Введення
Процеси теплообміну мають велике значення в хімічній, енергетичній, металургійній, харчовій та інших галузях промисловості. У теплообмінних апаратах теплопередача від одного середовища до іншої через розділяє їх стінку обумовлена ??низкою факторів і є складним процесом, який прийнято розділяти на три елементарних види теплообміну: теплопровідність, конвекцію і теплове випромінювання. На практиці ці явища не відособлені, знаходяться в якомусь поєднанні і протікають одночасно. Для теплообмінників найбільше значення має конвективний теплообмін або тепловіддача, яка здійснюється при сукупному і одночасній дії теплопровідності і конвекції. Процеси теплообміну здійснюються в теплообмінних апаратах різних типів і конструкцій.
За способом передачі тепла теплообмінні апарати ділять на поверхневі і змішувальні. У поверхневих апаратах робочі середовища обмінюються теплом через стінки з теплопровідного матеріалу, а в змішувальних апаратах тепло передається при безпосередньому перемішуванні робочих середовищ.
Змішувальні теплообмінники по конструкції простіше поверхневих: тепло в них використовується повніше. Але вони придатні лише в тих випадках, коли за технологічними умовами виробництва допустимо змішання робочих середовищ.
Поверхневі теплообмінні апарати, в свою чергу, діляться на рекуперативні і регенеративні. У рекуперативних апаратах теплообмін між різними теплоносіями відбувається через розділові стінки. При цьому тепловий потік в кожній точці стінки зберігає одне і те ж напрямок. У регенеративних теплообмінниках теплоносії поперемінно стикаються з однією і тією ж поверхнею нагріву. При цьому напрямок теплового потоку в кожній точці стінки періодично змінюється. Розглянемо рекуперативні поверхневі теплообмінники безперервної дії, найбільш поширені в промисловості.
1. Теоретичні основи процесів теплообміну
теплообмінник називаються апарати, в яких відбувається теплообмін, між робочими середовищами не залежно від їх технологічного або енергетичного призначення (підігрівачі, випарні апарати, концентратори, пастеризатори, випарники, деаератори, економайзери і д.р.)
Технологічне призначення теплообмінників різноманітне. Зазвичай розрізняються власне теплообмінники, в яких передача тепла є основним процесом, і реактори, в яких теплової процес відіграє допоміжну роль.
Класифікація теплообмінників можлива за різними ознаками.
За способом передачі тепла розрізняються теплообмінники змішання, в яких робітники середовища безпосередньо стикаються або перемішуються, і поверхневі теплообмінники - рекуператори, в яких тепло передається через поверхню нагріву - тверду (металеву) стінку, що розділяє ці середовища.
За основним призначенням розрізняються підігрівачі, випарники, холодильники, конденсатори.
В залежності від виду робочих середовищ розрізняються теплообмінники:
а) рідинно-рідинні - при теплообміні між двома рідкими середовищами;
б) парожідкостная - при теплообміні між парою і рідиною (парові підігрівачі, конденсатори);
в) газорідинні - при теплообміні між газом і рідиною (холодильники для повітря) та ін.
За тепловому режиму розрізняються теплообмінники періодичної дії, в яких спостерігається нестаціонарний теплової процес, і безперервної дії зі сталим у часі процесом.
У теплообмінниках періодичної дії тепловій обробці піддається певна порція (завантаження) продукту; внаслідок зміни властивості продукту і його кількості, параметри процесу безперервно варіюють в робочому обсязі апарату в часі.
При безперервному процесі параметри його також змінюються, але уздовж проточної частини апарату, залишаючись постійними в часі в даному перетині потоку. Безперервний процес характеризується сталістю теплового режиму і витрати робочих середовищ, що протікають через теплообмінник.
В якості теплоносія найбільш широко застосовуються насичений або злегка перегрітий водяний пар. У змішувальних апаратах пар зазвичай барботируют в рідину (впускають під рівень рідини); при цьому конденсат пари змішується з продуктом, що не завжди допустимо. У поверхневих апаратах пара конденсується на поверхні нагрівання, і конденсат видаляється окремо від продукту за допомогою водоотводчіков. Водяна пара як теплоносій має безліч переваг: легкістю транспортування по трубах і регулювання температури, високою інтенсивністю тепловіддачі та ін. Застосування пара особливо вигідно при використанні принципу багаторазового випаровування, коли випарювали з продукту вода прямує у вигляді гріє пара в інші випарні апарати і підігрівачі....
