Достоинства и недостатки оборудования

Преимущества пластинчатого теплообменника ВП1-У5:

1. Удобство транспортировки и монтажа, поскольку пластинчатый теплообменник имеет меньшие габариты, чем другие виды рекуперативных теплообменных аппаратов.

2. Простота обслуживания – разборные, полусварные и сварные теплообменники легко промывать, так как они либо полностью разбираются, как в случае с разборными агрегатами, либо частично, предоставляя доступ к пластинам, как полусварные и сварные аппараты.

3. Высокая производительность – КПД пластинчатых агрегатов достигает 95%.

4. Цена – стоимость пластинчатых установок ниже, чем аналогичных кожухотрубных, спиральных или блочных агрегатов.

Недостатки:

1. Часто требуется заземление. Поскольку пластины имеют малую толщину – они подвержены воздействию блуждающих токов, что приводит к появлению дырок в них.

2. Более требовательны к качеству очистки теплоносителя. Так как между пластинами расстояние небольшое, то каналы будут загрязняться быстрее, чем внутренние поверхности кожухотрубного теплообменника, что в свою очередь приводит к снижению коэффициента теплопередачи и, как следствие, КПД пластинчатого теплообменника.

 

 

 

Расчетная часть

Расчет пластинчатого теплообменника – это процесс технических расчетов, предназначенный для поиска желаемого решения в теплоснабжении и его осуществления.

Данные теплообменника, которые нужны для технического расчета:

· тип среды (пример вода-вода, пар-вода, масло-вода и др.);

· тепловая нагрузка (Гкал/ч) или мощность (кВт);

· массовый расход среды (т / ч) - если не известна тепловая нагрузка;

· температура среды на входе в теплообменник °С (по горячей и холодной стороне);

· температура среды на выходе из теплообменника °С (по горячей и холодной стороне).

Для расчета данных также понадобятся:

· из технических условий (ТУ), которые выдает теплоснабжающая организация;

· из договора с теплоснабжающей организацией;

· из технического задания (ТЗ) от гл. инженера, технолога.

Подробнее об исходных данных для расчета

1. Температура на входе и выходе обоих контуров. Для примера рассмотри котел, в котором максимальное значение входной температуры – 55°С, а LMTD равен 10 градусам. Так, чем больше эта разница, тем дешевле и меньше в размерах теплообменник.

2. Максимально допустимая рабочая температура, давление среды.
Чем хуже параметры, тем ниже цена. Параметры и стоимость оборудования определяют данные проекта.

3. Массовый расход (m) рабочей среды в обоих контурах (кг/с, кг/ч). Это пропускная способность оборудования. Очень часто может быть указан всего один параметр – объем расходов воды, который предусмотрен отдельной надписью на гидравлическом насосе. Измеряют его в кубических метрах в час, или в литрах в минуту.
Умножив объем пропускной способности на плотность, можно высчитать общий массовый расход. Обычно плотность рабочей среды изменяется в зависимости от температуры воды. Показатель для холодной воды из центральной системы равен 0.99913.

4. Тепловая мощность (Р, кВт).
Тепловая нагрузка – это отданное оборудованием количество тепла. Определить тепловую нагрузку можно при помощи формулы (если нам известны все параметры, что были выше):
P = m * cp *δ t, где m – расход среды, cp – удельная теплоемкость (для воды, нагретой до 20 градусов, равна 4, 182 кДж/(кг *°C)), δ t – температурная разность на входе и выходе одного контура (t1 - t2).

5. Дополнительные характеристики.

· для выбора материала пластин стоит узнать вязкость и вид рабочей среды;

· средний температурный напор LMTD (рассчитывается по формуле Δ T1 – Δ T2/( In Δ T1/ Δ T2), где Δ T1 = T1 (температура на входе горячего контура) – T4 (выход горячего контура)
и Δ T2 = T2 (вход холодного контура) – T3 (выход холодного контура);

· уровень загрязненности среды (R). Его редко учитывают, так как данный параметр нужен только в определенных случаях. К примеру: система центрального теплоснабжения не требует данный параметр.

Виды технического расчета теплообменного оборудования

Тепловой расчет

Данные теплоносителей при техническом расчете оборудования должны быть обязательно известны. Среди этих данных должны быть: физико-химические свойства, расход и температуры (начальная и конечная). Если данные одного из параметров не известны, то его определяют с помощью теплового расчета.

