1.5 Направления совершенствования пластинчатых теплообменников

На основании анализа лучшего отечественного и зарубежного пластинчатого теплообменника можно выделить направления их совершенствования.

Для оптимизации эксплуатационных показателей с целью удовлетворения текущих технологических требований при минимальном уровне потребления электроэнергии предлагается модернизация пластинчатых теплообменников:

1) Увеличение диапазона типоразмеров;

2) Разработка и выпуск аппаратов комплексного характера;

3) Оснащение контрольно-измерительными приборами, полная

автоматизация;

4) Уменьшение последствия при гидравлических ударах;

5) Повышенный коэффициент теплообмена.

Модернизация за счет применения соответствующих материалов обеспечивает соответствие материалов используемых теплообменных пластин и уплотнений техническим условиям производственного процесса (по возможности работы с данными теплоносителями и температурной стойкости), что позволяет увеличить интервал между техническими обслуживаниями, связанными с заменой пластин и уплотнений. Это способствует сокращению продолжительности простоев и увеличивает срок службы пластин.

Модернизация за счет изменения конструкции пластинчатого теплообменника обеспечивает соответствие конфигурации пластинчатого теплообменника текущим технологическим требованиям. Предусматривает применение более качественных материалов и наращивание числа пластин в пакете и позволяет воспользоваться последними достижениями научно-технического прогресса, гарантирующими получение преимуществ, предоставляемых самыми современными технологиями и конструкторскими разработками. [4]

2 Научное обеспечение основного процесса в пластинчатом теплообменнике. Вычислительный эксперимент

2.1 Основы теории процесса теплопередачи

Теплообменник — устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры.

Основной процесс, происходящий в аппарате – теплопередача.

Теплопередача – это перенос теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющую их стенку. Оба вещества, участвующие в теплопередаче, называются теплоносителями (более нагретый – горячим, менее нагретый – холодным).

Основными кинетическими характеристиками процесса теплопередачи являются средняя paзность температур, коэффициент теплопередачи, количество передаваемой теплоты (от этой величины зависят размеры аппарата)

Связь между количеством передаваемой теплоты и площадью поверхности теплообмена определяется основным уравнением теплопередачи dQ = K F Δt dτ, которое для установившегося процесса имеет вид

Q = K F Δt_cp, (1)

где dQ – количество переданной теплоты;

К – коэффициент теплопередачи между средами;

F – площадь поверхности теплообмена;

Δt_ср – разность температур между средами – движущая сила процесса;

dτ – продолжительность процесса.

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты (кДж) передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку площадью 1 м² в течение 1 ч при разности температур между теплоносителями 1⁰С.

Определение среднего температурного напора

Распределение температур в противоточном теплообменнике

Δt_ср= , (2)

где: - больший и меньший температурные напоры между теплоносителями на входе и выходе из теплообменника, оС.

Рисунок 4 Рисунок 5

График изменения температур в водяной секции График изменения температур в рассольной секции

Тепловой поток через пластины для секции водяного охлаждения, кДж/ч, рассчитывают: , (3.1)

где - температура сусла на входе и выходе из секции водяного охлаждения, ˚С.

- производительность теплообменника, м³/ч

- плотность сусла, кг/м³ [2]

– удельная теплоемкость суслa, кДж/(кг*К) [2]

Тепловой поток через пластины для рассольной секции охлаждения:

(3.2)

где - температура сусла на входе и выходе, после охлаждения водой и рассолом, ˚С.

Если необходимо учесть потери теплоты в окружающую среду, то полученное по уравнениям (2.1) - (2.2) значение Q следует повысить на величину этих потерь. Обычно потери теплоты в окружающую среду теплоизолированными стенками теплообменников не превышают 3-5% от Q . Т.к. тепловые потери ΔQ зависят от режима работы теплообменного аппарата, его конструкции и качества тепловой изоляции.

Оптимальная поверхность нагрева определяется по формуле

, м² (4)

Для водяной секции:

F_B = , где (4.1)

- тепловой поток в водяной секции, кДж/ч

К-коэффициент теплопередачи для водяной секции 1160 - 2090 Вт/м²*К,

– температурный напор сусла в водяной секции

Для рассольной секции:

F_р= , где (4.2)

Q_p - тепловой поток для рассольной секции охлаждения, кДж/ч

К-коэффициент теплопередачи для рассольной секции 930 - 1740 Вт/м²*К.

– температурный напор сусла в рассольной секции

Расчетная формула для вычисления площади поверхности нагрева пластинчатого теплообменника (в безразмерном виде):

F= Z_пл *H_пл *B_пл , (5)

где: Z_пл - общее количество пластин теплообменника

H_пл - высота пластины теплообменника

B_пл - ширина пластины теплообменника

Из формулы(4) можно определить количество пластин:

Z_пл=F/(H_пл*В_пл)=F/f_пл , (6)

где: F - общая площадь поверхности теплопередачи аппарата, м²;

f_пл, - площадь поверхности теплопередачи одной пластины, м².

Количество пластин для водяной и рассольной секций рассчитывается отдельно, а затем рассчитывается общее количество пластин теплообменника.

Общее количество пластин теплообменника:

Zпл= Nв+ Np, (7)

где Nв – количество пластин для водяной секции,

Np – количество пластин для рассольной секции.

В заключение расчета сравниваем фактическое количество пластин n_факт, взятое из паспортных данных, с его расчетным значением N_расч; указываем диапазон допустимых пределов измерений.

0.9 1.1 (8) [1]