Спиральные теплообменники

      Если материал прокладки разрушается одним из теплоносителей, то один канал заваривают с обеих сторон, а другой уплотняют полоской прокладкой. При этом глухой канал недоступен для механической очистки.

      Спиральные теплообменники отличаются компактностью, малыми гидравлическими сопротивлениями и значительной интенсивностью теплообмена при повышенных скоростях теплоносителей.

      Недостатки спиральных теплообменников - сложность изготовления  ремонта, невозможность применения при давлении рабочих сред свыше 10 кгс/.

      Сосуд ,работающий  под давлением, -это герметически  закрытая емкость, предназначенных   для ведения химических и тепловых  процессов,а также для хранения  и перевозки сжатых , сжиженных  и растворенных газов и жидкостей под давлением.Границей сосуда являються входные и выходные штуцера.

      Применение аппаратов  и коммуникаций , работающих под давлением , требует выполнения специальных мер предосторожности, несоблюдение которых может вызвать разрушение их с тяжелыми последствиями.В связи со значительной опасностью сосудов, работающих под давлением , создана и действует орпеделенная система изготовления , эксплуатации, обслуживания и контроля этих устройств.Онп определена "Правилами устройства  и безопасной  эксплуатации сосудов работающих под давлением", утвержденными Госгортехнадзор СССР 19 мая 1970 года , и обязательна для всех ведомств, предприятий и организаций.Эти правила распространяются на сосуды,работающие под избыточном давлении более 70 кПа (0.7 кг/см2),.Конструкция сосудов должна быть надежной , обеспечивать безопасность при эксплуатации и предусматривать возможность осмотра , очистки , промывки и продувки и ремонта. материалы для изготовления сосудов должны обладать хорошей свариваемостью , иметь прочностные  и пластические характеристики , обеспечивающие надежность и долговечность сосудов для требуемых давлений , температур и сред.Особое внимание еделяют сварке:к производству сварочных работ допускаются сварщики, прошедшие специальное обучение и и меющие удостоверение на производство таких работ.Некоторые сварные соеденения сосудов подлежат обязательному клеймению,позволяющими установвить фамилию сварщика , выполняющего данную работу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Вопросы экологии

      В процессе эксплуатации теплообменных аппаратов любого типа на его внутренних поверхностях могут образовываться загрязнения в виде смол, окалины, накипи и т. д., что вызывает необходимость их отчистки. Обычно такие загрязнения удаляются при помощи воды или пара, в результате чего образуются химически грязные сточные воды, которые могут нанести ущерб экологии. В связи с этим возникает необходимость обезвреживания и очистки сточных вод.

Существует несколько  видов очистки сточных вод:

-процеживание - сточные боды  процеживают через решетки или  сита для извлечения крупных примесей;

-отстаивание - применяется  для выделения из сточных вод  грубодисперсных примесей;

-нейтрализация - взаимная  нейтрализация кислых и щелочных  сточных вод.

Так же возможно обезвреживание сточных вод путем сжигания в  шахтных печах, в результате чего все органические отходы сложного состава образуют соединения в виде золы или гранул.

      Наряду со всеми этими методами очистки сточных вод применяется биологическая очистка. Этот метод , основан на способности бактерий использовать в качестве питательного субстрата многие органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах.

      В процессах биологической очистки сточных вод часть окисляемых микроорганизмами веществ используется в процессах биосинтеза, а другая часть превращается в безвредные продукты окисления – воду, углекислый газ, нитраты и д.р.

Аппараты для очистки:

Адсорбционная регенерационная  система очистки воздуха «АРС – аэро» 

Краткое описание технологии очистки воздуха:

Стадия очистки воздуха. Загрязненный воздух поступает в заборное устройство 1 (вытяжной зонт или аналогичное оборудование), далее через открытое запорное устройство 2 в адсорбер 3, при этом запорное устройство 9 закрыто. Загрязняющие вещества поглощаются адсорбентом, размещенном в кассетах специальной конструкции 4. Кассеты позволяют легко заменять адсорбент при необходимости. Кассеты расположены перпендикулярно направлению движения воздушного потока.

