Конструкции и температурные параметры
Теплообменных аппаратов
В оборотной системе вода используется в качестве хладоагента для охлаждения жидких продуктов в теплообменных аппаратах через стенку трубы. Конструкция аппарата определяет температурные параметры теплоотдающих сред. На рис.1.1 приведены основные типы теплообменных аппаратов или холодильников.
Погружной холодильник рис. 1.1,а состоит из теплоотдающего змеевика 6 помещенного в металлический ящик 5. Охлаждаемый продукт проходит по змеевику 6 сверху вниз, а охлаждающая вода поступает по трубе 1 в придонную зону ящика 5 и поднимается вверх. Таким образом, в погружном холодильнике теплопередача протекает по противоточной схеме. Погружные холодильники имеют большую металлоемкость на 1 м2 теплоотдающей поверхности и необходимость самотечного отвода горячей воды. Поэтому в настоящее время применяются кожухотрубные холодильники.
Кожухотрубный холодильник рис 1.1,б состоит из пучка трубок 8, помещенный в цилиндрический металлический кожух 7. Охлажденная вода поступает через патрубок 1 в теплоотдающие трубки 8, а охлаждаемый продукт поступает через патрубок 3 и протекает по межтрубному пространству к выходному патрубку 4. Таким образом, обеспечивается противоточная схема теплообмена охлаждающих сред.
Противоточная схема теплообмена в кожухотрубном холодильнике может быть выполнена только в однопоточном варианте и применяется для небольших расходов теплоотдающих сред. Например, в конструкции скоростного водонагревателя горячего водоснабжения жилых домов.
На рис. 1.1,в приведена схема двухходового кожухотрубного холодильника, в котором охлаждающая вода поступает в патрубок 1 и протекает по нижней половине трубок 8, а затем по верхней половине трубок и отводится через патрубок 2. Охлажденный продукт входит через патрубок 3 в межтрубное пространство и пересекает охлаждающие трубки за счет установки поперечных перегородок 9. Таким образом, обеспечивается перекрестная схема теплообмена теплоотдающих сред.
Температура горячей воды t2, выходящая из холодильника определяется изменением температур теплоносителей по закону теплопередачи [6]. Характер изменения температур теплоносителей вдоль поверхности змеевика (пучка) определяется схемой движения теплоотдающих сред и соотношением массовых расходов охлаждаемого продукта Gпи охлаждающей воды Gв (водяных эквивалентов).
а
б
в
Рис. 1.1. Конструкции холодильников:
а – погружной холодильник; б – кожухотрубный
противоточный; в – кожухотрубный перекрестный
1,2 – патрубки входа и выхода воды; 3,4 – патрубки входа и выхода продукта; 5 – металлический ящик; 6 – трубчатый змеевик по которому протекает продукт; 7 – цилиндрический кожух; 8 – пучок трубок, по которым протекает вода; 9 – поперечные перегородки; t1, t2 – температуры соответственно охлажденной и горячей воды;Т1, Т2 – температуры соответственно горячего и охлажденного продукта;Gп, Gв – массовые расходы соответственно охлаждаемого продукта и охлаждающей воды.
На рис.1.2 приведены кривые изменения температур Т1,Т2,t1,t2в зависимости от поверхности теплообмена Fи соотношений величин Gп и Gв.
Рис.1.2.Характер изменения температур теплоносителей
при прямотоке (а) и противотоке (б)
При прямотоке для значений Gп <Gв (рис.1.2,а) температура охлажденного продукта Т2 всегда больше температуры горячей воды (Т2 >t2).
При противотоке (рис. 1.2,б), для достаточно больших значений поверхности теплообмена, можно получить равенство температур (Т2 = t2).
В кожухотрубных холодильниках имеет место многократное перекрестное движение теплоносителей и является промежуточным между прямотоком и противотоком, для которого всегда (Т2 >t2).
Температура горячей воды после холодильника (конденсатора) определяется из выражения
t2= Т2–δt, (1.1)
| где Т2 | – | температура охлажденного продукта, °С; |
| δt | – | градиент конечных температур теплоносителей в холодильнике, °С. |
Величина δtзависит от конструкции холодильника (конденсатора) и изменяется в пределах 5–8°С. Принимаем δt = 5°С.