Структура потоков в теплообменных аппаратах

Большое значение как при периодической, так и непрерывной организации процесса, имеет характер движения потоков — прямоток, противоток или перекрестный ток. Структура потоков в аппарате (полное вытеснение, полное перемешивание или их комбинация) определяет выбор математической модели процесса, включающей уравнения, описывающие статику и динамику, а также граничные и начальные условия и другие характеристики процесса. Составление математической модели в каждом частном случае ведется в соответствии с системным подходом к процессу процесс разбивают на элементарные стадии, расположенные в иерархическом порядке. На первом уровне математической модели обычно располагают зависимости, описывающие условия равновесия, а также характер химических превращений (если они имеют место). На втором иерархическом уровне описываются закономерности элементарных процессов переноса, идущих в единичном зерне, в одной капле, пузыре и т. п. Третий уровень соответствует моделированию процесса в целом слое, на тарелке и т. д., включая в себя зависимости второго уровня. На четвертом уровне принимается во внимание расположение отдельных слоев, тарелок, теплообменных устройств в целом аппарате (с учетом фактора масштабирования). Пятый уровень включает описание гидродинамики и массообмена в каскаде реакторов или агрегате. [c.74]

Известно, что структура потоков в аппаратах существенно влияет на протекание химических, массо- и теплообменных процессов. Структура потоков определяется конструктивным и технологическим оформлением аппарата [1]. В связи с этим в настоящее время различают аппараты, которые обеспечивают их эксплуатацию по структуре потока [c.82]

Расчет коэффициента теплоотдачи в межтрубной зоне теплообменного аппарата представляет весьма трудную задачу. В литературе имеются лишь ограниченные сведения по методам расчета промышленных аппаратов со сложной структурой потока теплоносителя. Наличие поперечных перегородок вызывает многократное изменение направления потока, а различные зазоры (между корпусом аппарата и перегородками, перегородками и трубами пучка, байпасный канал между корпусом и пучком) обусловливают существование протечек теплоносителя. [c.236]

При математической формулировке задачи в первую очередь выделяется совокупность параметров состояния синтезируемой системы, однозначно определяющих все остальные параметры системы и ее элементов, в том числе и критерия оптимальности. Формулирование задачи, очевидно, проводится с ориентацией на определенный алгоритм синтеза, в связи с чем принимаются и соответствующие ограничения. Технологические схемы теплообменных систем могут отличаться типом функциональных элементов, т. е. теплообменных аппаратов (вектор Т), конструкционными характеристиками элементов (вектор К) и схемой соединения элементов (множество структур С). Часть параметров состояния при проектировании обычно определяется техническим заданием (например, группа типов теплообменников Т) или регламентируется действующими стандартами на теплообменное оборудование (вектор К). К независимым параметрам состояния теплообменной системы также относится вектор параметров исходных технологических потоков (X). Что касается параметров выходных потоков (вектор У), то для них обычно задается совокупность [c.453]

Задача синтеза теплообменной системы (ТС) в общем случае формулируется следующим образом [13] необходимо определить структуру технологических связей между теплообменными аппаратами заданного типа, а также размеры поверхностей теплообмена каждого аппарата разрабатываемой теплообменной системы, которые обеспечивают выполнение требуемой операции рекуперативного теплообмена между исходными т горячими и п холодными технологическими потоками при минимальном критерии эффективности. [c.76]

После синтеза оптимальной структуры теплообменной системы и определения технологических и конструкционных параметров теплообменных аппаратов, входящих в эту схему, анализируется синтезированная схема теплообменной системы. Для каждого теплообменника рассчитываются скорректированные выходные температуры потоков, обусловленные выбором стандартного аппарата с учетом коэффициента запаса поверхности. Если в результате анализа рассчитанные выходные температуры исходных потоков отличаются от заданных, следует синтезировать систему теплообменников при новых значениях тепловых нагрузок и минимально возможном сближении температур на концах аппарата. [c.82]

Разработка математической модели теплообменного аппарата осложняется спецификой конструкционного оформления и назначения, а именно родом теплоносителей, способом интенсификации процесса теплообмена, гидродинамическим режимом потоков, характером передачи тепла, конфигурацией и компоновкой поверхностей теплообмена, количеством ходов и направлением потоков тепло- и хладагентов, материалом аппарата и т. д. В основе методов расчета теплообменников лежит использование соответствующей модели структуры потока (см. табл. 2.1) с учетом источника тепла, описываемого уравнением теплопередачи [c.92]

Расчеты процессов испарения и сушки большого количества капель в сушильных вихревых камерах со сложной гидродинамической структурой потоков представляют значительные трудности. Поэтому в основу решения задачи по теплообмену в этих аппаратах целесообразно принять уравнение теплообмена, выраженное через объемный коэффициент теплообмена (а,) [c.256]

Эти модели можно выбирать для математического описания процесса в реальных теплообменных аппаратах, если структура потоков теплоносителей в них приближается к структуре идеального перемешивания либо идеального вытеснения . Например, для двухтрубных, элементных, кожухотрубчатых, спиральных и пластинчатых теплообменников применима модель вытеснение — вытеснение , для погружных теплообменников — модель перемешивание — вытеснение и т. п. [c.189]

Рассмотрим с позиций системного анализа общую схему расчета теплообменных аппаратов. Основу расчета составляют математические модели, описывающие собственно процессы теплообмена и теплопередачи, а также модели гидродинамической структуры потоков теплоносителей в теплообменниках. Структурную схему построения модели теплообменного аппарата в целом можно представить в виде, изображенном на рис. 3.9. Последовательность проектного расчета включает составление теплового баланса по всем потокам, приносящим и отводящим тепло [c.122]

Для реальных теплообменных аппаратов, в которых структура потоков теплоносителей приближается к структуре потоков идеального перемешивания или идеального вытеснения, можно выбирать одну из записанных моделей (VII.6) — (VII.8). В иных случаях реальный теплообмен характеризуется моделями, промежуточными между моделями идеального перемешивания и идеального вытеснения. [c.177]

Нами было проведено исследование структуры потоков жид -кой фазы в барботажной колонне высотой 2000 мм и диаметром 225 мы в зависимости от места ввода фаз (прямоток, противоток). Аппарат имел различное конструктивное оформление теплообменных элементов змеевик, U - образные горизонтальное теплообмен -ники из 4 секций, теплообменник из и -образных вертикальных пучков труб, вертикальный пластинчатый теплообменник, а также полый аппарат без теплообменника. [c.97]

Расчет процессов ректификации. Расчет процессов ректификации основывается на использовании уравнений материального и теплового балансов, а также соотношений, описывающих структуру потоков взаимодействующих фаз и кинетику массообмена между ними. В месте подачи исходной смеси в ректификационную колонну (и в местах боковых отборов) соотношение материальных потоков скачкообразно изменяется. Поэтому уравнения материального и теплового балансов записываются раздельно для каждой части колонны между соседними точками ввода или отбора материальных потоков (для колонны без боковых отборов — для укрепляющей и исчерпывающей частей колонны). Так как процесс ректификации проводится при адиабатических условиях (теплообмен стенок аппаратов с окружающим воздухом при расчетах обычно учитывают введением поправок), тепловой баланс выражается уравнением (V. 94) [c.550]

Пневматическое и гидравлическое транспортирование в последние годы получило широкое распространение не только для перемещения грузов, но и как составная часть технологических установок химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других смежных отраслей промышленности. Эти виды транспорта используют как реакторные устройства и другие аппараты для осуществления химических, массо- и теплообменных процессов. Эффективность аппаратов подобного типа во многом определяется гидродинамической обстановкой и структурой потока. Этим соображениям подчинено построение настоящей книги. [c.7]

В кожухотрубных теплообменных аппаратах расположение труб может быть коридорным (фиг. 15, а) и шахматным (фиг. 15, б). При поперечном обтекании пучка труб структура потока естественно оказывает влияние на коэ( )фициент теплоотдачи в межтрубном пространстве. [c.289]

Задача У1-2. Один горячий и один холодный потоки вступают в теплообмен более чем один раз в аппаратах с одинаковой нагрузкой. Определить оптимальную структуру для данной тепловой нагрузки. [c.240]

