қаптама құбырлы жылуалмастырғыш

                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мазмұны

 

Кіріспе........................................................................................................4

 

1        Әдеби шолу....................................................................................5

1.1     Жылуалмастырғыш аппараттарының құрылымы.......................5

1.2    Қыздырудың құбырлы бетті жылуалмасу

         аппараттары....................................................................................5

1.2.1  « Құбыр ішіндегі құбыр» типті қосқұбырлы

          жылуалмастырғыш........................................................................5

1.2.2 Қаптама құбырлы жылуалмастырғыш. Құрылғы және

         жұмыс жасау принципі................................................................6

1.3     Жылуалмастырғыштың түрлері..................................................10

1.3.1 Иірімді жылуалмастырғыштар....................................................10

1.3.2  Спиральді жылуалмастырғыштар...............................................11

1.3.3 Графитті жылуалмастырғыштар..................................................12

1.3.4 Элементті (секциялы) жылуалмастырғыштар............................13

1.3.5 Пластиналы жылуалмастырғыштар............................................14

2        Технологиялық есептеу................................................................16

2.1 Қаптама құбырлы жылуалмастырғышта  технологиялық

есептеулері...............................................................................................17

2.2  Гидравликалық  кедергісін есептеу.................................................19

2.3 Оптималды  қалыптандырылған жылуалмасу аппаратын

таңдау.......................................................................................................21

        Қорытынды..............................................................................................22

 

Қолданылған әдебиеттер........................................................................23

 

Қосымша..................................................................................................24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Тақырыптың  өзектілігі: Жылуалмасу процестері температура өзгерісімен яғни жылудың берілу және алыну жолымен сипатталады. Жылуалмасу құбылыстары химиялық технологияда кеңінен тараған жылуалмастырғыш аппараттардың қозғаушы күші болып табылады. Жылуалмастырғыш аппараттарды өндірісте қолдану мақсатында шығынсыз әрі тиімді жобалау маңызды мәселе.

 

Курстық жобаның  мақсаты: Бензолды ысытуға арналған өнімділігі 8т/сағ қаптама құбырлы жылуалмастырғыш аппаратты жобалау.

 

Курстық жобаның  міндеті:

1 Жылуалмастырғыш аппараттарды сипаттау;

2 Жылуалмастырғыш аппараттардың түрлерін жіктеу;

3 Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар туралы түсінік беру.

 

Тірек сөздер: жылуалмасу процесі, жылуалмастырғыш, аппараттар, қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар, спиральді жылуалмастырғыш, конвекция, иірімді жылуалмастырғыш, құбыр аралық кеңістік, қалқанша, құбырлық тор, жылу өту, түтікшелер, жылутасмалдағыштар, графитті жылуалмастырғыш, элементті жылуалмастырғыш, температура, пластиналы жылуалмастырғыш, фланец.

 

Курстық жоба: 2 бөлімнен, 13 қолданылған әдебиеттер тізімінен, 8 суреттен, 8 қосымша кестеден тұрады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Әдеби шолу

 

1 .1 Жылуалмастырғыш аппараттарының құрылымы

 

Жылу берілу әдісіне байланысты жылуалмастырғыштарды  екі негізгі топқа бөледі:

1)беттік жылуалмасытырғыштар, яғни ортамен жылу алмасу  бөліп тұрған жылу алмасу беті - «керең қабырға» арқылы беріледі.

2) араластырғыш жылуалмастырғыштар, яғни жылу бір ортадан екінші ортаға түйісу арқылы беріледі

Бұл екі топ рекуперативті  аппараттарды құрайды. Беттің формасына  байланысты рекуперативті аппараттарды жылуалмасудың құбырлы бетті және жазық бетті аппараттар болып бөлінеді.

