Пластинчатые теплообменники.

Конструкция пластинчатых теплообменников.

Пластинчатый теплообменник - это устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодной (нагреваемой) среде через стальные гофрированные пластины, которые установлены в раму и стянуты в пакет. Все пластины в пакете одинаковы, только развернуты одна за другой на 180°, поэтому при стягивании пакета пластин образуются каналы, по которым и протекают жидкости, участвующие в теплообмене. Такая установка пластин обеспечивает чередование горячих и холодных каналов. В процессе теплообмена жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке). В местах их возможного перетекания находится либо стальная пластина, либо двойное резиновое уплотнение, что практически исключает смешение жидкостей.

Проложив между пластинами специальные фасонные прокладки и прижимая пластины друг к другу, можно образовать канал синусоидального профиля, по которому жидкость может перетекать из верхнего левого отверстия в нижнее левое. Эти два отверстия объединены общей большой прокладкой, в то время как два других отверстия окружены малыми (кольцевыми) прокладками, и из них жидкость не может ни выходить, ни входить в канал. Продолжая прибавлять пластины и прокладки справа и слева от образованного пакета, можно увеличивать число параллельных каналов и поверхность теплообмена. Ширина синусоидального канала лежит в пределах от одного до нескольких миллиметров, и жидкость быстро прогревается по всей толщине слоя. Этому способствует искусственная турбулизация потока на поворотах в канале, вызывающая увеличение коэффициента теплоотдачи.

Пластинчатые теплообменники, занимая малый объём, обладают большой (до 1 500 м²/м³) поверхностью теплообмена и большими значениями коэффициента теплопередачи, вплоть до3 800 Вт/м²при малом гидравлическом сопротивлении. Ещё одним преимуществом аппаратов этого типа является возможность быстрой сборки и разборки при ревизии и механической чистке поверхности. Кроме того, поверхность теплообмена может легко изменяться, т. к. зависит от числа используемых пластин. Главное же преимущество пластинчатых теплообменников заключается в возможности объединения в одном аппарате нескольких пакетов пластин, в каждом из которых движется своя пара теплоносителей. Это обстоятельство позволяет экономить тепловую энергию на предприятии. В действительности в производстве в одном аппарате совмещают подогрев и охлаждение многих жидкостей. Пластинчатые теплообменники применяют также при обогреве паром низкого давления. В этом случае ширина канала для прохода пара составляет 5…10 мм. Пластинчатые теплообменные аппараты нельзя использовать при высоком давлении теплоносителей из-за опасности разгерметизации уплотнений между пластинами.

Рис. 15: Движение теплоносителей в пластинчатом теплообменнике.

Рис. 16: Пластинчатый теплообменник «фильтр-прессного» типа: 1, 11 и 2, 12 -штуцера ввода и вывода теплоносителей II и I; 3- неподвижная плита; 4, 13 и 5, 14-каналы для движения теплоносителей I и II; 7- направляющие стержни; 8- подвижная плита; 9- неподвижная стойка; 10- стяжное винтовое устройство

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Отстаивание

Отстаиванием (гравитационным осаждением, седиментацией) называют разделение дисперсных систем под действием силы тяжести. Отстаивание применяют для сгущения суспензий или классификации суспензий, промывки осадков, для грубой очистки газов от твердых частиц и для разделения эмульсий.

Ввиду малой движущей силы отстаивание эффективно при отделении крупных частиц. Это наиболее простой и дешевый гидромеханический процесс, поэтому его часто используют для первичного разделения, что удешевляет дальнейшее разделение дисперсной системы более сложными способами.

Различают отстойники непрерывного, полунепрерывного и периодического действия. В первых все процессы протекают непрерывно, в последних - периодически; в отстойниках полунепрерывного действия подача разделяемой смеси и вывод очищенной сплошной фазы проводятся непрерывно, а удаление сгущенной дисперсной фазы (осадка, шлама и т.п.) - периодически.

Отстаивание (сгущение) широко применяется для первичного разделения неоднородных систем в сооружениях очистки сточных вод и в технологиях обезвоживания. Данный процесс осуществляется главным образом в отстойниках или сгустителях, весьма разнообразных по своим конструкциям и типоразмерам (горизонтальные, вертикальные, радиальные, многоярусные, периодические и непрерывные).

