қаптама құбырлы жылуалмастырғыш

 

Иірімді жылуалмастырғыштарда қыздыру беті  сәйкесінше бастарға бекітілген бірнеше концентрленген жылантүтіктен  құратырылады.

Жылутасымалдағыштар құбырлы  және құбыр аралық кеңістік арқылы қозғалады. Иірімді жылутасымалдағыштар терең салқындату әдісі  арқылы газды қоспаларды бөлу аппараттарында қолданылады. Бұл жылуалмастырғыштар температуралық кедергі деформациясына жеткілікті өзіндік компенсацияға  қабілеттілгімен сипатталады.

 

 

Сурет 4. Иірімді жылуалмастырғыш

1.3.2 Спиральді жылуалмастырғыштар

 

Спиральді жылуалмастырғыштарда қаздару беті екі жіңішке метал беттерін бөлгіш қалқаншаға дәнекерленген және спираль түрінде оралған . Беттерге қаттылық  және беріктік беру үшін спиральдар арасына екі жағынан дистанционды бұршақшалар дәнекерленген.Тікбұрышты қиылыстағы орамалы арықтар торцты жабындармен шектелген. Спиральді жылуалмастырғыштарда арықтардың нығыздалуын әртүрлі әдістермен жүргізіледі. Ең кең таралған әдіс: әр арықты бір жағынан дәнекрлеп, ал екінші жағынан тегіс жаймамен нығыздайды. Бұл кезде жылуалмастырғыштардың араласуын болдырмайды, ал жайманың нығыздалмаса тек бір жылутасымалдағыш өте алады. Бұдан басқа нығыздаудың бұл әдісі арықтарды оңай тазалауға мүмкіндік береді.

Егерде жайманың материалы бір  жылутасымалдағышпен бүлінсе, онда арықты екі жағынан пісіреді «керең арық», ал екіншісін тегіс жаймамен нығыздайды. Бұл кезде «керең арық» механикалық тазаланбайды.

Арықты екі  жағынан тегіс жаймамен нығыздауды тек жұмыс орнасының араласуы (герметикалықтың бұзылуы) қауіпсіз және жылутасымалдағыштың бүлінбейтін жағдайда жасайды.

 Тесіп өткен арықтарды тұрақты қысым кезінде ішкі күш әсерінен жабынға қысылатын U-тәрізді манжеттермен нығыздауға болады. Спиральді жылуалмастырғыштар жиынтықтылығымен ерекшеленеді және аз гидравликалық кедергіге ие, жылутасымалдағыштың жылдамдығының жоғарлауы кезінде жылу алмасу қарқыны жоғары.

 Спиральді жылуалмастырғыштардың кемшілігі - дайындау және жөндеу қиын,   10 кгс/см² жоғары жұмыс ортасын қолдану мүмкін емес.

 

 

Сурет  5. Спиральді жылуалмастырғыш

 

1.3.3 Графитті жылуалмастырғыштар

 

Бұл жылуалмастырғыштыртар жеке бір  топ құрайды. Жоғары коррозияға тұрақтылық және графиттің маңызды жылуөткізгіштігі оны кейбір өндірісте ештене алмастыра  алмайды. Өндірісте блокты, қаптама құбырлы, сепкіш жылуалмастырғыштар және еңгізілетін жылу алмасу элементтері дайындалады.

 Блокты графитті жылуалмастырғыш, жылутасымалдағыштың қозғалысының қиылысты сызбасын орнататын, бір бірімен жанаспайтын екі жүйеден, яғни бірнеше тік және цилиндрлі  блоктардан тұрады. Әр тесік жүйесінде  жұмыс ортасын еңгізу және шығаруға арналған графитті жабын орналасқан. Графитте қауіпті кедергіні азайту үшін жабындарға металл плиталарды бекітіп жүйені болттармен қысады.

Қаптама құбырлы графитті жылуалмастырғыш бірнеше құбырлырдыа, құбырлы тордан  және графитті жабыннан тұрады. Сонымен қатар жылулық ұзартуларды компенсациялау үшін металл қаптама сальникті нығыздалады. Құбырлар торға «Арзамитпен» жабыстырылады. Нығыздалған жаймалар фторопласттан дайындалады.

 

Құбырдың жалпы саны:

 

n = F / d·l                                                  (1)

мұндағы:

F – жылуалмасу беті;

d – құбырдың диаметрі;

l – құбырдың ұзындығы.

 

Құбырлы кеңістіктегі бір жүрістің құбыр саны:

 

n₀ = 3,54·10-4(Gmp / d₂·b·w) ,               (2)

мұндағы:

Gmр – құбырлы кеңістіктегі жылутасымалдағыштың шығыны;

d –түтікшелердің ішкі диаметрі ;

b – жылутасымалдағыштың тығыздығы ;

w – жылутасымалдағыштың жылдамдығы.

Құбырлы кеңістіктегі жүріс  саны:

 

z = n/n₀.                                                       (3)

 

Сурет 6. Графитті жылуалмастырғыш

 

 

1.3.4 Элементті (секциялы) жылуалмастырғыштар

 

Бұл жылуалмастырғыш  тізбектес жалғанған элементтер - секциялардан тұрады. Бірнеше құбырлар санынан тұратын көп жүрісті қаптама құбырлы аппарат қарсы ағынды сызба бойынша жұмыс жасауға сәкес келеді. Элементті жылуалмастырғыштардың, жылутасымалдағыштардың агрегатты күйі өзгемейтін жағдайда қолдану тиімді. Сонымен қатар жоғары қысымды жұмыс ортасы үшін қолдану тиімді.

 

 

Сурет 7. Элементті (секциялы) жылуалмастырғыш

 

Қалқаншалардың болмауы гидравликалық кедергіні және құбыр аралық ластану дәрежесін төмендетеді.  Қаптма құбырлы жылуалмастырғыштарға қарағанда элементті жылуалмастырғыштар аз жиынтықталған және аппарат элементтерінің – құбыр торларының, фланецті қосылыстарының, компенсаторлардың элементтерінің қымбат. Элементті жылу алмастырғыштардағы  бір секцияның жылуалмасу беті 0,75—30 м2, құбыр саны 4 - тен 140 аралығында.

 

 

1.3.5 Пластиналы жылуалмастырғыштар

 

1,3,5-тақ пластиналар; 2,4-жұп пластиналар; І-бірінші жылутасымалдағыштың ену және шығуы; ІІ- екінші жылутасымалдағыштың ену және шығуы;

 

Сурет 8. Пластиналы жылуалмастырғыштың принципиалды сызбасы

 

Жылу алмасуы жазық бетті пластиналы жылуалмастырғыштар бұрышында төрт тесігі бар горфирленген пластинадан тұрады. 2-ші  3-ші пластиналар арасына арнайы фасонды жаймаларды салып, пластиналарды қысу арқылы сұйықтықтың жоғарғы сол тесігінен төменгі сол тесігіне өтетін синусоидты профильді арық жасауға болады. Бұл екі тесік бір-бірімен жалпы үлкен жаймамен біріктірілген, бұл уақытта қалған екі тесік кішене (айналмалы) жаймалармен қоршалған, бұдан сұйықтық арыққа ене алмайды, не шыға алмайды. Егер де 3 және 3 пластинаға 4-ші пластинаны жоғарғы оң және төмеңгі оң тесік арасын жаймамен біріктірсек екі арық түзіледі. 1-ші, 2-ші және 3-ші пластиналар арасында бірінші жылутасымалдағыш жоғарыдан төмен өтсе, ал 3-ші және 4-ші платиналар арсындағы арықпен басқа жылутасымалдағыш төменнен жоғары өтеді. Пластиналар мен жаймаларды  оңнан және солдан қосуды жалғастыра отырып праллельді арықтар санын және жылу алмасу бетін жоғарлатуға болады.  Синусоидалды арықтың ені бірнеше миллиметр болады және сұйықтық қабаттың қалындығы бойынша жылдам қыздырылады. Бұған жылу беру коэфициентін жоғарлататын арық қиылысында түзілетін жасанды құйынды ағын жағдай жасайды. Пластиналы жылуалмастырғыштар аз көлемді иелене отырып жоғары жылу алмасу бетіне (1 500 м²/м³ дейін)  және жылу берудің жоғары коэффициентіне (3 800 Вт/м²) аз гидравликалық кедергіде ие бола алады. Тағы бір артықшылығы бұл аппараттарды оңай құрастыруға және механикалық тазалауға болады. Сонымен қатар қолданылатын пластиналар санына байланысты жылу алмасу беті жылдам өзгере алады.