При проектировании химического производства исходная задача последовательно делится на некоторое число функциональных подсистем до уровня элементов или аппаратов. Например, при выполнении стадии технологического проектирования все производство сначала делится на отделения (подготовки сырья, химическое превращение, выделение продуктов), затем на совокупности однотипных аппаратов (реактора, ректификационных колонн, теплообменных систем и т. д.). Полученная в результате декомпозиции система представляет собой ориентированный граф, каждой вершине которого сопоставлен аппарат (группа аппаратов), а дуги характеризуют информационные потоки. Следовательно, этим графом можно отобразить задание в проект, т. е. собственно проектирование. Эty иерархическую структуру можно интерпретировать как сетевой график проектирования (изготовления проекта). [c.27]

Нестационарный теплообмен через стенки реактора. Физическая схема данного фрагмента ФХС и соответствующая связная диаграмма показаны на рис. 2.15. Здесь левая и правая 1-струк-туры с Т-элементами отражают потоки тепла соответственно от фазы I к стенке реактора и от стенки к фазе II. Тепловая емкость самой стенки моделируется 0-структурой с емкостным элементом (С-элемент). Автоматизированный вывод определяющих соотношений нестандартного теплообмена через стенку аппарата на основе построенной связной диаграммы будет рассмотрен в третьей главе при изложении процедуры формирования системных уравнений. [c.156]

Неоднородная структура фонтанирующего слоя и наличие в нем зон с различным механизмом теплообмена затрудняет выбор оптимальных вариантов размещения теплообменных элементов без нарушения структуры слоя. В цилиндроконическом аппарате небольших размеров теплообменной поверхностью может служить поверхность его корпуса. В промышленных аппаратах вертикальные поверхности следует размещать в ядре потока или на границе с периферийной зоной, поскольку в этом случае они будут работать с максимальной тепловой нагрузкой. Вертикальные трубы можно размещать в ядре или на границе с периферийной зоной. [c.95]

Посредством вибраций можно улучшить структуру порошковых теплоизоляционных материалов и засыпать их в самые труднодоступные места аппаратов. Пульсациями жидкости интенсифицируется теплообмен и массо-обмен и осуществляется как образование, так и разделение газожидкостных смесей. В лабораторных условиях посредством вибраций достигалось значительное улучшение работы ректификационных колонн. Известно о выгодах ведения физических и химических технологических процессов в нестационарном, пульсирующем режиме. Колебания жидкости сопровождаются своеобразными явлениями. Так, при колебаниях тел в жидкости возникают не только колебательные, но и стационарные потоки. Именно последние потоки главным образом и интенсифицируют теплообмен. При колебаниях жидкости по трубам ламинарная форма движения оказывается значительно более устойчивой, чем при стационарном течении. В то же время сопротивление ламинарным колебаниям и теплопередача могут быть большими, чем при стационарном турбулентном течении. Некоторые особенности пульсирующих потоков следует учитывать при проектировании холодильно-газовых и иных машин. [c.363]

Пример 5 5 [13 . Оптимизация работы теплообменного аппарата ( рис, 5.9 ). Описывая структуру потоков-в аппарате гидродинамической моделью идеального вытеснения, получим систему уразненИй,отражающих изменение температуры теплоносителя и хлвдоагента по длине аппарата при стационариом режиме [c.53]

При расчете Р. х. определяют необходимые для достижения заданной производительности и селективности процесса объем аппарата, скорость потока, пов-сгь теплообмена, гидравлич. сопротивление, режим работы, конструктивные параметры (уточняются на основании аэродинамич. испытаний). Расчет выполняют на основе данных по термодинамике и кинетике р-ций, скорости тепло- и массообмена (см. Макрокинетика) с учетом структуры потоков в аппаратах. Наиб, полный расчет, проводимый методом моделирования с использованием ЭВМ, включает определение полей т-ры и концентрации, оптим. режима, схемы теплообмена и циркуляции (см. Оптимизация), а также, наряду с выбором способа управления, анализ устойчивости режима. См. также Массообмен, Перемешивание, Печи, Пленочные аппараты, Теплообмен. [c.205]

ИЗС, например, оптимальных технологических схем тепловых систем (ТС) формулируется следующим образом для некоторого химического производства имеется т исходных горячих технологических потоков 5м-г (/= 1, т), которые должны быть охлаждены, и п исходных холодных технологических потоков (/ = = 1, п), которые должны быть нагреты за счет рекуперации тепла этих технологических потоков в системе, состоящей из теплообменных аппаратов заданного типа. Каждый к-ый исходный тех- нологическнй поток характеризуется следующими заданными параметрами состояния массовым расходом входной и выходной температурами теплоемкостью с . Для изменения энтальпий исходных технологических потоков при необходимости предполагается возможным вводить дополнительно в структуру тепловой системы нагреватели или холодильники, которые используют (внешние) тепло- и хладагенты. [c.143]

