ПР№5 Теплообмінні апарати

Прикріпити файл з написаною ПР

Практична робота №5

Тема: ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ

Мета: ознайомитись з основними теплообмінними апаратами, їх класифікацією, конструкцією (на прикладі кожухотрубного теплообмінника) та основами розрахунків.

Матеріальне забезпечення: опорні конспекти; відеозапис процесу виробництва морозива; схеми теплообмінників: кожухотрубного, багатоходового, теплообмінника типу «труба в трубі», змійовикового, зрошувального, спірального та пластинчастого.

Загальні та теоретичні положення:

1. Класифікація теплообмінників

Теплообмінники — це пристрої, в яких здійснюється теплообмін між середовищами, які гріють, і середовищами, які нагріваються. Для того щоб розібратися в різноманітті теплообмінників, їх класифікують за певними ознаками.

У теплообмінних апаратах здійснюються майже всі види теплових процесів, тому залежно від виконуваних функцій їх поділяють на такі основні групи: нагрівачі, випарники і кип'ятильники, холодильники і конденсатори, випарні апарати, пастеризатори, регенератори, деаератори та ін.

Залежно від виду робочих середовищ розрізняються теплообмінники:

- рідинно-рідинні - при теплообміні між двома рідкими середовищами;

- парорідинні - при теплообміні між парою і рідиною;

- газорідинні - при теплообміні між газом і рідиною. За способом передачі теплоти розрізняються теплообмінники поверхневі і змішувальні.

У поверхневих теплообмінниках відбувається передача теплоти через поверхню нагрівання. У змішувальних теплообмінниках здійснюється обмін теплотою при безпосередньому змішуванні теплоносіїв. Поверхневі теплообмінники бувають рекуперативні та регенеративні. У рекуператорах теплоносій і продукт, між якими відбувається теплообмін, знаходяться по різні боки стінки, що їх розділяє. В регенераторах одна й та же поверхня апарату омивається почергово то теплоносієм, то продуктом. Ці теплообмінники в харчовій промисловості значного поширення не отримали.

За тепловим режимом розрізняються теплообмінники періодичної дії, в яких спостерігається нестаціонарний тепловий процес, і безперервної дії з процесом, що встановився в часі.

За конфігурацією поверхні теплообміну розрізняються теплообмінники: трубчасті, пластинчасті, спіральні, оболонкові і з оребреною поверхнею. Трубчасті теплообмінники, в свою чергу поділяються на кожухотрубні, змієвикові, типу "труба в трубі", елементні секційні, зрошувальні і комбіновані.

Окрім наведених основних класифікаційних ознак теплообмінних апаратів, їх можна класифікувати за додатковими ознаками. Так за напрямом руху робочих середовищ розрізняють теплообмінники прямоточні, протитечійні, з перехресною течією і зі змішаною течією; за числом ходів теплоносія розрізняють теплообмінники одноходові і багатоходові; за жорсткістю конструкції -теплообмінники жорсткого, напівжорсткого і нежорсткого типу.

1. Конструкція теплообмінників на прикладі кожухотрубного

Кожухотрубні теплообмінники отримали в промисловості найбільше застосування завдяки своїй компактності, простоті у виготовленні та надійності в роботі. Вони використовуються для теплообміну між потоками в різноманітних агрегатних станах: пара-рідина, рідина-рідина, газ-газ, газ-рідина. На рис.1 показано вертикальний одноходовий теплообмінник жорсткої конструкції, що складається з циліндричного корпусу (або кожуха) 1 і приварених до нього трубних решіток 2 з пучком труб 3. Пучок труб ділить весь об′єм корпусу теплообмінника на трубний простір, укладений всередині гріючих труб, і мїжтрубний. До корпусу приєднані з допомогою болтового сполучення два днища 5. Для введення і виведення теплоносіїв корпус і днища мають патрубки 4. Один потік теплоносія, наприклад, рідина, спрямовується в трубний простір, проходить по трубках і виходить з теплообмінника через патрубок у верхньому днищі. Інший потік теплоносія, наприклад пара, рухається у міжтрубному просторі теплообмінника, омиваючи ззовні пучок гріючих труб. При цьому середовище, що гріється, спрямовують знизу вгору, а середовище, що віддає теплоту,- в протилежному напрямі.

1. Розрахунок теплообмінників

Розрізняють два види розрахунку теплообмінників: проектний і перевірний. Проектний розрахунок виконується при проектуванні нового теплообмінника, коли задано кількість продукту, що охоло­джується або нагрівається, і його параметри. Мета проектного розрахунку - визначення необхідної поверхні теплообміну, витрати теплоносія або холодоагенту, конструктивних розмірів вибраного апарата, його гідравлічного опору та механічної міцності.

За допомогою перевірного розрахунку виявляють можливість використання наявних теплообмінників в умовах заданого процесу і визначають умови, що забезпечують оптимальний режим роботи апарата.

Проектний розрахунок включає вибір типу і конструкції теплообмінного апарата, тепловий, конструктивний, гідравлічний, механічний та техніко-економічний розрахунки.

Тепловий розрахунок теплообмінників полягає у визначенні необхідної поверхні теплообміну з основного рівняння теплопередачі.

Хід роботи:

1. Ознайомитись з опорним конспектом і загальними та теоретичними положеннями.

2. Скласти схему класифікації теплообмінників.

3. Наведіть приклади використання теплообмінників в харчовому виробництві.

4. Зобразити принципову схему кожухотрубного теплообмінника, позначити основні конструктивні елементи, навести принцип дії.

5. Перегляньте відеозапис виробництва морозива. Які теплообмінники та на якому етапі там використовуються?

6. Зробити висновки за результатами даної роботи.

Контрольні запитання:

1. Що називається теплообмінником?

2. На які групи поділяють теплообмінні апарати?

3. Назвіть найбільш компактні теплообмінні апарати.

4. Як спрямовують середовище, що гріється та середовище, що віддає теплоту у кожухотрубних теплообмінниках?

5. Які два види розрахунку теплообмінників ви знаєте?

6. З якою метою виконується проектний розрахунок теплообмінника? Які величини треба знати, щоб його виконати?

7. З якою метою виконують повірочний розрахунок теплообмінника?

8. Яке рівняння лежить в основі теплового розрахунку теплообмінників? В чому він полягає?