Статические отстойники

Статические отстойники – отстойники периодического действия. Они обычно представляют собой бассейны без перемешивающих устройств. Отстойник заполняют суспензией, а через определённое время, необходимое для осаждения твёрдых частиц, слой осветлённой жидкости сливают через штуцера, расположенные выше уровня осадка. После этого осадок, представляющей себе текучую жидкую массу – шлам, выгружают вручную через верх аппарата или удаляют через нижний штуцер с помощью спускового крана.

Рис. 17. Буферные резервуары - отстойники

Радиальные отстойники

Отстойники предназначены для очистки промышленных оборотных и сточных вод. Применяются в металлургической промышленности (прокатное производство, газоочистка доменных печей и конверторов и т. п.) в коммунальном хозяйстве, в химической, угольной и др. отраслях промышленности, где используется большое количество технологической воды.

Рис.18. Радиальный отстойник.

1 - граблина; 2 - уровень воды; 3 - подвод загрязненной воды и реагентов; 4 - отвод осветленной воды; 5 - отвод шлама; 6 - камеры флокуляции; 7 - привод; 8 - гребёнка; 9 - чан; 10 - рельс.

Гребковые отстойники

Рис. 19. Отстойник с гребковой мешалкой.

1- корпус; 2-днище; 3-гребковая мешалка; 4- кольцевой желоб.

Рис. 20. Общий вид отстойника с гребковой мешалкой

Достоинства отстойников с гребковой мешалкой:

· обеспечивают однородность осадка, позволяют обезводить осадок до концентрации твердой фазы 35-55%;

· полная автоматизация работы.

Недостатки:

· громоздкость.

Для уменьшения площади, занимаемой отстойниками, применяют многоярусные отстойники, представляющие собой несколько отстойников, поставленных друг на друга и имеющих общий вал для гребковых мешалок.

Рис.21. Многоярусный сгуститель суспензий:

1-приемник исходной суспензии; 2-трубы для ее подвода внутрь аппарата; 3- горловины для исходной суспензии; 4-скребки; 5-несущая ферма; 6-привод; 7-рамы; 8-устройство для подъема рам; 9-коллекторы осветленной жидкости; 19-трубы для вывода жидкости из внутренней части аппарата; 11-разгрузочный конус; 12-конусный скребок.

Фильтрование

Фильтрование применяют в промышленности для тонкого разделения жидких или газовых гетерогенных систем. С его помощью можно добиться значительно более полной, чем в процессах осаждения, очистки жидкости или газа от взвешенных частиц и, соответственно, более высокого выхода продукта (если им является твердая фаза суспензии).

Характер работы фильтра может быть непрерывным и периодическим.

В процессе фильтрования твердые частицы либо задерживаются на поверхности фильтровальной перегородки, образуя осадок, либо проникают в его глубину, задерживаясь в порах. В соответствии с этим различают фильтрование с образованием осадка и фильтрование с закупориванием пор .

Движущей силой процесса фильтрования является разность давления до и после фильтровальной перегородки. Способ создания движущей силы может быть вакуумный, когда перепад давлений создается в результате разряжения под фильтрующей перегородкой; созданием избыточного давления; гравитационное давление – под действием гидростатического столба жидкости разделяемой суспензии.

Нутч-фильтр

Фильтр периодического действия, состоящий из небольшой камеры с перфорированным днищем, покрытым фильтровальной тканью; работает под вакуумом или под давлением; используется в малотоннажных производствах.

Нутч-фильтры используются для разделения хорошо фильтрующихся, нетоксичных и невзрывоопасных суспензий в малотоннажных производствах. Эти фильтры - открытые сосуды круглого или прямоугольного сечения с ложным днищем, служащим опорой для фильтровальной перегородки. Нижнее пространство соединяется с вакуум-ресивером и сборником фильтрата. Осадок выгружается с помощью мешалки вручную при опрокидывании корпуса или передвижной тканью

Рис.22. Схема открытого нутч-фильтра:

1 – корпус, 2 – суспензия, 3 - фильтровальная перегородка, 4 - пористая подложка, 5 - штуцер для выхода фильтрата, соединенный с вакуум-насосом.

Рис.23. Схема закрытого нутч-фильтра:

1 – корпус, 2- обогревающая рубашка, 3 - кольцевая перегородка, 4 - откидывающееся дно, 5 - фильтровальная перегородка, 6 - опорная решетка, 7 – сетка; 8 - съемная крышка; 9 - предохранительный клапан.