Тепловой расчет предназначен для определения основных характеристик устройства, среди которых: расход теплоносителя, коэффициент теплоотдачи, тепловая нагрузка, средняя разница температур. Находят все эти параметры с помощью теплового баланса.

Пример общего расчета.

В аппарате теплообменника тепловая энергия циркулирует от одного потока к другому. Это происходит в процессе нагрева или охлаждения.

Q = Q_г= Q_х

Q – количество теплоты, передаваемое или принимаемое теплоносителем [Вт],

Откуда:

Q_г = G_гc_г·(t_гн – t_гк) и Q_х = G_хc_х·(t_хк – t_хн)

где:

G_{г, х} – расход горячего и холодного теплоносителей [кг/ч];

с_{г, х} – теплоемкости горячего и холодного теплоносителей [Дж/кг·град];

t_{г, х н} – начальная температура горячего и холодного теплоносителей [°C];

t_{г, х к} – конечная температура горячего и холодного теплоносителей [°C].

При этом, учитывайте, что количество входящей и выходящей теплоты во много зависит от состояния теплоносителя. Если в процессе работы состояние стабильно, то расчет производим по формуле выше. Если хоть один теплоноситель меняет свое агрегатное состояние, то расчет входящего и выходящего тепла стоит производить по формуле ниже:

Q = Gc_п·(t_п – t_нас)+ Gr + Gc_к·(t_нас – t_к)

где:

r – теплота конденсации [Дж/кг];

с_{п, к} – удельные теплоемкости пара и конденсата [Дж/кг·град];

t_к – температура конденсата на выходе из аппарата [°C].

Первый и третий члены стоит исключать из правой части формулы, если конденсат не охлаждается. Исключив эти параметры, формула будет иметь следующее выражение:

Qгор = Qконд = Gr

Благодаря данной формуле определяем расход теплоносителя:

Gгор = Q/cгор(tгн – tгк) или Gхол = Q/cхол(tхк – tхн)

Формула для расхода, если нагрев идет паром:

G_пара = Q/ Gr

где:

G – расход соответствующего теплоносителя [кг/ч];

Q – количество теплоты [Вт];

с – удельная теплоемкость теплоносителей [Дж/кг·град];

r – теплота конденсации [Дж/кг];

t_{г, х н} – начальная температура горячего и холодного теплоносителей [°C];

t_{г, х к} – конечная температура горячего и холодного теплоносителей [°C].

Основная сила теплообмена – разница между его составляющими. Это связано с тем, что, проходя теплоносители, температура потока меняется, в связи с этим меняются и показатели разницы температур, поэтому для подсчетов стоит использовать среднестатистическое значение. Разницу температур в обоих направлениях движения можно высчитать с помощью среднелогарифмического:

∆ t_ср = (∆ t_б - ∆ t_м) / ln (∆ t_б/∆ t_м), где ∆ t_б, ∆ t_м – большая и меньшая средняя разность температур теплоносителей на входе и выходе из аппарата. Определение при перекрестном и смешанном токе теплоносителей происходит по той же формуле с добавлением поправочного коэффициента
∆ t_ср = ∆ t_ср ·f_попр. Коэффициент теплопередачи может быть определен следующим образом:

1/k = 1/α ₁ + δ _ст/λ _ст + 1/α ₂ + R_заг

в уравнении:

δ _ст – толщина стенки [мм];

λ _ст – коэффициент теплопроводности материала стенки [Вт/м·град];

α _{1, 2} – коэффициенты теплоотдачи внутренней и внешней стороны стенки [Вт/м²·град];

R_заг – коэффициент загрязнения стенки.

Конструктивный расчет

В данном виде расчета существуют два подвида: расчет подробный и ориентировочный.

Расчет ориентировочный предназначен для определения поверхности теплообменника, размера его проходного сечения, поиска приближенных коэффициентов значения теплообмена. Последняя задача выполняется с помощью справочных материалов.

