ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Оптимальное распределение нагрузок между теплообменными аппаратами из "Принципы создания безотходных химических производств" За последнее время для уменьшения количества сточных вод четко определилась тенденция перехода с водяного охлаждения на воздушное, что позволяет на 70—80% сократить расход воды и значительно уменьшить количество промышленных стоков, требуюших очистки. Срок службы аппаратов воздушного охлаждения намного больше, чем аппаратов водяного охлаждения, и приводы воздушных вентиляторов работают почти без повреждений. В аппаратах воздушного охлаждения коррозия и загрязнение ребристой поверхности труб со стороны воздуха незначительны. Поскольку воздух почти не вызывает коррозии, трубы для аппаратов воздушного охлаждения можно изготавливать из более дешевых материалов, чем для кожухотрубчатых теплообменников. В аппаратах воздушного охлаждения нет необходимости в частой чистке наружной поверхности труб. [c.66] Оптимизация теплового процесса. Задача оптимизации теплового процесса — обеспечение минимальных затрат (капитальных и эксплуатационных) на проведение процесса. [c.67] Последовательность оптимального расчета теплообменника. Для заданной конструкции аппарата выделяются независимые переменные, оптимальные значения которых должны быть найдены в процессе расчета (например, температура на выходе из теплообменника и диаметр труб). [c.67] Через независимые переменные выражаются следующие характеристики поверхность теплообмена, гидравлическое сопротивление, масса аппарата, необходимая мощность насосов. Далее решаются две задачи определяется зависимость критерия оптимальности от независимых переменных и рассчитываются оптимальные значения независимых переменных. [c.67] Пусть заданы масса охлаждаемого теплоносителя G, его температура на входе 9i вх и на выходе 6i вых, а также температура охлаждающего теплоносителя на входе 02 вх. [c.67] Из условий теплового баланса определяем зависимость массы хладоагента от температуры на выходе. Находим требуемую поверхность теплообмена для каждого значения температуры хладоагента б г, 62 и т. д. Как известно, коэффициент теплопередачи зависит от скорости течения теплоносителя. Поэтому для каждого значения температуры определяем необходимую поверхность теплообмена при различной скорости теплоносителя в трубах (u = 0,4—2,5 м/с). На основании расчета строим график (рис. П1-1,а). [c.67] Расход хладоагента Сг определяется температурой его на выходе. Задаваясь постоянными значениями диаметра труб и их длиной, получают зависимость Р от скорости хладоагента для числа ходов пучка труб п = 2, 4, 6, 8 и т. д. [c.68] Задаваясь различной температурой хладоагента на выходе, т. е. различными значениями расхода хладоагента, получают серию кривых (рис. 111-1,6). [c.68] Ранее была найдена зависимость поверхности теплообмена от скорости течения теплоносителя, удовлетворяющая уравнению теплового баланса. Совмещая кривые на рис. 111-1, а и 111-1,6, получают в точках пересечения соответствующих кривых значения поверхности теплообмена, удовлетворяющие уравнению теплового баланса, с одной стороны, и требованию необходимого числа ходов пучка труб, с другой, при разных скоростях течения теплоносителя (рис. 111-1,б). Точкам пересечения кривых отвечают требуемые значения поверхности теплообмена и скорости хладоагента для различной температуры его на выходе и разного числа ходов пучка труб. [c.68] Таким образом, определяется оптимальная конструкция теплообменника число труб в пучке и число ходов, а также оптимальная температура хладоагента на выходе. [c.69] Сложность описания и расчета теплообмена с учетом реальных условий его протекания во многом объясняет тот факт, что в настоящее время теплообменную аппаратуру рассчитывают по моделям, предполагающим режим полного вытеснения теплоносителя либо его полное смешение. Эти крайние случаи режимов течения теплоносителя обоснованы для определенных конструкций теплообменных аппаратов и видов теплоотдачи, однако в большинстве случаев использование модели идеального смешения и вытеснения теплоносителя дает погрешность в расчете. В связи с этим возникает необходимость использования более реальных моделей движения теплоносителей, обладающих одновременно достаточной простотой. [c.69] В реальном теплообменном аппарате в силу стохастической природы процесса распределение элементов потока по времени пребывания всегда неравномерное. К наиболее существенным источникам такой неравномерности можно отнести неравномерность профиля скоростей системы турбулизацию потоков молекулярную диффузию наличие застойных областей в потоке образование каналов и байпасных токов в системе. Для оценки неравномерности потоков вводится функция распределения По времени пребывания, которая определяется из отклика системы на импульсное, ступенчатое, либо частотное возмущение и позволяет количественно оценить отклонение реального потока от моделей идеального смешения и вытеснения [2]. Численные характеристики отклика системы на возмущение (среднее значение, дисперсия и др.) позволяют рассчитать параметры моделей, учитывающих стохастическую природу процесса. Сюда следует отнести диффузионную и ячеечную модели. [c.69] Схема теплообменника. [c.70] Рассмотрим нагрев потока в аппарате системы труба в трубе , конденсирующимся паром при температуре Т. Схема теплообменного аппарата приведена на рис. П1-2. [c.70] Модель идеального вытеснения. В основе модели лежат следующие допущения 1) постоянство температуры в поперечном сечении 2) отсутствие продольного перемешивания. [c.70] Решение системы уравнений (111-12) позволяет рассчитать изменение температуры по ячейкам. [c.71] Оценим теперь профиль температуры хладоагента для случая нагрева жидкости конденсирующимся паром (см. рис. П1-2), исходя из различных моделей движения хладоагента. Условия теплообмена следующие [31] расход жидкости составляет 0 = = 1000 кг/ч ее теплоемкость Ср2 = 2520 Дж/(кг-К), плотность р=1200 кг/м . Обогрев осуществляется насыщенным водяным паром, имеющим температуру 01=12О°С. Диаметр цилиндрической поверхности теплообмена равен 1 т = 0,5 м. Коэффициент теплопередачи составляет /( = 600 Вт/(м -К). Длина теплообменника 1,5 м. [c.71] Приведенные результаты показывают, сколь важно учитывать отклонения реального потока хладоагента от режимов полного вытеснения и смешения. Такой учет возможен для ячеечной либо диффузионной моделей, не вносящих существенного усложнения в расчет процесса теплообмена, но в то же время более адекватно представляющих структуру реального потока теплоносителя. [c.72] Весьма существенное значение при использовании теплообменной аппаратуры имеет распределение нагрузок по теплообменникам и синтез теплообменно-регенеративных систем с целью экономии теплоносителей и капитальных затрат. [c.72] Вернуться к основной статье