подібні трубки.

Рисунок 2.2 – теплообмінники з компенсуючими пристроями: а – теплообмінник з плаваючою голівкою; б – теплообмінник з лінзовим компенсатором; в – теплообмінник з U-подібними трубками.

 

Для підвищення коефіцієнту тепловіддачі застосовують багатоходові теплообмінні апарати. При цьому збільшують кількість ходів як в трубному просторі так і в міжтрубному просторі. При збільшенні кількості ходів зростає інтенсивність теплообміну, але при цьому зростає гідравлічний опір, тому зазвичай кількість ходів не перевищує 5-6. Зазвичай розбивку на ходи роблять таким чином, щоб у всіх секціях знаходилась приблизно однакова кількість труб.

1 – корпус; 2 – трубні решітки; 3 – труби; 4 – кришки; 5 – перегородки в кришках; 6 – перегородки в між трубному просторі.

Рисунок 2.3 – Чотирьохходовий кожухотрубний теплообмінник.

 

Внаслідок меншої площі сумарного поперечного перетину труб, розміщених в одній секції, порівняно з поперечним перетином всього пучка труб, швидкість рідини в трубному просторі багатоходового теплообмінника зростає (по відношенню до швидкості в одноходовому теплообміннику) в кількість разів, що дорівнює числу ходів. Розміщення поперечних перетинок в міжтрубному просторі призводить до збільшення інтенсивності теплообміну внаслідок збільшення швидкості руху теплоносія в міжтрубному просторі.

В кожухотрубних теплообмінниках один з теплоносіїв рухається в трубах, а інший в міжтрубному просторі. Існують правила, яких слід дотримуватись при тому, коли обирають де розміщувати теплоносії, в трубному чи міжтрубному просторі:

1) теплоносій, із якого виділяється осад, слід пропускати з того боку поверхні теплообміну, з якого легше проводити очищення;

2) для досягнення більшого коефіцієнта теплопередачі теплоносій з меншим коефіцієнтом тепловіддачі слід пропускати по трубах;

3) теплоносій, що виявляє корозійний вплив на апаратуру, доцільно пропускати по трубах, так як в цьому випадку застосування антикорозійного матеріалу необхідно тільки для труб, решіток та камер; кожух можна виготовити із звичайного матеріалу;

4) для зменшення витрат теплоносій з високою температурою доцільно пропускати по трубах;

5) теплоносій з високим тиском необхідно пропускати по трубах, щоб корпус не знаходився під надмірним тиском.

В даному випадку, коли є два теплоносія: насичена пара і 35% розчин NaOH, розчин лугу доцільно пропускати в трубному просторі, а насичену пару в міжтрубному просторі.