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.