Теплопередача в промышленных аппаратах. Классификация теплообменных аппаратов. Расчет рекуперативных теплообменных аппаратов

Противоточная схема движения теплоносителей дает наибольшее значение температурного напора, прямоточная – наименьшее. Сложные схемы дают промежуточное значение среднего по поверхности теплообмена температурного напора. Соответственно, для передачи одного и того же количества теплоты в случае противоточной схемы потребуется наименьшая поверхность нагрева теплообменного аппарата по сравнению с прямоточной или перекрестноточными схемами, поэтому, при прочих равных условиях, она является более предпочтительной. Недостатком противоточной схемы по сравнению с прямоточной является больший перепад температуры поверхности теплообмена по ее длине. В некоторых случаях это приводит к уменьшению износостойкости или даже к разрушению поверхности теплообмена.

Общая методика проектного расчета рекуперативного теплообменника заключается в следующем:

1. Определить количество передаваемой теплоты Q по формуле (1).

2. Определить конечные температуры рабочих жидкостей, выразив их из уравнения (1).

3. Рассчитать коэффициент теплоотдачи горячего теплоносителя a₁ по методикам, освоенным в курсе «Тепломассообмен».

4. Рассчитать коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя a₂ по методикам, освоенным в курсе «Тепломассообмен».

5. Определить коэффициент теплопередачи .

6. Определить температурный напор по формулам (3), (4) или (8).

7. Определить поверхность нагрева теплообменника F, выразив ее из уравнения (2).

8. Учесть конструктивные особенности теплообменного аппарата для сложных схем движения теплоносителей и определить его габариты.

3. ЗАДАЧИ

1. Масло марки МС поступает в маслоохладитель с температурой = 70 ^оС и охлаждается до температуры = 30 ^оС. Температура охлаждающей воды на входе = 20 ^оС. Определить температуру воды на выходе из маслоохладителя, если расходы масла и воды равны соответственно G₁ = 1^.10⁴ кг/ч и G₂ = 2,04^.10⁴ кг/ч. Потерями теплоты в окружающую среду пренебречь. Ответ:= 30 ^оС.

Решение: Средняя температура масла . Теплоемкость масла при этой температуре . Количество передаваемой теплоты  Теплоемкость воды  Температура воды на выходе из маслоохладителя

2. До какой температуры будет нагреваться вода в маслоохладителе, если расходы масла и воды будут одинаковыми: G₁ = G₂, а температуры ,  и  такими же как в предыдущей задаче? Ответ:= 40,4 ^оС.

3. Определить значения средних логарифмических температурных напоров между теплоносителями в условиях задач 1 и 2, если теплоносители движутся по схеме противотока. Ответ:Dt_л = 21,7 ^оС и Dt_л = 18,1 ^оС.

Решение: Для условий первой задачи большая разность температур теплоносителей . Меньшая разность температур жидкостей . Тогда средний логарифмический температурный напор  

4. В воздухоподогревателе воздух нагревается от температуры = 20 ^оС до = 210 ^оС, а горячие газы охлаждаются от температуры = 410 ^оС до = 250 ^оС. Определить средний логарифмический температурный напор между воздухом и газом для случаев движения их по прямоточной и противоточной схемам движения теплоносителей (рис. 2). Ответ:Dt_прям = 154 ^оС и Dt_прот = 215 ^оС.

5. Определить среднелогарифмический температурный напор для условий предыдущей задачи, если воздух и газ движутся по схеме «перекрестный ток» и поток каждого теплоносителя хорошо перемешивается. Сравнить результат с ответом к предыдущей задаче. Ответ:Dt_перекр = 185 ^оС, Dt_прот > Dt_перекр > Dt_прям.

Решение: Среднелогарифмический температурный напор при перекрестном токе теплоносителей определяется по формуле (8). Средний логарифмический температурный напор для противоточной схемы движения теплоносителей по результатам предыдущей задачи