Основы теплопереноса. Теплообменники

Основы теплопереноса. Способы передачи тепла: теплопроводность, тепловое излучение, конвекция. Нагревание. Водяной пар и другие теплоносители. Теплообменники.

Вещества или среды, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. Технологические процессы, скорость которых определяется  скоростью подвода или отвода тепла, называются тепловыми, а аппараты, в которых они протекают, теплообменными. К тепловым процессам относятся нагревание, охлаждение, конденсация, испарение (сушка, выпаривание жидкостей).

Перенос теплоты, происходящий между телами с различной температурой, называют теплообменом. Движущей силой этого процесса является разность температур, которая называется температурным напором. Причем теплота самопроизвольно переходит от более нагретого к менее нагретому телу.

Различают три принципиально различных способа распространения тепла.

Теплопроводность – способ переноса тепла вследствие беспорядочного движения микрочастиц. Механизм переноса тепла теплопроводностью зависит от агрегатного состояния тела, а в твердых телах является основным видом распространения тепла.

Конвекция – процесс переноса тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости. Различают вынужденную и принудительную конвекцию. В первом случае перемещение среды обусловлено  каким-либо внешним источником, например, насосом, во втором – разностью плотностей между холодным и нагретым участком среды.

Тепловое излучение – процесс распространения магнитных колебаний с различной длиной волн, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тела.

В реальных условиях тепло передается комбинированным способом.

Более сложный процесс передачи тепла от более нагретого к менее нагретому телу через разделяющую поверхность называют теплопередачей.

В тепловых процессах передача тепла осуществляется от одного теплоносителя к другому в большинстве случаев через разделяющую перегородку (стенку аппарата, стенку трубы и т.д.). Движущая сила процессов передачи тепла зависит от взаимного направления движения теплоносителей. Различают следующие схемы взаимного движения теплообменивающихся потоков относительно поверхности теплообмена:

– прямоток – обе среды движутся в одном направлении;
– противоток – среды движутся в противоположных направлениях;
– перекрестный ток – направление движения потоков перпендикулярное;
– смешанный ток – взаимное движение теплоносителей включает все вышеуказанные схемы движения.

Как правило, в фармацевтической технологии встречаются противоточное и прямоточное движения теплоносителей.

Аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ к  другим, называются теплообменниками.

Вещества, участвующие в передаче тепла, называются теплоносителями. В тепловой передаче принимает участие не менее двух сред, имеющих разные температуры. Среды с более высокой температурой называются горячими теплоносителями, а среды с более низкой температурой – холодными.

К числу широко применяемых промежуточных теплоносителей относятся водяной пар, горячая вода, в меньшей степени минеральные масла и некоторые специальные теплоносители (органические жидкости и их пары, расплавленные соли, жидкие металлы и их сплавы).

В виде охлаждающих агентов для понижения температуры до 10-30 оС используется в основном вода и воздух.

Классификация и конструкции теплообменных аппаратов. Теплообменники.

По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменников:

– теплообменники с поверхностью, образованной стенками аппарата, т.е. паровые рубашки;
– поверхностные или рекуперативные, в которых теплообменивающие среды разделены теплопроводящей стенкой;
– смесительные, в которых теплообмен осуществляется при непосредственном контакте смешивающихся сред.

Паровые рубашки. Эти  теплообменники используют для обогрева котлов, выпарных чаш, реакторов. Греющий пар поступает в замкнутое пространство, т.е. отделен от обогреваемой жидкости (мазевая основа, сироп, водная вытяжка). Высота паровой рубашки должна быть не меньше высоты обогреваемой жидкости. Теплопередача осуществляется через стенку с небольшой поверхностью.

Типовым аппаратом с паровой рубашкой может служить открытая чаша , работающая при атмосферном давлении. На паровой рубашке устанавливают манометр и предохранительный клапан.

В зависимости от конструкции поверхностные теплообменники подразделяются на трубчатые, пластинчатые, змеевиковые, теплообменники с рубашкой, и теплообменники с оребренной поверхностью.

Трубчатые теплообменники в свою очередь подразделяются на следующие типы: кожухотрубные, «труба в трубе»,  змеевиковые. Кожухотрубные теплообменники получили широкое применение в промышленности ввиду их компактности, простоты в изготовлении, надежности в работе.

Кожухотрубные теплообменники бывают одноходовыми и многоходовыми. Одноходовой теплообменник. Он состоит из корпуса или кожуха 1, внутри которого расположен пучок труб 2. Концы труб закреплены в трубных решетках 3 путем развальцовки или сварки. Между трубными решетками образуется камера «межтрубное пространство», в которую поступает греющий пар через штуцер 4 и выходит через штуцер 5. Нагреваемая жидкость поступает через штуцер 6 противотоком, проходит внутрь трубок 2, нагревается и выходит через патрубок 7.

Многоходовой теплообменник кроме названных выше элементов имеет в крышке поперечные перегородки, с помощью которых трубы разделены на секции, по которым движется жидкость, находящаяся в трубном пространстве.

Для кожухотрубных  теплообменников чаще всего применяют стальные бесшовные трубы с диаметром 25-27 мм.

Теплообменник типа «труба в трубе» состоит из нескольких элементов, расположенных один над другим. Каждый элемент состоит из наружной трубы 1 большого диаметра (кожух)  и концентрически расположенной внутри нее трубы меньшего диаметра  2. Внутренняя и наружная трубы соединены с помощью сальникового уплотнения или сварки. Внутренние трубы элементов соединены друг с другом последовательно съемными коленами 3 (калачами). Наружные трубы соединены патрубками 4. Холодная вода для нагрева  поступает  по внутренним трубам, а греющий пар противотоком в трубу большого диаметра.

Змеевиковый погружной теплообменник имеет вид цилиндрического сосуда 1, в который погружена трубка 2, изогнутая в виде змеевика. Один из теплоносителей направляется по змеевику (соковый пар), другой омывает его снаружи, входя в случае противотока через нижний штуцер 3 и выходя через верхний 4. Для прямотока должно быть обратное направление одного из теплоносителей. При больших размерах цилиндра 1 теплоноситель, омывающий змеевик, имеет незначительную скорость движения, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи. Змеевиковые теплообменники просты в обслуживании, поэтому имеют большое распространение. Недостатки – громоздкость и трудности внутренней очистки змеевика.

Теплообменники с ребристыми поверхностями. Их применяют главным образом для теплообмена между газом и жидкостью или паром, а также между двумя газами. Поверхности теплообмена сделаны в них из труб с различными ребрами (поперечными или продольными) для увеличения теплоотдачи.

Категории
Рекомендации
Подсказка
Нажмите Ctrl + F, чтобы найти фразу в тексте
Партнеры
А знаете ли вы, что нажав сочетание клавиш Ctrl+F - можно воспользоваться поиском по сайту?
X
Copyrights © 2015: FARMF.RU - тесты, лекции, обзоры
яндекс.ћетрика
Рейтинг@Mail.ru

У вас включен AdBlock!

Привет! Мы создали этот сайт с различными интересными статьями. Для нас очень важно, чтобы вы отключили AdBlock. Ведь именно за счет рекламы живет этот сайт. Огромное спасибо.

Уведомление для пользователей AdBlock

У вас включен AdBlock!

Привет! Нас зовут Дима и Аня. Мы создали этот сайт с различными интересными статьями. Для нас очень важно, чтобы вы отключили AdBlock. Ведь именно за счет рекламы живет этот сайт. Огромное спасибо.