Определение структуры взаимосвязей технологических потоков неразрывно связано с распределением тепловой нагрузки в системе по теплообменникам. Тепловая нагрузка теплообменника или количество тепла, переданное водном аппарате, определяется либо на основе концепции передачи максимально возможного количества тепла (Qmax) в теплообменнике, либо из условия равенства передаваемого количества тепла в каждом теплообменном аппарате (Qkmin), либо на основе декомпозиции исходных потоков на тепловые элементы ( ,) с целью линеаризации зависимостей технологических параметров от свойств потоков и температур потоков. [c.77]

Теплообменный аппарат встречные струи [7, 9] является типичным представителем многоступенчатых систем (см. рис. 7). Однако схема движения теплоносителей в этом случае существенно отличается от описанной выше пря-моточно-противоточной пневмоустановки. Интересное решение вопроса интенсификации процесса теплообмена в аппаратах такого типа побуждает к подробному исследованию структуры потока и механизма тепло- и массопереноса. Для проверки принципов, заложенных в методе встречных струй, и выявления его эффективности были проведены следующие исследования [c.121]

Парообразование при движении двухфазного потока в трубах хотя и изучалось во многих работах, но до сих пор в литературе не имеется более или менее закономерных рекомендаций по этой проблеме. Особенно это относится к области недогрева (экономай-зерный участок) и области дисперсно-кольцевого потока и около-кризисной области. При этом необходимо учитывать специфику двухфазного потока с изменяющейся структурой потока по тракту парогенератора. Весьма актуальными являются работы, посвященные выяснению закономерностей конденсации паров, особенно при наличии примесей инертных газов. Этим актуальным и важным для энергетического машиностроения вопросам посвящены публикуемые в сборнике доклады, зачитанные и обсуждавшиеся на V Всесоюзной конференции по теплообмену и гидравлическому сопротивлению при движении двухфазного потока в элементах энергетических машин и аппаратов, проводившейся в 1974 г. в Ленинграде. [c.4]

Виды теплопереноса, рассмотренные в гл. 6, в реальных теплообменных аппаратах встречаются в различных сочетаниях в форме сложного теплопереноса. Его математическое описание определяется присутствием тех или иных видов переноса теплоты, способом их сочетания, направлением и структурой потоков теплоносителей, их агрегатным состоянием и характером изменения последнего, стационарностью или нестацио-нарностью теплопереноса (или его элементарных актов), некоторыми особенностями теплообменных поверхностей и рядом других обстоятельств. Изучение основных закономерностей сложного теплопереноса является предметом настоящей главы. Первоначально в ней дана классификация теплообменников, затем последовательно рассмотрены теплопередача и теплообмен. [c.523]

Завершая краткий обзор методов определения коэффициентов теплоотдачи межу текучими теплоносителями и теплообменными поверхностями, следует отметить два обстоятельств а, Во-первых, существуют еще много видов конвективной теплоотдачи, расчетные соотношения для которых имеют структуру, аналогичную приведенным выше (теплообмен в змеевиках, теплоотдача от оребренных поверхностей, от наружных поверхностей пучков труб при сложном обтекании, от поверхностей пластинчатых теплообменных аппаратов, теплообмен поверхностей с потоками неньютоновских жидкостей, теплообмен при непосредственном соприкосновении несмешивающихся теплоносителей и т. п.) и приводятся в литературе по теплообмену. Во-вторых, определение коэффициентов теплоотдачи для соответствующих конкретных условий хоть и представляет собой одну из наиболее сложных и разнообразных задач анализа процессов теплообмена, но не является единственным этапом расчета. После вычисления значений а для конкретных видов взаимодействия теплоносителя с теплообенной поверхностью, как правило, проводится дальнейший расчет, имеющий целью определение величины необходимой поверхности теплообмена для передачи заданного количества теплоты (проектный вариант расчета). При известной величине теплообменной поверхности определяются конечные температуры теплоносителей (поверочный вариант расчета). Расходы обменивающихся теплотой теплоносителей и их теплофизические свойства обычно бывают предварительно известны. [c.264]

Опыты указывают на то, что даже в самых простых теплообмеп-ных аппаратах структура потока теплоносителя очень сложна. В снлу этого в подавляющем большинстве случаев гидравлическое сопротивление в теплообменных аппаратах можно рассчитать только приближенно. [c.460]

Коэффициенты теплоотдачи при кипенни и испарении существенно зависят от вида поверхности и структуры двухг1)азного потока, а также и от других факторов, влияющих на конвективный теплообмен. Скорость потока н его структура в большой степени определяются конструкцией аппарата и расположением патрубков. Кроме того, тепловой поток с поверхности не может превышать определенных значепий при приемлемых разностях температур поверхности и 1ас1) щения. Любая попытка превысить эти максимальные значения за счет увеличения температуры поверхиости приведет к частичному или полному образованию на поверхности паровой пленки и резкому снижению теплового потока. Коэффициенты теплоотдачи, приведенные в таблице, применимы только для очень приближенных оценок в случае использования прямых труб или труб с невысокими ребрами без специального увеличения числа центров парообразования. АТ н, max равно максимально допустимому перепаду температур поверхности и насыщения. В таблице не учитываются различия между тинами парогенераторов. [c.14]

Существенное влияние на селективность процессов окисления оказывают также макроскопичеокие факторы (диффузия, теплообмен). Увеличивая Линейную скорость потока газа или скорость циркуляции, можно в определенных условиях устранить влияние внешней диффузии. Чтобы предотвратить влияние инутренней диффузии, подбирают для катализаторов носители с определенной структурой и размером пор. При выборе контактного аппарата необходимо обеспечивать стабильный термический режим и устранять возможность перегрева слоя катализатора. Для повышения селективности многих процессов гетерогеннокаталитического окисления углеводородов в состав реакционной смеси вводят водяной пар. Механизм действия воды пока не выяснен. Возможно, что вода участвует в комплексообразовании углеводородов на по-верхпостн катализатора или создает иа ией ОН-группы (при диссоциации молекулы НаО) и т. д. [c.308]

Значительная часть экспериментальных исследований внутренней структуры пристенной турбулентности выполнена в так называемых равновесных по Клаузеру турбулентных пограничных слоях, формирующихся при безградиентном или слабоградиентном обтекании простых тел невозмущенным потоком. Для таких сдвиговых течений существуют координаты, в которых профили средней (по времени) скорости, а также нормальных и касательных напряжений, кинетической энергии турбулентности, ее диссипации и других характеристик турбулентности являются автомодельными. В то же время, решение ряда практических задач, связанных, в частности, с разработкой оптимальных конструкций каналов теплообменников, камер сгорания авиационных двигателей и других устройств, содержащих элементы двугранных углов, требует знаний о гидродинамической и тепловой структурах течения за различного рода неровностями, выступами и препятствиями, широко встречающимися в таких устройствах [1, 2]. Однако обтекание отмеченных локальных источников возмущений в общем случае относится к классу течений, формирующихся в условиях резкого изменения шероховатости поверхности [3, 4] и характеризующихся неравновесностью, нередко весьма существенной. Этот вопрос со всей остротой возникает в проточных частях реальных промышленных устройств (турбомашины, теплообменные и технологические аппараты и т.п.). Сложность обтекаемых конфигураций в таких устройствах в значительной степени определяет внутреннюю структуру пристенных течений, поэтому распределения как средних, так и пульсационных характеристик потока не являются автомодельными. При использовании полуэмпирических моделей турбулентности для анализа таких течений все чаще выражается неудовлетворенность существующими локальными подходами [51 и, в частности, гипотезой Буссинеска, которая оказывается непригодной по крайней мере во внешней части слоя. По этой причине выражается озабоченность в связи с необходимостью разработки релаксационной теории, в основе которой была бы новая формула для напряжения турбулентного трения, позволяющая учитывать память пограничного слоя, т.е. свойство сдвигового потока запоминать особенности течения выше рассматриваемой области. Не случайно при расчетах неравновесных турбулентных пограничных слоев все отчетливее стала проявляться тенденция отхода от классической формулы Буссинеска, характеризующей линейную связь турбулентных напряжений с градиентом скорости [c.255]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология