ТЕПЛООБМЕННИК Лабораторная установка

VK TTU SChek ВВЕДЕНИЕ В химической промышленности широко распространены тепловые процессы – нагревание и охлаждение жидкостей и газов, конденсация паров. Они проводятся в теплообменных аппаратах (теплообменниках).

VK TTU SChek ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Практическое ознакомление с работой теплообменника типа «труба в трубе», составление теплового баланса, определение коэффициента теплопередачи при различных гидродинамических режимах и сопоставление их с соответствующими расчетными величинами. Построение зависимости коэффициентов теплопередачи от критерия Рейнольдса.

VK TTU SChek Конструкция теплообменника «труба в трубе» Особенность теплообменника «труба в трубе» заключается в том, что он состоит из одной трубы, размещенной концентрически в другой большего диаметра с соответствующими патрубками на концах для подвода теплоносителей от одной секции к другой.

VK TTU SChek Конструкция теплообменника «труба в трубе» Теплообменники типа "труба в трубе" используются для нагревания или охлаждения в системах жидкость-жидкость, когда расходы теплоносителей невелики и они не меняют агрегатного состояния. При равных теплообменных характеристиках эти аппараты имеют меньшее гидравлическое сопротивление, чем кожухотрубчатые, но менее компактны и более металлоемки.

VK TTU SChek Конструкция теплообменника «труба в трубе» Для выполнений условий ограничения перепада давления по каждому потоку и применимости понятия средней разности температур секции теплообменника «труба в трубе» могут быть соединены последовательно или параллельно. Теплообменники типа «труба в трубе» используются в основном для нагрева или охлаждения теплоносителя в тех случаях, когда требуются небольшие поверхности теплообмена (обычно до 50 м2)

VK TTU SChek Конструкция теплообменника «труба в трубе» Можно просто выполнять контроль распределения потоков теплоносителя по каждому каналу теплообменника, что особенно важно при охлаждении вязких жидкостей, когда в случае необходимости один насос может быть установлен для группы теплообменников. Главными недостатками теплообменников «труба в трубе» является большой объем и стоимость на единицу поверхности теплообмена.

VK TTU SChek ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА 1,2- внутренняя и наружная трубы, вентили -(,4,7,) для регулирования расхода воды, спецразъемы (L) для присоединения к магистралям и запорные краны (3,8),на трубопроводе горячей воды располагается четырехходовой кран (9)

VK TTU SChek Экспериментальная установка Она состоит из четырех секций теплообмена типа «труба в трубе» и присоединяется шлангами через спецразъемник L трубопроводам горячего и холодного водоснабжения лаборатории. Горячая вода подается во внутреннюю трубу теплообменника, а холодная в межтрубное пространство концентрически расположенных труб.

VK TTU SChek Экспериментальная установка Подключение прибора к соответствующей термопаре осуществляется через переключатель, позиции которого отвечают данным: 0 – температура горячей воды на выходе (при прямотоке) или на входе (при противотоке), 1 – температура горяей воды на выходе (при противотоке) или входе (при прямотоке), 2 – температура холодной воды на выходе,

VK TTU SChek Экспериментальная установка 3 - температура холодной воды на входе, 4,6 – температура на поверхности наружной трубы под изоляцией, 5,7 – температура на поверхности изоляции, 8,9 – температура окружающей среды (воздуха).

VK TTU SChek Экспериментальная установка Внутренняя труба изготовлена из латуни и имеет размер 16х1,2 мм, а наружняя изготовлена из стали с размерами 34х2,6 мм. Длина труб 1,2 м. Наружняя труба теплоизолирована пенополиэтиленом, внешний диаметр изоляции 50 мм, коэффициент теплопроводности 0,035– 0,040 Вт/м*К.

VK TTU SChek Экспериментальная установка На трубопроводе горячей воды располагается четырехходовой кран (9) для изменения направления движения воды в аппарате и осуществления прямоточного или противоточного режима работы. Вода из установки через гибкие шланги сливается в канализацию.

VK TTU SChek ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ. 1.Ознакомиться с установкой, уточнить расположение кранов, вентилей и термопар. 2.Переключателем 9 установить заданный режим движения теплоносителей: противоток или прямоток. 3.Подать на установку холодную воду, открыв вентиль 3, и установить заданный расход ее по ротаметру 5 при помощи вентиля 4. 4.Подать на установку горячую воду, открыв кран 8, установить заданный ее расход по ротаметру 6 вентелем 7. 5.Измерять все температуры через каждые 10 минут до тех пор, пока они не стабилизируются, т.е. до установления стационарного режима. В стационарном режиме определить расход теплоносителей весовым способом. Для этого направить гибкий шланг в ведро, засечь секундомером время. Отобрать пробу в количестве 5-7 литров и взвесить ее на весах.

VK TTU SChek ВЫЧИСЛЕНИЯ. Для каждого стационарного состояния определяется Тепловой баланс Q г = Q x + Q пот (1) G г ·c ·(t г +- t г -) = G x · c ·(t x- - t x+ ) + Q пот (2) Где G г,G х – расход горячей и холодной воды, кг/с, с – теплоемкость воды при средней температуре Дж/кг·К, t r+, t х+ - температура горячего и холодного теплоносителя на входе в теплообменник, 0 С, t r-, t х- - температура горячего и холодного теплоносителя на выходе из теплообменника, 0 С.

VK TTU SChek ВЫЧИСЛЕНИЯ. Тепловые потери вычисляются из уравнения (2) баланса и по уравнению (3) Q пот = k·F v ·(t ст –t воз ) (3) Где k - коэффициент теплоотдачи Вт/м 2 · К, k = 9,74 + 0,07 ·(t ст –t воз ) (4) F v – поверхность изоляции теплообменника (внешняя), м2, t ст – температура на поверхности изоляции, 0С, t воз – температура окружающей среды (воздуха), 0С.

VK TTU SChek ВЫЧИСЛЕНИЯ. Ориентировочно значение коэффициента теплопроводности изоляции вычисляется по значениям Qпот из формул (2) и (3) по уравнению (5). где d st.n. – наружный диаметр изоляции, м, d – наружный диаметр трубы, м, l – длина трубы (прямого участка), м, t – температура на поверхности трубы под изоляцией, 0 С.

VK TTU SChek ВЫЧИСЛЕНИЯ. где Q - количество тепла, отданное горячей водой, Вт, F – поверхность теплопередачи, м2 F = 4·π · d · l (7) d – диаметр внутренней трубы (наружной), м, - средняя разность температур, приближенно разность между средними температурами теплоносителей, 0С. Для каждого стационарного режима рассчитывается опытное значение коэффициента теплопередачи. ·

VK TTU SChek ВЫЧИСЛЕНИЯ. где k r, k х - коэффициенты теплоотдачи от горячей и холодной воды, Вт/м 2 ·К, δ – толщина стенки внутренней трубы, м λ – коэффициент теплопроводности стенки внутренней трубы, Вт/м2 · К, - коэффициент термического загрязнения стенок трубопроводов, м 2 · К/Вт Для каждого стационарного режима вычисляют значение расчётное коэффициента теплопередачи по формуле

VK TTU SChek ВЫЧИСЛЕНИЯ. 1.Сравнить полученные в работе значения коэффициентов теплопередачи U оп и U рас с литературными данными. 2.Представить графически зависимость U оп и U рас от Re r или Re х. 3.Сравнить найденное значение коэффициента теплопроводности изоляции с литературными данными. 4.Сделать выводы по работе Коэффициенты теплоотдачи k r, k х вычисляются по критериальным уравнениям типа Nu = f(Re, Pr, Pr/Pr ст )

VK TTU SChek ЛИТЕРАТУРА. Касаткин Л.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, с. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, с.

VK TTU SChek

Желаем успехов в учёбе