Рис.24. Общий вид закрытых промышленных нутч-фильтров.

Достоинства:

· простота и надежность в работе.

· возможность тщательной промывки осадка.

· большая движущая сила (закрытый нутч-фильтр).

· пригодность для разделения суспензий, выделяющих токсичные пары (закрытый нутч-фильтр).

Недостатки:

· громоздкость.

· ручная выгрузка осадка.

· негерметичность (открытый нутч-фильтр).

Фильтр-прессы

Фильтр-прессы используются для обезвоживания стоков и жидких отходов, извлечения твердой фазы, очистки и повторного использования химикатов и дорогостоящих растворов.

Фильтр - прессы представляют собой пакет фильтровальных элементов - плит или чередующихся плит и рам, зажимаемый между неподвижной опорной и подвижной нажимной массивными жесткими плитами. Все плиты снабжены рифлениями для стока фильтра и углублениями для накопления осадка, а для подачи и удаления осадка суспензии - сквозными отверстиями. Последние при сборке плит (рам) в пакет образуют каналы для подачи суспензии, промывной жидкости, сжатого газа и отвода фильтратов. На неподвижной плите имеются соответствующие этим каналам отверстия и штуцеры для присоединения трубопроводов.

Фильтр-прессы применяются в химической, гидрометаллургической, горнорудной, угольной, микробиологической, нефтяной, керамической, пищевой, анилинокрасочной отраслях промышленности; для очистки промышленных и бытовых сточных вод.

Рис. 25. Схема устройства фильтр-прессов.

1(2) - отверстия в плитах и рамах, образующие при сборке канал для подачи суспензии (промывной жидкости); 3- отводы для прохода суспензии внутрь рам; 4 - внутренне пространство рам; 5 - фильтровальные перегородки; 6 - рифления плит; 7 - каналы для выхода фильтрата (промывной жидкости); 8 - каналы для сбора фильтрата или промывной жидкости; 9 - краны на линиях вывода фильтрата или промывной жидкости.

Рис.26. Общий вид башенных фильтр-прессов.

Достоинства фильтр-прессов:

· большая удельная поверхность фильтрования;

· возможность проведения процесса при высоких давлениях;

· простота конструкции;

· отсутствие частей, движущихся в процессе эксплуатации;

· возможность отключения отдельных неисправных плит закрытием выходного клапана.

Недостатки:

· ручное обслуживание;

· невозможность полной промывки осадка.

· быстрый износ фильтровальной ткани из-за частой разборки фильтра и работы его при повышенных давлениях.

Гидроциклоны

Гидроциклоны это вихревые аппараты, предназначенные для разделения жидких неоднородных систем (суспензий, нестойких эмульсий и газосодержащих жидкостей) в поле центробежных сил. Эти аппараты применяются в химической, нефтедобывающей, горнорудной, в энергетике, металлургии, в системах очистки промышленных и бытовых сточных вод.

Разделяемая среда поступает под избыточным давлением 0, 2 – 0, 4 МПа и выше. Вращательное движение среды создается за счет ее тангенциального ввода в гидроциклон. Исходная смесь закручивается и через цилиндрическую зону 1 движется винтовым потоком вниз к вершине конуса 2, при этом часть ее выходит через патрубок 7. Основное количество смеси образует восходящий поток, поднимается вверх и удаляется из аппарата через сливной патрубок 6.

Рис. 27. Гидроциклон.

1- цилиндрическая часть корпуса; 2- коническая часть корпуса; 3- тангенциальный ввод суспензии; 4- перегородка; 5- патрубок; 6- вывод осветленной жидкости; 7- вывод шлама.

Рис. 28. Гидроциклон из пластмасс (слева) и батарейный гидроциклон (справа).

Гидроциклоны из пластмасс обеспечивают выделение из растворов частиц свыше 10 мкм. Конструкция технологична в изготовлении, основные детали выполнены литьем под давлением из высокопрочных и износостойких пластмасс. Преимуществом гидроциклонов является компактность в сочетании с высокой производительностью и низкая стоимость вследствие малой материалоемкости и серийного изготовления.

Батарейные гидроциклоны используют для создания более высоких производительностей.

Гидроциклонные установки предназначены для разделения суспензий и очистки оборотных и сточных вод от взвешенных частиц при больших производительностях а также для предварительного сгущения суспензий.

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