 

 

1.2 Қыздырудың құбырлы бетті жылу алмасу аппараттары

 

1.2.1 « Құбыр ішіндегі құбыр» типті қосқұбырлы жылуалмастырғыш

 

Бұл типті жылуалмастырғыштар бірнеше тізбектес жалғанған  бөлімдерден тұрады. Әр бөлім екі біліктес құбырдан тұрады. Ішкі құбырларды тазалау және ауыстыру үшін бір бірімен «калачтармен» немесе колендермен жалғайды. Қосқұбырлы жылу алмастырғыштар маңызды қыздыру бетке ие және коллектормен параллельно жалғанған бірнеше секциядан тұрады. Егерде  жылуалмастырғыштың  біреуі бу болатын болса, ережеге сәйкес құбыраралық (айналмалы) кеңістікке жіберіледі. Мұндай жылуалмастырғыштар жиі сұйықтықты немесе бусұйықтықты қолданады. Жоғары қарқынды жылуалмасуды қамтамасыз ету үшін жұмыс ортасына сәйкес құбырлардың диаметрі таңдалады.

 «Құбыр ішінде құбыр» типті жылуалмастырғыштардың құрылымы қрапайым және мехнаникалық тазалауға болады, жеке бөлшектерін ауыстыру қиын емес. Негізгі артықшылығы жылутасымалдағыштардың оптималды қозғалу жылдамдығын қамтамасыз етуі, яғни құбырлардың диметрін сәйкесінше таңдауға болады және жоғары жылу беру коэффициенті, жоғары қысымда қыздыру және салқындату мүмкіндігі, дайындаудың, монтаждаудың, қызмет көрсетудің  қарапайымдылығы.

 «Құбыр ішінде құбыр» типті аппараттардың кемшілігі - тым үлкенlілігі, сыртқы құбырларды жасауда металл шығының құнының жоғарылығы, айналмалы кеңістіктің тазалау қиындығы. 

 

1-ішкі құбыр; 2- сыртқы  құбыр; 3-иілген қосу құбыры; 4- қосу  түтікшелері

 

Сурет 1. «Құбыр ішінде құбыр» типті жылуалмастырғыштың сызбасы

 

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыш аппараттар  «Құбыр ішінде құбыр» типті аппараттарға ұқсас, тек сыртқы бір құбырдың орнына үлкен диаметрлі құбырлар шоғы орналастырылған.

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар тұтастығымен сипатталады. Аппараттың бірлік көлемінің бетінде жылу берілу 200 м² жетуі мүмкін.

Жылан түтікті жылуалмастырғыштардың  жылу алмасу беті жылан түтікті құбырдан жасалады, яғни ішіне ыстық және салқын жылутасымалдағыштар жіберіледі. Жылан түтіктің орамдарының санына гдравликалық кедергісі маңызды шектеледі, сондықтан жылан түтікті аппараттарының жылу алмасу беті  аз. Сондықтан оларды өнімділігі аз аппараттарда қолданады.

 

 

1.2.2 Қаптама құбырлы жылуалмастырғыш. Құрылғы және жұмыс жасау принципі.

 

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар ең кең тараған аппараттарға жатады. Оларды жылу алмасу және термохимиялық процестерде, яғни әртүрлі сұйықтықтар, булар мен газдар арасында олардың агрегатты күйінің өзгеруі және өзгермеуі кезінде жылу  алмасуда қолданады.

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар ХХ ғасырдың басында жоғары қатысты қасымда су қыздыру және конденсаторлар үшін қажетті, яғни жылулық станцияларда үлкен бетті жылуалмастырғыштар қажетілігінен пайда болды.

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштарды конденсатор, қыздырғыштар және буландырғыштар ретінде қолданады. Қазіргі уақытта олардың құрылымы қолданудың арнайы есебі арқылы жетілді. Сол кездері мұнай өндірісінде қаптама құбырлы жылуалмастырғыштарды кең қолдана бастады. Қиын жағдайларда шикі мұнай мен органикалық сұйықтықтарды қыздырғыш, салқындатқыш, буландырғыш және конденсатор қажет болды. Жылуалмастырғыштарда жиі жоғары температурада лас сұйықтықтармен жұмыс жасауға тура келді, сондықтан оларды жөндеу және тазалау үшін тиімді етіп құрастыру қажет болды.

Жылдар өте қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар ең кең қолданылатын аппарат болды. Бұл негізінен ең алдымен құрылымының сенімділігінен, әртүрлі жағдайда қолдануда, соның ішінде:

- Бір фазалы ағындар, қысымның вакуумнан жоғары мәнге дейін және қыздыру мен  салқындату жақтарының көлденең және тік бағыттар орындалуы;

- Әртүрлі нұсқалардың әсерінен екі жақта да қысымның өзгеруі;

- Аппарат құнын өсірмей термиялық кедергі талаптарын қанағаттандыруы;

- Көлемінің кішкентайдан шексіз үлкен болуы  (5000 м2)

- Қысым, температуралық режим және коррозия, құны талаптарына сәйкес әртірлі материалдарды қолдану мүмкіндігі;

- Әртүрлі дамыған  құбыр ішінде жіне сыртында жылу алмасу беті ретінде әртүрлі интенсификаторларды қолдану;

- Жөндеу және тазалау үшін  құбырлар шоғын шығарып алу;

Бірақ та қаптама құбырлы жылуалмастырғыштардың кең қолдану жағдайы мен құрылымы экономикалық жағынан тиімді, сипаттамалары жағынан сәйкес пластиналы, орамалы жылуалмастырғыштарды басқаларын қолдану шектемеуі қажет.

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар бірнеше құбыр шоқтарынан, қаптамадан, камерадан, түтікшеден және тіректерден тұрады. Құбырлы және құбыр аралық кеңістік бұл аппараттарда бытыраңқы және олрдың әрқайсысын қалқаншалармен бірнеше жүрістерге бөлуге болады. Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштың классикалық сызбасы суретте көрсетілген:

 

 

Сурет 2. Қаптама құбырлы жылуалмастырғыш

Аппараттың жылу алмасу беті бірнеше жүз шаршы метрден және бірнеше мың шаршы метр болуы мүмкін. Бу турбинасының қуаттылығы 150 Мвт болатын конденсатор жылу алмасу  мың құбырдан тұрады.

Кең тараған қаптама құбырлы аппараттар сызбасы суретте көрсетілген:

 

 

Сурет 3. Жылуалмастырғыштын түрлері 

 

 Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштың қаптамасы (қорап) пісірілген бір немесе бірнеше болат беттерден тұрады.  Қаптамаларды құбырлы тақта және жабынмен  қосу әдісіне байланысты бөледі.Қаптама қабырғасының қалыңдығы жұмыс ортасының қысымы мен қаптаманың диаметрімен анықталады және ол 4 мм аспайды. Қаптаманың цилиндрлі жиектеріне жабын мен түбін қосатын фланецтерді пісіреді. Қаптаманың сыртқы бетіне аппараттың тіректерін орнатады.

Қаптама құбырлы  жылуалмастырғыштардың түтікшелерін түзу немесе иілген диаметрі (U-тәрізді немесе  W-тәрізді ) 12 ден 57 мм болатын құбырлардан жасайды.

  Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштарда құбыр аралық кеңістіктің өту қиылысы құбыр ішіндегі өту қиылысына қарағанда 2-3 есе үлкен. Сондықтан бір фазалы күйдегі жылутасымалдағыштың жылу берілу кэффициенті құбыр аралық кеңістік бетінде аз, бұл аппараттағы жалпы жылу берілу коэффициентін төмендетеді. Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштағы құбыр аралық кеңістікте қалқаншаның болуы жылутасымалдағыштың жылдамдығын және жылуалмасудың қарқындылығын жоғарлатады.

Құбырлы тақталар (торлар) мұнда құбырларды жаншып қақтау, дәнекерлеу немесе сальникті бекітуге қолданады. Құбырлы тақташаларды қаптамаға (сур 3. а, в)  фланец тарасында (сур 3. д, е )  болттармен бекітеді. Тақта материала ретінде қалыңдығы 20 мм болат беттер қолданылады. Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар қатты (сур 3 .а,к ), қатты емес (сур 3.г,д,е,з,и) және жартылай қатты құрылымды, бір жүрісті және көп жүрісті, тура ағынды және  кері ағынды, көлденең ағынды, тік және көлденең иілімді. 3 (а) суретінде қатты құрылымды түзу құбырлы бір жүрісті жылуалмастырғыш көосетілген. Қаптама мен құбыр арасы құрырлы тормен қосылған және мұнда жылулық өтемдердің болуы мүмкін емес. Мұндай аппараттар құрылымы қарапайым және тек қорап пен құбыр шоқтарының арасындағы температура айырмасы аз болған жағдайда қолданылады (50^оС). Құбыр аралық кеңістікте жылутасымалдағышты жылдамдығының төмендігіне байланысты жылу беру коэффициенті төмен. 

Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштарда құбыр аралық кеңістіктің өту қиылысы құбыр ішіндегі өту қиылысына қарағанда 2-3 есе үлкен. Сондықтан бір фазалы күйдегі жылутасымалдағыштың жылу берілу кэффициенті құбыр  аралық кеңістік бетінде аз, бұл аппараттағы жалпы жылу берілу коэффициентін төмендетеді. Қаптама құбырлы жылуалмастырғыштағы құбыр аралық кеңістікте қалқаншаның болуы жылутасымалдағыштың жылдамдығын және жылу алмасудың қарқындылығын жоғарлатады. 3 (б) суретінде  құбыр аралық кеңістікте көлденең қималы қалқаншалары бар жылуалмастырғыш көрсетілген және жоғарғы құбырлы тақтаның орынауыстыруы кезінде жартылай қатты мембраналы жылулық ұзартулардың компенсациясы болады.

Бусұйықтықты жылуалмастырғыштарда бу әдетте құбыр аралық кеңістікте, ал сұйықтық – құбыр арқылы өтеді. Қорап пен құбыр қабырғаларының температура айырмашылығы аз. Қаптама мен құбыр арасындағы жылулық ұзартулардың компенсация айырымы үшін линзалы     ( сур 3. в), сальникті (сур 3. з,и) немесе сильфонды (сур 3. ж) компенсаторлар орнатады.

Металдардағы кедергіні  жылулық ұзартуларды ескере отырып сонымен қатар иілген U- және W тәрізді құбырларды қолданып бір камералы жылуалмастырғыштарды дайындайды. Олар жоғары қысымды жылутасымалдағыштарды қолдануда тиімді, яғни су камерасы мен құбыр мен құбыр тақтасын қысымды аппаратта бекіту қиын да күрделі процесс. Бірақ та иілгіш құбырлы аппараттар иілу радиусы әртүрлі құбырларды дайындау  және құбырларды ауыстыру мен тазалау қиындығына байланысты кең таралмаған.

Компенсационды құрылғыларды дайындау күрделі ( мембраналы, сильфонды, илгіш құбырлы) немесе қолдануда сенімді емес (линзалы, сальникті). Аса жетілген құбырлы жүйенің ішкі екінші жабын тақтасының еркін орын ауыстыруы мен бірінші  құбыр қатты бекітілген құрылымды жылуалмастырғыш (сур 3. е). Аппараттың қорап диаметрі мен қосымша түп дайындаудағы қымбатшылығы оның қолдануда  қарапайымдылығы мен сенімділігін ақтайды. Бұл аппараттар «қалқымалы басты» жылу алмастырғыштар деп аталады.

Кесе - көлденең токты жылуалмастырғыштар (сур.к) жылу берудің жоғары коэффициентмен ерекшеленеді, яғни жылутасымалдағыш құбырлар шоғынан кесе - көлденең өтеді. Қиылысты токта жылутасымалдағыштар арсындағы температура айырымы төмендейді, бірақта құбыр секцияларының жетіспеушілігінен қарсы ағындыға қарағанда көп емес. Кейбір мұндай құрылымды жылуалмастырғыштарда газдың құбыр аралық кеңістікте және сұйықтықтың құбырда өтуінде жылу беру коэффициентін жоғарлату үшін көлденең қабырғалы құбырлар қолданылады.

 

1.3  Жылуалмастырғыш түрлері

 

1.3.1 Иірімді жылуалмастырғыштар

 

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.