Ориентировочный расчет поверхности теплообмена производят благодаря следующим формулам:

F = Q/ k·∆ t_ср [м²]

Размер проходного сечения теплоносителей определяют из формулы:

S = G/(w·ρ ) [м²]

где:

G – расход теплоносителя [кг/ч];

(w·ρ ) – массовая скорость потока теплоносителя [кг/ м²·с]. Для расчета скорость потока принимают исходя из типа теплоносителей:

Вид теплоносителя	Скорость потока, м/с
Вязкие жидкости	1
Маловязкие жидкости	-3
Запыленные газы	-10
Чистые газы	0-15
Пар насыщенный	0-50

 

После проведения конструктивного ориентировочного расчета выбирают определенные теплообменники, которые полностью подходят для требуемых поверхностей. Количество теплообменников может достигать как одной, так и нескольких единиц. После на выбранном оборудовании проводят подробный расчет, с заданными условиями.

После проведения конструктивных расчетов будут определенны дополнительные показатели для каждого вида теплообменников.

Если используется пластинчатый теплообменник, то нужно определить значение греющих ходов и значение среды, которую нагревают. Для этого мы должны применить следующую формулу:

X_гр/X_нагр = (G_гр/G_нагр)^{0, 636} · (∆ P_гр/∆ P_нагр)^{0, 364} · (1000 – t _{нагр ср}/ 1000 – t_{гр ср})

где:

G_{гр, нагр} – расход теплоносителей [кг/ч];

∆ P_{гр, нагр} – перепад давления теплоносителей [кПа];

t_{гр, нагр ср} – средняя температура теплоносителей [°C].

Если соотношение Хгр/Хнагр будет меньше двух, то выбираем компоновку симметрическую, если больше двух – несимметричную.

Ниже представлена формула, по которой высчитываем количество каналов среды:

m_нагр = G_нагр / w_опт·f_мк·ρ ·3600

где:

G_нагр – расход теплоносителя [кг/ч];

w_опт – оптимальная скорость потока теплоносителя [м/с];

f_к – живое сечение одного межпластинчатого канала (известно из характеристик выбранных пластин).

Гидравлический расчет

Технологические потоки, проходя через теплообменное оборудование, теряют напор или давление потоков. Это связано с тем, что каждый аппарат имеет собственное гидравлическое сопротивление.

Формула, используемая для нахождения гидравлического сопротивления, которое создают аппараты теплообмена:

∆ Р_п = (λ ·(l/d) + ∑ ζ ) · (ρ w²/2)

где:

∆ p_п – потери давления [Па];

λ – коэффициент трения;

l– длина трубы [м];

d – диаметр трубы [м];

∑ ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;

ρ – плотность [кг/м³];

w – скорость потока [м/с].

 

 

Список используемой литературы

А) ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. ЭБ " Труды ученых СтГАУ". Повышение эффективности эксплуатации пастеризационного оборудования на предприятиях АПК: учеб. пособие / И. В. Капустин, И. А. Атанов, Е. И. Капустина, Д. И. Грицай; СтГАУ. - Ставрополь, 2017.

2. Федоренко, Б. Н. (доктор технических наук; профессор).
Современный учебник по инженерному обеспечению пищевых технологий [Текст] / Б. Н. Федоренко // Пищевая промышленность. - 2017. - № 4. - С. 26-27. - Библиогр.: с. 26 (3 назв.).

3. Эксплуатация пастеризационных установок на предприятиях АПК: учеб. пособие для практ. подготовки студентов вузов [" Агроинженерия", " Зоотехния", " Эксплуатация транспортно-технол. машин и комплексов", " Ветеринария", " Технология бродильных пр-в и виноделие" ] / И. В. Капустин, И. А. Атанов, Д. И. Грицай, В. И. Марченко; СтГАУ. - Ставрополь: АГРУС, 2016. - 96 с.

Б) ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии [Текст] / К.Ф. Павлов, П.Г. Романов, А.А. Носков. Л.: Химия, 1987. 575 с.

2. Пластинчатые теплообменные аппараты. Каталог. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1983. 56 с.

4. Стандартное оборудование для переработки растительного сырья. Ч.IV. Теплообменные аппараты: справочные материалы: учеб. издание / сост. к.т.н. М.И. Ведерникова, В.Б. Терентьев, В.С. Таланкин, Ю.Л. Юрьев – Екатеринбург: УГЛТУ, 2007. 100 с.

5. ЭБС " Znanium". Зайчик, Ц. Р. Технологическое оборудование винодельческих предприятий: учебник / Ц. Р. Зайчик. - 5-е изд., доп. - Москва: ИНФРА-М, 2014. - 496 с.

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться: