Пример расчета горизонтального кожухотрубного испарителя затопленного типа

курсовая работа

2) испарители для охлаждения воздуха;

3) испарители для охлаждения твердых сред;

4) испарители-конденсаторы.

в зависимости от условий циркуляции охлаждаемой жидкости:

1) с закрытой системой циркуляции охлаждаемой жидкости (кожухотрубные и кожухозмеевиковые);

2) с открытым уровнем охлаждаемой жидкости (вертикально-трубные, панельные).

по характеру заполнения рабочим веществом:

1) затопленные;

2) незатопленные (оросительный, кожухотрубный с кипением в трубах, змеевиковый с верхней подачей жидкости).

Испарители могут подразделяться и на другие группы (в зависимости от того, на какой поверхности происходит кипение рабочего вещества; по характеру движения рабочего вещества и др.). В качестве промежуточного жидкого теплоносителя в испарителях применяются рассолы (водные растворы солей NaCl, СаСl2), вода, спирт, водный раствор этиленгликоля и другие [1,стр. 314].

2.1 Испарители для охлаждения жидких теплоносителей

Кожухотрубные испарители затопленного типа. Аппараты такого типа являются наиболее распространенными и применяются в машинах как средней, так и крупной производительности. В кожухотрубных испарителях затопленного типа рассол охлаждается при движении внутри труб, а рабочее вещество кипит на их наружной поверхности.

Принципиального различия между аммиачными кожухотрубными испарителями и аппаратами, работающими на хладонах, нет. Отличие состоит в конструкции поверхности теплообмена и материалах» применяемых для изготовления.

Кожухотрубный испаритель представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический барабан (обечайку), с двух сторон к которому приварены плоские трубные решетки с отверстиями. Через эти отверстия протянуты трубы, образующие теплообменную поверхность. Трубы развальцовываются в отверстиях. К трубным доскам крышки крепятся болтами. Одна из крышек имеет входной (нижний) и выходной патрубки для рассола, другая -- выпускные отверстия для воздуха (верхнее) и для рассола. В крышках расположены горизонтальные перегородки, обеспечивающие многоходовое движение рассола, причем они смещены по вертикали в разных крышках. Число ходов по теплоносителю составляет 4--12, чтобы обеспечить достаточно высокую скорость движения рассола. На обечайке находятся штуцеры для установки манометра и приборов автоматики.

В аммиачных испарителях к верхней части обечайки приварен сухопарник, к нижней -- маслоотстойник. Пучок труб заполняет обечайку не полностью, верхняя часть ее свободна от труб. Подача рабочего вещества производится снизу аппарата, а отвод паров -- через сухопарник. Для аппаратов с большой поверхностью подвод парожидкостной смеси осуществляется от общего коллектора в нескольких точках по длине испарителя. Отвод пара осуществляется через несколько патрубков, объединенных общим коллектором. Это обеспечивает равномерное омывание теплопередающей поверхности потоком рабочего вещества. Пучок труб в испарителях шахматный, ромбический. В аммиачных аппаратах применяются стальные бесшовные гладкие трубы. При работе на хладонах применяются медные трубы с накатными ребрами.

На рисунке 2.1.1 показан общий вид аммиачного кожухотрубного испарителя затопленного типа, а на рисунке 2.1. 2 -- общий вид хладонового кожухотрубного испарителя.

Рисунок 2.1.1. Аммиачный кожухотрубный испаритель затопленный: 1 - манометр; 2 - трубы; 3 - трубная решетка; 4 - спуск воздуха; 5, 6 - патрубки для входа и выхода рассола; 7 - слив рассола; 8, 13 - крышки; 9 - корпус; 10 - вход жидкого аммиака; 11 - спуск масла; 12 - отстойник; 14 - сухопарник

В испарителях холодильных машин с центробежными компрессорами, теплопередающая поверхность собрана в плотный шахматный пучок с уменьшенными перемычками между трубами. Пучок занимает примерно половину объема обечайки, свободная часть которой выполняет функции сухопарника для осушения и перегрева пара. Для обеспечения требуемого перегрева пара на всасывании в компрессор подача теплоносителя осуществляется через верхний патрубок, тогда в зоне перегрева создается максимальная разность температур. Для уменьшения уноса капель рабочего вещества над пучком устанавливаются сепараторы.

Равномерность подвода парожидкостной смеси обеспечивается специальным распределителем. Он способствует лучшей турбулизации потока и улучшению процесса теплопередачи.

Рисунок 2.1.2. Кожухотрубный испаритель затопленного типа на R12: 1 - коллектор жидкостный; 2 - кожух; 3 - перегородки; 4, 5 - патрубки для входа и выхода рассола; 6 - крышка; 7 - клапан предохранительный; 8 - указатель уровня; 9, 14 - вход и выход R12; 10 - манометр; 11 - спуск воздуха; 12 - спуск теплоносителя; 13 - спуск масла

Плотность теплового потока qF в испарителе зависит от скорости движения теплоносителя ? и температурного напора (разности температур между охлаждаемой средой и кипящим рабочим веществом) Om. Ориентировочные значения плотности теплового потока в испарителях приведены в таблице 2.1.2.

Таблица 2.1.2 Ориентировочные значения плотности теплового потока qF в испарителях

Om,°С

Тип ИТГ на аммиаке при t0, °С

Тип ИТГ на R22 при ?s, м/с

Тип ИТР на R22 при ?s, м/с

0

-15

-25

1,0

1,5

1,0

1,5

3

4

5

6

1800

2900

3900

-

1700

2800

3500

-

1600

2200

-

-

-

1600

2300

3100

-

2300

3500

4600

-

3200

4600

5700

-

4600

6400

7900

Примечание. Кожухотрубные испарители с гладкими трубами затопленного типа ИТГ применяются в составе аммиачных и пропановых холодильных машин; кожухотрубные испарители с ребристыми трубами затопленного типа ИТР -- в составе хладоновых холодильных машин на R12 и R22 [1, стр. 315].

2.2 Кожухотрубные оросительные испарители

Как и в кожухотрубных испарителях затопленного типа рассол в оросительных испарителях течет по трубам, а холодильный агент кипит на поверхности пучка труб, стекая по нему в виде пленки.

Рисунок 2.2.1. Кожухотрубный оросительный испаритель: 1 - корпус; 2 - трубная решетка; 3 - крышка с перегородками; 4 - распылительная труба; 5 - распределительная труба; 6 - сухопарник

Кожухотрубные оросительные испарители заполняются меньшим количеством рабочего вещества, гидростатический столб жидкости практически не влияет на температуру кипения, интенсивность теплопередачи выше за счет большего коэффициента теплоотдачи при кипении в стекающей пленке. Для интенсивной работы аппарата необходимо обеспечить равномерное орошение поверхности труб.

На рисунке 2.2.1 показан кожухотрубный оросительный испаритель. Плотность теплового потока в оросительных кожухотрубных испарителях достигает 2900--3500 Вт/м2. [1,стр. 319].

2.3 Испарители с кипением рабочего вещества внутри труб

Испарители такого типа имеют несколько конструктивных решений: кожухотрубные испарители (с прямыми и с U-образными трубками); вертикально-трубные и панельные испарители.

Рисунок 2.3.1. Кожухотрубный испаритель с кипением рабочего вещества внутри прямых труб: 1, 9 - вход и выход рабочего вещества; 2 - крышка; 3, 7 - выход и вход рассола; 4 - перегородки; 5 - кипятильные трубы; 6 - вентиль для продувки; 8 - трубная решетка; 10 - слив рассола

В кожухотрубных испарителях можно получать низкие температуры теплоносителя, не опасаясь его замерзания и разрыва трубок. На рисунке 2.3.1. приведена конструкция кожухотрубного испарителя с кипением рабочего тела внутри прямых труб. Для обеспечения достаточной скорости движения теплоносителя внутри кожуха установлены вертикальные перегородки. Скорость охлаждаемой жидкости ?s = 0,34-0,8 м/с.

На рисунке 2.3.2. показана конструкция кожухотрубного испарителя с внутритрубным кипением в U-образных трубках.

Рисунок 2.3.3. Панельный испаритель: 1 - отделитель жидкости; 2 - выход паров аммиака; 3 - коллектор сборный; 4 - коллектор распределительный; 5 - вход жидкого аммиака; 6 - перелив рассола; 7 - выход рассола; 8 - спуск рассола; 9 - изоляция; 10 - спуск масла; 11 - автоматический предохранительный клапан

Рисунок 2.3.2. Кожухотрубный испаритель с кипением рабочего вещества внутри U-образных труб: 1,2 - вход и выход рабочего вещества; 3 - крышка; 4,9 - вход и выход рассола; 5 - кипятильные трубы; 6 - перегородки; 7 - вентиль для продувки; 8 - кожух; 10 - слив рассола

Панельный испаритель (рисунок 2.3.3) представляет собой прямоугольный бак, в котором размещены испарительные секции панельного типа и мешалка для обеспечения циркуляции рассола. При разности температур Om = 5 - 6 °С плотность теплового потока в панельных испарителях достигает qF = 2900ч - 3500 Вт/м2 [1,стр. 319].

2.4 Испаритель-конденсатор

Испаритель-конденсатор является элементом каскадных холодильных машин, связывающим между собой верхний и нижний ветви каскада. Для верхней ветви каскада он является испарителем, для нижней -- конденсатором.

Конструкция испарителя-конденсатора показана на рис. 7. При разности температур в аппарате 8°С плотность теплового потока доходит до qF = 1600 Вт/м2. К испарительным конденсаторам относятся оросительные, которые в настоящее время сняты с производства.

Рисунок 2.4.1. Испаритель - конденсатор: 1 - вход паров R13; 2 - спуск воздуха; 3 - выход паров R 22; 4 - вентиль к манометру; 5 - предохранительный клапан; 6 - выход жидкого R13; 7 - спуск масла; 8 - выход жидкого R22

Применение испарительных конденсаторов (ИК) в зонах с сухим и жарким климатом может быть экономически более целесообразным, чем кожухотрубных конденсаторов и градирен. Они позволяют при высоких температурах наружного воздуха получать достаточно низкие температуры конденсации tK. При этом расход воды минимальный.

Конденсатор испарительного охлаждения (рисунок 2.4.2) представляет собой расположенный в кожухе пучок гладких или оребренных труб, орошаемый рециркулирующей водой и продуваемый воздухом. В целях экономии цельнотянутых труб поверхность конденсатора может быть составлена из листоканальных элементов.

Рисунок 2.4.2. Испарительный конденсатор: 1 - вентилятор с электродвигателем; 2 - корпус; 3 - каплеотбойник; 4 - форсунки; 5 - вход газообразного хладогента; 6 - выход жидкого хладогента; 7 - жалюзи; 8 - водосборник; 9 - слив воды; 10 - насос

Хорошо обтекаемый профиль панелей позволяет осуществлять тонкопленочное орошение. Малая толщина пленки обеспечивает ее высокую температуру и интенсивную тепло- и массоотдачу с поверхности панелей в воздух. Относительно низкие гидравлические сопротивления панельных поверхностей позволяют увеличить скорость движения воздуха до 5 м/с, в результате чего увеличивается компактность аппарата и снижается его металлоемкость.

В гладкотрубных испарительных конденсаторах используют трубы малого диаметра, скомпонованные в виде тесных пучков, что позволяет увеличить их компактность. Так, компактность современного испарительного конденсатора ИК-125, выполненного из пучка труб диаметром 22?1,6 мм, втрое больше, а масса его вдвое меньше, чем у конденсаторов с трубами диаметром 38?3 мм.

Иногда для интенсификации теплообмена скорость воздуха в узком сечении повышают до 10 м/с. Это требует высокой степени отделения капель воды, чтобы не допустить выноса их за пределы аппарата.

Применение испарительных конденсаторов, выполненных из ребристых труб, требует обязательного смягчения и фильтрации воды, так как удаление «водяного камня» с таких поверхностей затруднено.

Свежую воду, восполняющую убыль циркулирующей воды от испарения и уноса воздухом, добавляют в поддон аппарата. На каждые 1000 кДж отводимой теплоты расход циркулирующей воды составляет 0,005--0,0075 кг/с, расход воздуха 0,005-- 0,01 м3/с, расход свежей воды 0,0001--0,0003 кг/с, суммарный расход энергии на вентиляторы и насос 0,005--0,0075 кВт«ч. Процесс теплопередачи, реализуемой в испарительном конденсаторе, включает в себя конденсацию паров хладагента; теплопроводность через стенку трубы и ребра; теплопроводность и конвекцию от поверхности труб и ребер к наружной поверхности пленки воды, покрывающей трубы и ребра; тепло- и массообмен между смоченной поверхностью, и потоком воздуха. Наибольшее частное термическое сопротивление создается в зоне контакта воды и воздуха, поэтому температура воды во время работы конденсатора достаточно высока и приближается к температуре конденсации. Уменьшить это термическое сопротивление можно, увеличив скорость движения воздуха (обычно до 3--5 м/с), а также поверхность соприкосновения воды и воздуха (это достигается путем применения оребренных труб) [1,стр. 320].

Делись добром ;)