А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Протиточні теплообмінники

Протиточні теплообмінники найбільш ефективні, оскільки забезпечують найкраще використання располагаемой різниці температур, в них також може бути досягнуто найбільша зміна температури кожного теплоносія.

Протиточні теплообмінники, звані труба в трубі, складаються з труб, вставлених один в одного. Один з подуктів тече по внутрішній трубі, а інший - в кільцевому просторі між трубами в напрямку, протилежному першому.

Схеми регулювання теплообмінників. Регулювання протиточних теплообмінників може проводитися шляхом зміни витрати одного з теплоносіїв, що призводить одночасно до зміни загального коефіцієнта теплопередачі і температурного напору. Для того щоб з'ясувати можливість підтримки температури в заданому діапазоні і встановити залежність коефіцієнта посилення від зміни витрати, слід розрахувати статичні характеристики.

більш ефективні протиточні теплообмінники з поперечним обтіканням трубок, вперше використані Гемпсоном в зріджувач повітря і в даний час застосовуються головним чином в установках рідкого кисню. У такому теплообміннику на оправлення рядами навито трубки високого тиску, причому напрямок навивки змінюється від ряду до ряду. Навивка поміщається в кожух циліндричної форми. У вхідному і вихідному колекторах трубки з'єднані паралельно.

При використанні протиточних теплообмінників виникають труднощі, пов'язані з очищенням газу. Невеликі кількості домішок в газі (наприклад, пари води і вуглекислоти) вимерзають на поверхнях теплообміну і призводять до забиванні теплообмінника. Забиванні сприяє та обставина, що для інтенсивної теплопередачі в теплообмінниках доводиться допускати невеликі перетину проходу. Для запобігання забивання пред'являються спеціальні вимоги до чистоти газу і якості компресорного масла. При занадто високому ступені стиснення в маслі можливо розкладання вуглеводнів і подальше потрапляння їх в потік газу.

Як приклади розглянемо динаміку водо-водяних і по-дородно-водяних протиточних теплообмінників, в яких перехідний процес обумовлений одиничним стрибком температури вхідного первинного теплоносія.

На газових промислах застосовують в основному односекційні протиточні теплообмінники типу труба в трубі. По внутрішній трубі рухається гарячий газ зі свердловин, а по міжтрубному простору - холодний газ з низькотемпературного сепаратора.

Наведені співвідношення застосовні і до розрахунку протиточних теплообмінників.

Будемо виходити з припущення, що використовуються трубчасті протиточні теплообмінники.

Триходовий перекрестноточний теплообмінник. На рис. 3 - 9 дана фотографія невеликих протиточних теплообмінників; лівий призначений для двох теплоносіїв, а два праві - для трьох. Такі теплообмінники застосовуються в повітророздільних установках малої і середньої продуктивності. У великих установках об'єднується ряд однотипних теплообмінників, які можуть включатися як паралельно, так і послідовно. На рис. 3 - 10 показаний блок теплообмінників установки технологічного кисню.

F - поправочний коефіцієнт, що дорівнює одиниці для протиточних теплообмінників в ідеальних умовах.

Схематичне зображення нестаціонарного процесу теплопередачі в рекуперативному (а і регенеративної (б протиточних теплообменниках.

На рис. 3 - 1 схематично показані обидва типи протиточних теплообмінників: рекуперативний з безпосередньою теплопередачей і обертається регенеративний.

Схема противоточного теплообмінника для двох потоків з симетричними системами каналів. | Схема противоточного теплообмінника для чотирьох потоків. на рис. 3 - 5 і 3 - 6 показані протиточні теплообмінники, призначені для двох потоків, введення яких здійснюється різному; теплообмінник на рис. 3 - 6 має дві абсолютно симетричні системи каналів, що дозволяють зручно здійснювати перемикання потоків.

У перших установках типу Л-35-5 і Л-35-11 /300 застосовувалися одноходові протиточні теплообмінники з сальниковими ущільненнями, але експлуатація показала, що азбестова набивка, яка використовується для ущільнення, не забезпечує необхідної герметичності і відповідно тривалої експлуатації. Надалі від апаратів з сальникової набиванням відмовилися, замінивши їх більш прогресивними теплообменньші апаратами з сильфон-ним ущільненням.

Аналогічні міркування показують, що цей висновок справедливий і для протиточних теплообмінників.

Таким же методом неважко отримати наближені формули для теплового розрахунку протиточних теплообмінників.

Значення параметра е. Аналогічно нагоди прямоточних теплообмінників може бути обгрунтована методика теплового розрахунку для протиточних теплообмінників. 
На рис. 4.8 показана ступінь відповідності умов нерівномірного розподілу температури поверхні теплообміну групи протиточних теплообмінників нагоди рівномірного розподілу температури для деякого інтервалу значень відносини падіння температури гарячого теплоносія до різниці температур двох теплоносіїв на вході А вх. Верхня пряма лінія відповідає нульовому падіння температури гарячого теплоносія, як це випливає з попереднього аналізу. решта лінії непрямолінійно. Для них побудовані прямі пунктирні лінії, щоб показати, що кривизна мала і що прямі лінії можуть служити хорошою аппроксимацией дійсних кривих, особливо якщо падіння температури гарячого теплоносія мало в порівнянні з різницею температур на вході.

На рис. 4.8 показана ступінь відповідності умов нерівномірного розподілу температури поверхні теплообміну групи протиточних теплообмінників нагоди рівномірного розподілу температури для деякого інтервалу значень відносини падіння температури гарячого теплоносія до різниці температур двох теплоносіїв на вході Д /вх. Верхня пряма лінія відповідає нульовому падіння температури гарячого теплоносія, як це випливає з попереднього аналізу. Решта лінії непрямолінійно. Для них побудовані прямі пунктирні лінії, щоб показати, що кривизна мала і що прямі лінії можуть служити хорошою аппроксимацией дійсних кривих, особливо якщо падіння температури гарячого теплоносія мало в порівнянні з різницею температур на вході.

Принципова схема бреши-ОСТАТ безперервної відкачки парів 3Не. 1 - азотна ванна, 3 - мідний екран, 3 - гелієва ванна, 4 - вакуумна камора, 3 - одноградусная іамера (камера безперервної відкачки 4Не, 6 - камера відкачування 5не, 7 - дроселі на лініях повернення Хіба ж то й Нє, - екрани теплового випромінювання . | Принципова схема криостатов розчинення 3Не в Нс. а - з циркуляцією Чи не. б - з Чи не (посудину Диоара н гелиевая ванна не показані. 1 - одноградусная камера, 2 - вакуумна камера, 3 - камера розчинення, 4 - камера випаровування, 5 - надплинний фільтр, в - безперервний теплообмінник, 7 - ступінчасті теплообмінники, - камера розшарування Ані і Але, 9 - камера отначкі Нє, Р - розчин Не в 4Не, К - концентрований 3Нс. Макс, охолодження 3Не, що надходить в камеру розчинення, досягається за допомогою протиточних теплообмінників.

Порівняно недавно розвиток техніки низьких температур призвело до появи теплообмінних апаратів, що поєднують якості протиточних теплообмінників і регенераторів. Їх відмінність від регенераторів полягає в тому, що прямий і зворотний потоки газу проходять через апарат одночасно, кожен через свою секцію. Вміщені в прямому потоці домішки осідають на поверхні каналу і потім несуться зворотним потоком, що проходить через цей канал після перемикання потоків, подібно до того, як це відбувається в регенераторах.

Порівняно недавно розвиток техніки низьких температур призвело до появи теплообмінних апаратів, що поєднують якості протиточних теплообмінників і регенераторів. Їх відмінність від регенераторів полягає в тому, що прямий і зворотний потоки газу проходять через апарат одночасно, кожен через свою секцію. Вміщені в прямому потоці домішки осідають на поверхні каналу і потім несуться зворотним потоком, що проходить через цей капав після перемикання потоків, подібно до того, як це відбувається в регенераторах.

