Теплообменные аппараты со смешиванием теплоносителей

="justify">          t1  - температура жидкости на входе в аппарат,

          t2 – температура нагреваемой жидкости и конденсата на выходе из аппарата,

          D, кг/с – расход греющего пара,

          h, кДж/кг – его энтальния,

          ск, кДж/кгºС – теплоемкость конденсата.

    При нагревании паром воды можно принять  с = ск = 4,187 кДж/кгºС.

    Расход  пара в смешивающих т/о будет  меньше, чем в аппаратах поверхностного типа, т.к. в смешивающих т/о используется теплота конденсата, который охлаждается  до температуры нагретой жидкости. В поверхностных же т/о используется только скрытая теплота парообразования, а конденсат отводится из аппарата при температуре пара.

    Смешивающие т/о, обогреваемые паром применяются  в следующих случаях:

    1) Для нагревания воды, когда потеря  конденсата имеет большое значение.

    2) Для нагревания различных растворов и жидкостей, которые допускают разбавление их конденсатом. 

    G1 · c · t1 + Dhτ = G · c · t2 + Dскt2τ   - уравнение теплового баланса для аппаратов

                                                                    периодического действия. 

             G · c · (t2 - t1)

    D = ———————  , кг/с 

              τ (h – ск · t2) 
 

      ЛЕКЦИЯ № 17

    Смешивающие теплообменники для  теплообмена 

    между жидкостью и газом. 

    Теплообменные аппараты, в которых т/о между  жидкостью (водой) и газами протекает  непосредственно при их соприкосновении называются скрубберами.

    В скрубберах наряду с теплообменниками протекает массообмен. Процессы подчиняются  следующим правилам:

    1. Если парциальное давление водяных  паров у поверхности воды больше, чем парциальное давление водяных  паров в окружающем газе, то происходит испарение воды, т.е. увлажнение газа.

    2. Если парциальное давление водяных  паров у поверхности воды меньше  парциального давления водяных  паров в окружающую среду. То  водяные пары, находящиеся в газе  конденсируются, что приводит к усушке газа и увеличению массы воды.

    В технике применяют два вида скруббера:

    1)  Безнасадочные скрубберы.

    2) Скрубберы с насадкой. 
 
 

    \ 
 
 
 
 
 
 
 

    Схема безнасадочного скруббера.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Корпус.

    2. Распределитель потока газов  для равномерного распределения газов по всему объему камеры (для выравнивания скорости газа).

    3. Форсунки – распылители воды.

    4. Поддон для сбора нагретой  воды.

    5. Каплеуловитель.

    6. Насос. 

    Безнасадочный скруббер представляет с тобой горизонтальную или вертикальную камеру, внутри которой расположена система труб. В трубе подается под большим давлением вода, которая выходя из форсунок распыляется. Распылением воды  добиваются большой поверхности соприкосновения капелек воды и газов. В связи с этим массо и теплообмен протекает очень быстро. На входе в аппарат устанавливается распределитель потоков газов, который выравнивает скорости газов по сечению аппарата. На выходе имеется устройство для улавливания из газов капелек воды – каплеуловитель инерционного типа. В аппаратах газы могут охлаждаться или нагреваться, увлажняться или осушаться. Кроме этого, происходит очистка газов от пыли, которая захватывается капельками воды и удаляется из аппарата вместе с водой. В зависимости от назначения аппарата также может нагреваться или охлаждаться. Безнасадочные скрубберы применяются в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, а также для охлаждения и очистки искусственных горючих газов.

    Достоинства:

    1. Простота устройства.

    2. Небольшие гидравлические сопротивления  со стороны газов.

    Недостатки:

    1. Большие размеры (громоздкость).

    2. Для создания большого давления  воды перед форсунками необходим  насос, который потребляет электроэнергию.

    3. Низкая степень очистки газов  от пыли. 
 
 
 
 
 
 

    Скрубберы с насадкой.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Цилиндрический корпус.

    2. Решетка.

    3. Насадка.

    4. Труба с отверстием на боковой  поверхности для подачи воды.

    5. Каплеуловитель. 

    На  решетке уложена насадка, которая  может быть выполнена из деревянных реек, металлических стружек, каменноугольного кокса и других материалов, имеющих большую поверхность. Наибольшее распространение получила насадка, выполненная из колец Рашига, у которых высота равна диаметру. Кольца Рашига выполняются из металла, стекла, керамики, пластмассы. Размеры колец d = h = 15 ÷ 100 мм. Кольца укладываются в определенном порядке или засыпаются беспорядочно. В случае беспорядочного засыпания колец их убирается значительно меньше. Любая насадка характеризуется удельной поверхностью, т.е. поверхностью заключенной в 1 м³ насадки. Например: насадка из колец Рашига d = 15 мм имеет удельную поверхность Fуд = 330 м²/м³.

    Назначение  насадки:

    1. Создать большую поверхность  контакта между водой и газами, что ускоряет теплообмен.

    2. Создать извилистые каналы для  прохода газов с целью удлинения  пути и увеличения времени контакта.

    3. Насадка выполняет роль фильтра  для улавливания из газов пыли. 

    Холодная  вода подается в аппарат под небольшим  давлением, орошает насадку и  тонкой пленкой стекает по поверхности  насадки. Тепло и массообмен происходит в тонком слое воды, т.е. достаточно быстро.

    Достоинства:

    1. Компактность, т.е. небольшие размеры  при высокой производительности.

    2. Не требует большого напора  воды (не нужен насос).

    3. Лучшая очистка газов от пыли, чем в безнасадочных скрубберах. 

    Недостатки:

    1. Большое гидравлическое сопротивление со стороны газов (создает насадка).

    2. Наличие насадки усложняет аппарат,  увеличивает время ремонтных  работ, в связи с загрузкой  и выгрузкой насадки. 

    Применяются скрубберы с насадкой в системах газоснабжения, для осушки (очистки) природных газов, в химической промышленности, а также используется в качестве контактных экономайзеров в котлоагрегатах для подогрева питательной воды.