      Очищенный от загрязнений воздух выбрасывается в атмосферу вентилятором 6. Процесс адсорбции может происходит непрерывно или дискретно в течение рабочей смены в соответствии с регламентом работы оборудования, выделяющего загрязняющие вещества.

      Стадия десорбции. После окончания процесса очистки воздуха необходимо привести запорное устройство 2 в положение "закрыто", а запорное устройство 9 в положение "открыто" (данный процесс может выполняться в автоматическом или ручном режиме). Система автоматического управления установки включает процесс десорбции. Атмосферный воздух забирается через систему подготовки воздуха 7, где происходит его сушка и фильтрация пыли. Далее воздух подается в озонатор 8, где происходит электросинтез озона малой концентрации. Подготовленная таким образом озоно-воздушная смесь подается непосредственно в адсорбер 3. Происходит процесс окисления вредных веществ озоном на поверхности адсорбента, в результате чего адсорбент очищается и становится пригодным для повторного использования.

 

Рисунок 15 .Адсорбционная регенерационная система очистки воздуха «АРС – аэро»

2. Расчетная часть

      Цель работы: Рассчитать и спроектировать спиральный теплообменник.

2.1 Тепловой расчет.

Цель расчета:

- Определить ориентировочную  поверхность теплообмена, подобрать  его по ГОСТу;

- Произвести проверочный  расчет поверхности теплообмена  стандартного аппарата.

Исходные данные:

G=9200 т/ч (2.55 кг/сек) - массовый расход хлорбензола.

P=0.319 МПа – давление обогревающего агента НВП (насыщенного водяного пара).

t₁ = 20°C – начальная температура хлорбензола.

 t₂ = 80°С – конечная температура хлорбензола.

 

2.1.1. Определение среднего  температурного напора в условиях  противотока: [1]

 

      По таблице  XXXVIII. «Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления »  определяем температуру НВП.

 

6.                            135,6

      __________________________

80. 20

      __________________________

        м =135,6-80=55,6         б=135,6-20=115,6

 

Так как      б/ м = 115,6/55,6= 2,08 >2                                                                      (3.1) 

 то       ср = ( б - м) / [2,3*lg ( б/ м )]                                                       (3.2)

                      ср = (115,6-55,6) / [2,3*lg(115,6/55,6)] = 82 °C

 

2.1.2. Определение средних  температур теплоносителей, Тср,  t ср  в °С, по формулам: [1]

 

       Т = Т₁ – Т₂                 Т = 135,5 –135,6 = 0°С                                                              (3.3)

       t = t₂ – t₁                      t = 80 – 20 = 60°C

Так как    T<  t,  то   Тср = (Т₁+Т₂)/2            Тср = (135+135)/2 = 135°С                   (3.4)

                                   t ср = Tср – ср           t ср = 135,6 – 82 = 53,6°С                          (3.5)

где   t₁, t₂ – начальная и конечная температуры хлорбензола, °С

        Т  – температура НВП,  °С

        ср – средний температурный напор, °С

2.2 тепловой расчет

2.2.1. Определение ориентировочного  коэффициента теплопередачи   К в Вт/м² *К, по формуле: [1]

                    К = 1/(1/ ₁ + г загр.₁ + ст/ ст + г загр.₂ + 1/ ₂), Вт/м² *К          (3.6)

где  ₁, ₂ – ориентировочные коэффициенты теплоотдачи НВП и хлорбензола, Вт/м² *К

          г загр.₁, г загр.₂ – термическое сопротивление слоя загрязнений со стороны НВП

 и хлорбензола, м² *К/Вт

          ст – толщина стенки, м

          ст – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м *К

 

                       К = 1/(1/5000 + 0,00018 + 0,002/50 + 0,00018 + 1/700) = 493 Вт/м² *К

   

    Таблица 1 -  Физические параметры теплоносителей

        Параметры                  Хлорбензол при t ср = 53,6°С              НВП при Тср = 135°С

 Плотность, кг/м³                       1071,4                                                     1,75      

 Вязкость, Па*с                         0,552*10^-3                                          0,01365*10^-3 

 Удельная теплоемкость,         0,34*4190                                      0,458*4190                  

 Вт/кг*град

 Теплопроводность                  0,1053*1,16                                       0,0284*1,16

  Вт/м*град 

 Теплота испарения,                                                                             515,52*4190

  Дж/кг

 Энтальпия, Дж/кг                                                                                651,24*4190

 

3.2.2.2. Определение температуры  стенки со стороны насыщенного  водяного пара Тст, °С по  формуле:

                             Тст = Тср – (К/ ₁)* ср                                                                  (3.7)

где   Тср – средняя  температура НВП, °C

          К – ориентировочный коэффициент  теплопередачи, Вт/м²*К

          ₁ – ориентировочный коэффициент теплоотдачи, Вт/м² *К

          ср – средний температурный напор, °С

 

                            Тст = 135- (493/5000)*80 = 127,68 °С

2.2.3. Определяем температуру  пленки конденсата НВП, °С  по формуле:

       

                             t пл = (Тср + Тст)/2                                                                           (3.8)  

где Тср – средняя температура  НВП, °С

      Тст –  температура стенки, °С

                            

                            t пл = (135,6 + 127,68)/2 = 131,64 °C

 

3.2.2.4. Определение тепловой  нагрузки на аппарат, Q нагр., Вт  по формуле:

 

                   Qнагр. = q*c(t к – t н)                                                                                  (3.9)     

где  q – массовый расход хлорбензола, кг/с

        с  – удельная теплоемкость хлорбензола,  Дж/кг*К

        tн, tк –начальная и конечная температуры хлорбензола, °С

 

                    Qнагр. = 2,55* 0,34*4190*(80 – 20) = 217963 Вт

 

2.2.5. Определение ориентировочной  поверхности теплообмена, м²  по формуле:

 

                           Q = K*F* ср     F = Q/ (K* ср)                                                         (3.10)

где  Q – тепловая нагрузка на аппарат, Вт

        К  – ориентировочный коэффициент  теплопередачи, Вт/ м *К

        ср – средний температурный напор, °С

 

                          F = 217963/ (493*82) = 5.39 м²

 

     По ГОСТ 12067-72 подбираем стандартный теплообменник  типа 1 исполнения 2.

 

Таблица 2 -  Размеры теплообменника

Поверхность        Ширина             Размеры теплообменника, мм                              

Теплообмена, м²  ленты, мм    Н     h*     h1   h2   I     A    A1    A2   Д   Ду1  Ду2 Ду3  В

         10                8                 1230  1000 700 620 560 900 1000 250 640 200   65    50     400

 

      Привести  рисунок спирального теплообменника  с приведенными размерами.

 

3.2.2.6. Определение точного  коэффициента теплоотдачи от  стенки спирали к хлорбензолу  (канал II)

     Расчет производим  согласно схеме:

 

 

G  -------- w ----------- Re хб ------------- Nu хб --------- хб = (Nu* )/ dэкв 

 

S                            dэкв

 

   - Определяем линейную  скорость движения хлорбензола,  м/с  по формуле:

 

                        G = w*S*                 w = G/(S* )                                                            (3/11)

где  G – массовый расход хлорбензола

        – плотность хлорбензола при t ср = 53 °С, кг/м³

        S – сечение спирали, м²

 

                          w = 2,55 /(0,0032*1071,4) = 0,744м/с

 

-  Определяем эквивалентный  диаметр канала, м  по формуле:

 

                         dэкв = 4*S/ 2*В = 4 В*b/2B = 2b                                                             (3.12)

где   b – ширина канала, м

                         dэкв = 2*0,008 = 0,016 м   

 

-  Определяем сечение  спирали, м   по формуле:

                          S = b*B                                                                                                     (3.13)

где В – ширина спирали, м

       b – ширина канала, м

                         S = 0,008*0,4 = 0,0032

 

-   Определяем критерий  Рейнольдса по формуле:                                 

 

                                      Re = w* *dэкв/                                                                        (3.14)

где  w – линейная скорость движения хлорбензола, м/с

        – плотность хлорбензола при tср = 53 °С , кг/м³

        dэкв – эквивалентный диаметр канала, м