Ең негізгі артықшылығы  бір аппаратта бірнеше пакет  пластиналар болуы есебінен өзіндік  жылу алмасу жұбы қозғалады. Бұл жағдай өндіріс орындарында жылулық энергияны үнемдеуге мүмкіндік береді. Мысалы, шырынды (сүтті) пастерлеу кезінде соңғы (үшінші) пакетке алдын ала қыздырылған шырын және ыстық жылутасымалдағыш   100°С шамасында беріледі. Пастерлеу шамамен  70°С  жүргізіледі, және бұл температураға дейін қыздырылған пастерланген шырын бірінші пакетке беріледі, мұнда ыстық жылутасымалдағыш ретінде қолданылады. Екінші пакетте ыстық жылутасымалдағыш ретінде үшінші пакеттері температурасы 80°С жоғары  жылутасымалдағыш қолданылады. Бұл мысылда шырын үш сатыда қыздырылады, ал бірақ ыстық жылутасымалдағыш тек үшінші пакетке ғана беріледі. Шындығында өндірісте бір аппаратта бірнеше сұйықтықтарды қыздыру мен салқындатуды бірлестіреді. Пластиналы жылуалмастырғыштарды сонымен қатар төмен қысымда бумен қыздыруда да қолданады. Бұл жағдайда бу өтетін арықтың ені 5...10 мм құрайды. Пластиналы жылу алмастырғыштарды пластиналар арасындағы нығыздау төмендігі қаупінен жоғары қысымда қолдануға болмайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                    

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Технологиялық есептеу

 

2.1 Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштың технологиялық есептеулері

 Жылу мөлшерін анықтау:

Q=G·C₁·(t _б - t_с);

Q=2,2•1802• (70

20) 200222Вт.

 Жылу тасымалдағыштың  қарама – қарсы қозғалысының  орташа температура айырымын анықтау:

20→70

_жин

                                                       ∆t_б=325     ∆t_с=275

Бұдан ∆t_б ∕ ∆t_с = 325 ∕ 275= 1,2<2 теңдеуден

анықтаймыз:

 325+275 ∕ 2 = 300 °С

Құбырдағы жылу тасымалдағыштың қозғалыс режимін есептеу.

(5.69) теңдеу арқылы  диаметрі: 20 2 мм болатын құбыр санын анықтау:

 

 

d_c=25 х 2 мм, құбыр диаметрі үшін

 

 

Берілген есепте жылутасымалдағыштың  құрамы судың құрамына жақын болғандықтан, турбуленттік ағысқа сәйкес жылу берілуге ең аз жинақтылық мәнін енгіземіз (№ 2 кесте). К_жин= 800 Вт/(м²К) осыған сәйкес жылуалмасу бетінің жинақтылық мәні мынаған тең:

 

F_жин =

0,8 м²

 

№1 кестеде көрсетілгендей жақын бетте жылуалмастырғыштардың диаметрі 159 мм.

Енді келесі нұсқаға  сәйкес дәлірек есептеу жүргіземіз:

 

D= 159; d_c= 20x2; z= 1; n/z= 19/1= 19

 

 

 

 

 

Жылуберілу бетін дәлірек  есептеу:

 

 

Берілген формулаға  сәйкес құбырмен турбелентті қозғалып келе жатқан сұйықтың жылу беру коэффициентін анықтаймыз

                       

Nu=0.023·Re^0.8 · Pr^0.4(

)^0.25

 

0.023·(22000)^0.8· (6,55) ^0.4 =1089,0546 Bт (м²к)

 

6. Қабырғалар арасындағы құбыр арасы аумағындағы ағындардың қиылысу ауданы (кесте 1)

S_қар=0,5

 

Рейнольдс критериясы:

 

 

Келтірілген формулаға  сәйкес құбыр арасымен қозғалатын сұйықтықтың  жылу беру коэффициентін былай анықтаймыз.

Nu=0,24 Re^0,6(Pr/Pr_ст)^0,23*Pr^0,36

=(0,618/0,020)·0,24·(11442)^0,6·(5,44)^0,36=342,72 Вт/м²·к

 

Екі ерітіндіде аз концентрациялы сулы ерітінділер үшін сәйкес ластанудың термиялық кедергісін  бірдей етіп      аламыз r_3,1=r_3,2=1 ∕ 2900 м²•К ∕ Вт

Сұйықтықтардың жоғарғы  коррозионда активті татқа төзімді  болатты құбыр материал атын таңдауға мәжбүрлейді. Татқа төзімді болаттың жылуөткізгіштігін  λ_бст=17,5 Вт/(м•К) деп аламыз.

Қабырғаның термиялық  кедергісінің қосындысы және ластануы мынаған тең:

 

0.000804м²·к/Вт

Жылуберілу коэффициенті мынаған тең:

 

216,36 Bт/(м²к)

 

Қажетті бет мынаған  тең:

 

м²

 

№ 1 кестеге сәйкес таңдалғандардан құбыр ұзындығы 3,0  наминальды беті Ғ_жин=73 болатын 2 жылуалмастырғыш қажет. Оның артық беті мынаған тең.

∆=(73•2-143/143) •100%=2,09%

Жылуалмастырғыш массасы М=2480 кг (№ 6 кесте)

Келесі есептеулерді гидравликалық кедергілері бойынша  есептейміз.

 

2.2 Гидравликалық кедергісін есептеу

Re_үйк>2300 болғанда үйкеліс коэффициентін мына формуламен есептеуге болады:

 

λ=0,25 {lg[e/3,7+(6,81/Re_үйк)^0,9]}^-2                                         (2.2.1)

 

Мұндағы с=Δ/d құбырдың кедір-бұдырлық қатынасы;   кедір-бұдырдың қатынасы; Δ− кедір−бұдырдың шығу биіктігі (  Δ: 0,2 деп алуға болады.)

Құбырлы аумақта қозғалғандағы, ағынды кедергі коэффициенті

S_құб1=1,5 кіру және шығу камералары;

S_құб2=2,5 жүрістер арасындағы бұрылыс;

S_құб3=1,0 құбырға кіру және одан шығу.

Бөлінген камераға кіретін және одан шығатын жергілікті кедергіні жалғастықтағы сұйықтың жылдамдығымен есептеу керек.Қалыптанған қаптама құбырлы жылуалмастырғыштардың жалғастық диаметрі _.№3 кестеде көрсетілген.

Құбыр арасындағы гидравликалық  кедергіні мына теңдеумен есептеуге болады:

 

Δρ_қ.ар=(Σξ_қ.ар)ρ_қ.арω²_қ.ар/2                                                         (2.2.2)

 

Құбыр арасындағы сұйықтықтың  жылдамдығы:

 

ω_қ.ар=G_қ.ар/(S_қ.ар·ρ_қ.ар)                                                    (2.2.3)

 

Мұнда S_қ.ар құбыр арасындағы ағынның азырақ қиылысуы (1 және 5 кестеден қар.).

Құбыр арасында қозғалған  ағындағы жергілікті кедергі коэффициенті.