У ГИАП розроблений стандартний програмний модуль ПТВТОК, в основу якого покладена наведена вище методика розрахунку протиточних теплообмінників.

Остання обставина ілюструється схемою на рис. 11.2. Заштрихованная між двома кривими область відповідає невизначеності теорії для протиточних теплообмінників з рівними водяними еквівалентами. Для теплообмінників з помірною ефективністю (випадок А) невизначеність теорії не перевищує декількох відсотків і покривається зазвичай приймаються коефіцієнтом запасу.

Успішна робота перших зріджувач повітря Лінде[116]і Хемпсо-на[118], Заснованих на методі дроселювання, обумовлювалася застосуванням протиточних теплообмінників, які, як вказував ще раніше Сіменс[119], Грають роль акумуляторів холоду під час пускового періоду. На використанні протиточних теплообмінників засновані і схеми Клода[24]із застосуванням адіабатичного розширення. У сучасних воз-духо-ожіжітельних і повітро-розділових установках нізксго тиску замість протиточних теплообмінників частіше застосовуються (як це було запропоновано Френклем[144]) регенератори. Пропускаючи поперемінно прямий (теплий) і зворотний (холодний) повітря через два регенератора, заповнені металевою насадкою, можна не тільки передавати холод від зворотного потоку до прямого, як в протівоточном теплообміннику, але одночасно проводити і очищення вхідного потоку повітря від домішок. під час проходження через один з регенераторів прямого потоку наявні в ньому домішки (пари води і вуглекислота) осідають на металевій насадки, що має велику поверхню, і потім виносяться в атмосферу зворотним потоком, коли він проходить через той же регенератор.

Відмінності в довжині вух у трьох видів лисиць, що мешкають в різних кліматичних регіонах. Цей приклад є гарною ілюстрацією правила Аллена. А. Песець, що мешкає в Арктиці. Б. Звичайна лисиця із Західної Європи. В. Большеухая лисиця з Ботсвани. У багатьох тварин надлишкової віддачі тепла через виступаючі частини тіла перешкоджає розподіл в них кровоносних судин за принципом протиточних теплообмінників. Артерії, що несуть кров у ці виступаючі частини, оточені венами, по яких кров тече назад до тіла. В результаті тепліша артеріальна кров віддає частину свого тепла венозної, і холодна венозна кров, відтікає від виступаючих частин, нагрівається від теплої артеріальної крові, притекающей до них. Оскільки в виступаючі частини надходить вже охолоджена кров, тепловіддача значно зменшується.

Успішна робота перших зріджувач повітря Лінде[НО ]і Хемпсо-на[118], Заснованих на методі дроселювання, обумовлювалася застосуванням протиточних теплообмінників, які, як вказував ще раніше Сіменс[119], Грають роль акумуляторів холоду під час пускового періоду. На використанні протиточних теплообмінників засновані і схеми Клода [24]із застосуванням адіабатичного розширення. У сучасних воз-духо-ожіжітельних і повітро-разделітсльних установках низького тиску замість протиточних теплообмінників частіше застосовуються (як це було запропоновано Френклем[144]) Регенератори. Пропускаючи поперемінно прямий (теплий) і зворотний (холодний) повітря чорний дна регенератора, наповнені металевої насадкою, можна не тільки передавати холод від зворотного потоку до прямого, як в протівоточном теплообміннику, по одночасно проводити і очищення вхідного потоку повітря від домішок. Під час проходження через один з регенераторів прямого потоку наявні в ньому домішки (пари води і вуглекислота) осідають на металевій насадки, що має велику поверхню, і потім виносяться в атмосферу зворотним потоком, коли він проходить через той же регенератор.

Читачі, знайомі з теплообмінниками, ймовірно, помітять схожість тільки що вирішених рівнянь з тими, які використовуються при розрахунках прямоточних і протиточних теплообмінників. Ці читачі МОЖУТЬ правильно припустити застосовність добре відомих розрахунків теплообмінників з перехресним струмом до аналогічною схемою массооб-ною установки.

Значення параметра е. Перехід до безрозмірного параметру 6 завжди меншому, одиниці, і до відповідних значень безрозмірних параметрів до і зі є у протиточних теплообмінників ще більш виправданим, ніж у прямоточних, так як дозволяє не тільки спростити складання таблиць значень цих параметрів, а й відмовитися від застосування різних формул для першого і другого режимів.

У тих випадках, коли необхідно отримати малі температурні напори на теплому кінці апарату (низькотемпературні установки) використовуються, як правило, протиточні теплообмінники.

З рис. IV.4 видно, що синтез аміаку в колоні з киплять шарами каталізатора протікає поблизу оптимальних температур, що досягаються за рахунок ступенчатости процесу і введення протиточних теплообмінників в шари каталізатора.

Визначивши коефіцієнт теплообміну /по (19), можна знайти середні за період температури газових середовищ на виході з насадки, користуючись широко відомими формулами для протиточних теплообмінників.

Ця обставина, поряд з можливістю підігріву в протиточних теплообменниках нагрівається середовища до температур вищих, ніж гріючого середовища на виході з теплообмінника, обумовлює повсюдне поширення протиточних теплообмінників в теплоподго-товітел'них установках. Включення в цих установках теплообмінників за схемою прямотока зустрічається тільки в окремих випадках, коли не можна допустити перегріву нагрівається середовища.

За графіком (рис. 1 - 7) видно, що газові прямоточні теплообмінники газотурбінних установок, для яких Сгаз-Свозд, при N0 7 мають значно меншу ефективність, ніж протиточні теплообмінники.

За способом Гіно10 як азеотропного агента застосовується етилацетат, який захоплює оцтову кислоту і смолу, відокремлюючи їх від інших компонентів. Застосування протиточних теплообмінників сильно скорочує витрату тепла, необхідного для випаровування. Со - споруда подібних установок пов'язано з витратами на мідну апаратуру, але вони досить прості в обслуговуванні.

Успішна робота перших зріджувач повітря Лінде[116]і Хемпсо-на[118], Заснованих на методі дроселювання, обумовлювалася застосуванням протиточних теплообмінників, які, як вказував ще раніше Сіменс[119], Грають роль акумуляторів холоду під час пускового періоду. На використанні протиточних теплообмінників засновані і схеми Клода[24]із застосуванням адіабатичного розширення. У сучасних воз-духо-ожіжітельних і повітро-розділових установках нізксго тиску замість протиточних теплообмінників частіше застосовуються (як це було запропоновано Френклем[144]) Регенератори. пропускаючи поперемінно прямий (теплий) і зворотний (холодний) повітря через два регенератора, заповнені металевою насадкою, можна не тільки передавати холод від зворотного потоку до прямого, як в протівоточном теплообміннику, але одночасно проводити і очищення вхідного потоку повітря від домішок. Під час проходження через один з регенераторів прямого потоку наявні в ньому домішки (пари води і вуглекислота) осідають на металевій насадки, що має велику поверхню, і потім виносяться в атмосферу зворотним потоком, коли він проходить через той же регенератор.

Успішна робота перших зріджувач повітря Лінде[НО ]і Хемпсо-на[118], Заснованих на методі дроселювання, обумовлювалася застосуванням протиточних теплообмінників, які, як вказував ще раніше Сіменс[119], Грають роль акумуляторів холоду під час пускового періоду. На використанні протиточних теплообмінників засновані і схеми Клода[24]із застосуванням адіабатичного розширення. В сучасних воз-духо-ожіжітельних і повітро-разделітсльних установках низького тиску замість протиточних теплообмінників частіше застосовуються (як це було запропоновано Френклем[144]) регенератори. Пропускаючи поперемінно прямий (теплий) і зворотний (холодний) повітря чорний дна регенератора, наповнені металевої насадкою, можна не тільки передавати холод від зворотного потоку до прямого, як в протівоточном теплообміннику, по одночасно проводити і очищення вхідного потоку повітря від домішок. Під час проходження через один з регенераторів прямого потоку наявні в ньому домішки (пари води і вуглекислота) осідають на металевій насадки, що має велику поверхню, і потім виносяться в атмосферу зворотним потоком, коли він проходить через той же регенератор.

Для отримання дуже низьких температур (зрідження повітря, метану) за допомогою дроселювання застосовують так званий принцип регенерації - використання зниження температури при дроселюванні для подальшого охолодження нової порції газу. Для цих цілей застосовують протиточні теплообмінники, в яких охолоджені гази після дроселювання знижують температуру нових порцій стисненого газу, і при наступному дроселюванні відбувається подальше зниження температури газу. Процес триває до зрідження газу. Теплообмінник в процесі зрідження газу має дуже велике значення. Від його конструкції залежить робота всієї газороздільних установки.

Показані три ступені стиснення і охолодження при температурі навколишнього середовища. Газ високого і низького тисків проходить через протиточні теплообмінники і відводиться в двох точках циклу для розширення в двох турбінах. Після цього газ проходить через дросель, в результаті чого виходить скраплений гелій, який використовується для відводу тепла від кріостатіруемого об'єкта.

Температурне t і швидкісне w поля при природної конвекції повітря у вертикальній пластини. Для ламінарного течії газів в трубах в роботі [2-36]здійснений розрахунок коефіцієнта тепловіддачі з використанням профілю швидкостей потоку. Деякі результати цієї роботи можуть бути використані при проектуванні протиточних теплообмінників, випарників, конденсаторів і охолоджуваних приладових шасі з рівномірною тепловим навантаженням.

На практиці застосовуються теплообмінники найрізноманітніших конструкцій. Крім розглянутих вище, до основних типів рекупераційних теплообмінників відносяться також прямоточні і протиточні теплообмінники.

Знаючи характер руху потоку, ставлення водяних еквівалентів і число одиниць перенесення тепла, по одному із зазначених вище графіків знаходять значення ефективності теплообмінника. Як видно з графіків, найбільш високі значення ефективності теплообмінників характерні для протиточних теплообмінників. Найбільша відмінність в ефективності теплообмінників різних типів виходить при відношенні водяних еквівалентів, що дорівнює одиниці.

На рис. 112 представлено розподіл температур по висоті промислової колони з киплять шарами каталізатора: крива 1 відповідає розрахунковому розподілу температури по верствам каталізатора і в міжтрубному просторі теплообмінника для оптимальних умов роботи насадки, крива 2 характеризує дійсне розподіл температури по висоті працює насадки при тих же умовах, крива 3 - розрахунковий розподіл температури в охолоджуючихпристроях катализаторной коюрбкі і в міжтрубному просторі теплообмінника. З рис. 112 видно, що синтез аміаку в колоні з киплять шарами каталізатора протікає поблизу оптимальних температур, що досягаються за рахунок ступенчатости процесу синтезу аміаку і введення протиточних теплообмінників в шари каталізатора.

Аналіз динамічних характеристик Дистиляційна-них колон значно ускладнюється, по-перше, наявністю противотока парів і рідини, в результаті чого має місце особливий тип взаємодії складів між окремими ступенями поділу, і, по-друге, нелінійним характером умов рівноваги фаз, що призводить до зміни коефіцієнта посилення об'єкта від щабля до щабля. При аналітичному визначенні характеристик дистиляційних колон не можуть бути використані рівняння, виведені раніше для послідовно включених теплових ємностей або для недетектірующіх пневматичних ланок; однак залежності, отримані для протиточних теплообмінників, можуть виявитися корисними. При вивченні динаміки колон поряд з інерційністю процесу зміни складу необхідно також враховувати інерційність, обумовлену рухом в колоні потоків парів і рідини, причому останні мають вплив на роботу системи регулювання.

За допомогою безрозмірних параметрів х і - ф вираження для середньої різниці температур в теплообміннику можуть бути перетворені в залежності між цими параметрами. При цьому виявляється, що ці залежності є ідентичними для всіх розглянутих вище типів теплообмінників, а саме: для теплообмінників з постійною температурою гріючого середовища (зокрема, для пароводяних підігрівачів), для прямоточних і, нарешті, для протиточних теплообмінників.

Успішна робота перших зріджувач повітря Лінде[116]і Хемпсо-на[118], Заснованих на методі дроселювання, обумовлювалася застосуванням протиточних теплообмінників, які, як вказував ще раніше Сіменс[119], Грають роль акумуляторів холоду під час пускового періоду. На використанні протиточних теплообмінників засновані і схеми Клода[24]із застосуванням адіабатичного розширення. У сучасних воз-духо-ожіжітельних і повітро-розділових установках нізксго тиску замість протиточних теплообмінників частіше застосовуються (як це було запропоновано Френклем[144]) Регенератори. Пропускаючи поперемінно прямий (теплий) і зворотний (холодний) повітря через два регенератора, заповнені металевою насадкою, можна не тільки передавати холод від зворотного потоку до прямого, як в протівоточном теплообміннику, але одночасно проводити і очищення вхідного потоку повітря від домішок. Під час проходження через один з регенераторів прямого потоку наявні в ньому домішки (пари води і вуглекислота) осідають на металевій насадки, що має велику поверхню, і потім виносяться в атмосферу зворотним потоком, коли він проходить через той же регенератор.

Успішна робота перших зріджувач повітря Лінде[НО ]і Хемпсо-на[118], Заснованих на методі дроселювання, обумовлювалася застосуванням протиточних теплообмінників, які, як вказував ще раніше Сіменс[119], Грають роль акумуляторів холоду під час пускового періоду. На використанні протиточних теплообмінників засновані і схеми Клода[24]із застосуванням адіабатичного розширення. У сучасних воз-духо-ожіжітельних і повітро-разделітсльних установках низького тиску замість протиточних теплообмінників частіше застосовуються (як це було запропоновано Френклем[144]) Регенератори. Пропускаючи поперемінно прямий (теплий) і зворотний (холодний) повітря чорний дна регенератора, наповнені металевої насадкою, можна не тільки передавати холод від зворотного потоку до прямого, як в протівоточном теплообміннику, по одночасно проводити і очищення вхідного потоку повітря від домішок. Під час проходження через один з регенераторів прямого потоку наявні в ньому домішки (пари води і вуглекислота) осідають на металевій насадки, що має велику поверхню, і потім виносяться в атмосферу зворотним потоком, коли він проходить через той же регенератор.

Формули (496) і (497) дозволяють порівняти проти-воточную схему з прямоточною схемою руху теплоносіїв. При однакових температурах теплоносіїв на вході і виході в протівоточном теплообміннику температурний напір виходить вище, ніж в прямоточном. Внаслідок цього теплопередающей поверхню 6 при інших рівних умовах у протиточних теплообмінників, як це випливає з рівняння теплопередачі (494), буде менше, ніж у прямоточних.

Колону завантажують сферичним каталізатором із середнім розміром зерен 1 5 мм. Висока щільність газу при 30 МПа і наявність теплсюбменних поверхонь в реакційному обсязі дозволяють вести процес при числах псевдорідинному 1 5 і нижче, не порушуючи однорідної структури псевдозріджених шарів. Процес протікає поблизу оптимальних температур, що досягаються за рахунок ступенчатости і введення протиточних теплообмінників в шари каталізатора.