Устройство и принцип работы пластинчатого теплообменника

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 6

Тема: Изучение устройства и работы поверхностных теплообменников.

Цель работы:

1. Изучить устройство и принцип работы поверхностных теплообменников.

2. Определить достоинства и недостатки в работе поверхностных теплообменников.

Оборудование: схемы поверхностных теплообменников.

Основные этапы работы:

1. ознакомиться с требованиями техники безопасности;

2. ознакомиться с методическими рекомендациями по проведению работы;

3. выполнить схемы поверхностных теплообменников и краткое описание их работы;

4. определить достоинства и недостатки в работе поверхностных теплообменников;

5. ответить на контрольные вопросы;

6. оформить и сдать отчёт.

Общие сведения

Теплообменный аппарат – это устройство, служащее для теплообмена между двумя средами.

В зависимости от конструктивного выполнения поверхностные теплообменники подразделяют на пластинчатые, трубчатые, спиральные, теплообменники с рубашкой и сорёбренной поверхностью и т.д.

При выборе конструкции теплообменного аппарата следует
исходить из следующего: аппарат должен соответствовать технологическому процессу, быть высокоэффективным (производительным), экономичным и надежным в работе, иметь низкую металлоемкость; материал теплообменника должен быть коррозиестойким в рабочих средах.

Высокие значения коэффициентов теплопередачи достигаются, когда теплоносители движутся через теплообменник с большими скоростями. Для достижения высокого коэффициента теплопередачи поверхность теплообмена должна быть чистой. При увеличении скорости одного из теплоносителей коэффициент теплопередачи заметно повышается лишь в том случае, если коэффициент теплоотдачи со стороны другого теплоносителя достаточно высок, а термические сопротивления стенки и загрязнений невелики. Так, если коэффициент теплоотдачи в межтрубном простран­стве значительно ниже, чем в трубах, то возрастание скорости теплоносителя в трубах почти не влияет на величину коэффициента теплопередачи; в этом случае следует увеличить коэффициент теп­лоотдачи в межтрубном пространстве, например путем установки в нем перегородок.

При решении вопроса о том, какой из теплоносителей пропускать по трубам, какой – с наружной стороны труб, надо придерживаться следующих правил:

· для достижения большего коэффициента теплопередачи теплоноситель с меньшим коэффициентом теплоотдачи следует пропускать по трубам;

· теплоноситель, оказывающий коррозионное действие на аппа­ратуру, целесообразно пропускать по трубам, так как в этом случае применение антикоррозийного материала необходимо только для труб, решеток и камер, кожух же может быть сделан из обычного материала;

· для уменьшения потерь теплоты теплоноситель с высокой температурой целесообразно пропускать по трубам;

· теплоноситель, из которого выделяются осадки, рекомендуется пропускать с той стороны поверхности теплообмена, которую легче очищать;

· теплоноситель с высоким давлением следует направлять в трубчатое пространство, чтобы корпус теплообменника не находился под давлением.

Конструкция теплообменника выбирается на основании технико-экономического расчета. При этом сопоставляются капитальные затраты на изготовление и годовые эксплуатационные расходы. В ряде случаев идут на увеличение капитальных затрат, если они быстро окупаются за счёт экономии на эксплуатационных затратах.

Методические рекомендации

Устройство и принцип работы пластинчатого теплообменника

Пластинчатый теплообменник получил в последнее время широкое применение в молочном, пивоваренном, винодельческом, консервном и других производствах для нагревания, охлаждения, пастеризации и стерилизации жидкостей, почти не содержащих твердой фазы. Он состоит из штампованных пластин, установленных на горизонтальных штангах, концы которых закреплены в стойках. При помощи нажимной плиты и винтапластины плотно прижимаются одна к другой через резиновые прокладки, приклеенные по периферии пластин и вокруг отверстий для прохода сред. Рабочие поверхности пластин рифленые, что придает им жесткость и обеспечивает турбулизацию протекающих по ним сред.

Таким образом, в собранном теплообменнике между пластинами образуются каналы шириной 2 – 3 мм; по четным каналам движется среда I, по нечетным каналам – среда II. Теплообмен между каналами происходит через стенку пластины, изготовленной из нержавеющей стали толщиной 1 мм. При этом за счет турбулизации потоков и теплообмена в тонком слое коэффициент теплопередачи значительно выше, чем в других теплообменниках.

Каждая пластина имеет четыре отверстия. При сборке пластин эти отверстия образуют четыре продольных коллектора. Поток I из коллектора распределяется параллельно между каждой парой пластин, проходит по каналам и выходит к нижнему коллектору. Поток II движет­ся с другой стороны пластин противотоком.

Все пластины в теплообменнике собираются в пакеты. Пакетом называют группу пластин, между которыми продукт или теплоноситель движется только в одном направлении. Например, в секции из девяти пластин при противоточной схеме движения потоков имеется один пакет из четырех параллельных каналов для продукта и один пакет из таких же каналов для теплоносителя. Так как каждый канал ограничен двумя пластинами, то всего в теплообменнике число пластин на единицу больше числа каналов для продукта и теплоносителя вместе взятых. Подобная схема потоков может быть представлена в зашифрованном виде как 4/4. Числитель дроби относится к продукту, а знаменатель – к тепло- или хладоносителю. Числа в числителе или в знаменателе, разделенные знаками плюс, соответствуют количеству пакетов в теплообменнике, соединенных между собой последовательно. Каждое такое число соответствует числу каналов в данном пакете.

Например, дробь (4 + 3 + 4)/(6 + 6) означает, что продукт в теплообменнике движется по трем последовательно расположенным пакетам, причем крайние пакеты состоят из четырех, а средний – из трех параллельных каналов. Хладоноситель движется по двум пакетам, состоящим из шести каналов каждый. Если длина канала одного пакета пластин недостаточна для требуемого нагрева или охлаждения жидкости, то потоки включаются последовательно. При последовательном движении двух потоков через два пакета между данными пакетами ставится одна промежуточная пластина, через угловые отверстия которой меняется направление движения потоков. В зависимости от общей длины канала число последовательно соединенных пакетов может быть два, три и более. В одном пластинчатом теплообменнике с помощью промежуточных пластин часто создают процессы нагревания и охлаждения различными тепло- и хладоносителями.

Пластинчатые теплообменники по сравнению с другими теплообменниками имеют следующие преимущества:

· более высокий коэффициент теплопередачи при сравнительно малых гидравлических сопротивлениях;

· большая поверхность теплообмена, что достигается гофрированием пластин;

· большая компактность, удобны для сборки и разборки;

· возможность компоновки пластин в пакете при выборе оптимальной схемы и необходимой поверхности теплообмена.

К недостаткам относятся сложность изготовления, возможность забивания поверхностей пластин взвешенными в жидкости твёрдыми частицами.