Dimensionarea tehnologică a unui schimbător de căldură de tip fascicul în manta destinat răcirii cu apă a unui produs petrolier

INTRODUCERE

Schimbătoarele de căldură sunt aparate au drept scop transferul de îngrijire a unui fluid la altul în procesul de încălzire, fierbere, evaporare, condensare, răcire sau în alte procese termice, în care sunt prezente două sau mai multe fluide cu temperaturi diferite.

Instalații tehnologice, aparate de schimb de căldură ocupate o poziție particulară, ele putând funcționa ca organ principal, când constituie părți determinate ale unor procese tehnologice sau ale unor procese exclusive termice, fie ca organe secundare, când sunt introduse în instalații din motive de economie de căldură sau de substanță.[3]

Realizarea instalațiilor tehnologice moderne nu poate fi concepută fără perfecționare continuă a proceselor și aparatelor de schimb de căldură.

Domeniile de utilizare de schimb de căldură sunt foarte variate, destinațiile principale ale acestor aparate fiind următoarele:

schimb complex de căldură dintre gazele de ardere și apa-aburul din generatoarele de abur;

transferul de căldură în cadrul proceselor de încălzire, răcire, fierbere, condensare sau alte procese speciale, practic din toate ramurile industriale;

prepararea apei calde și fierbinți în sistemele de termoficare;

evacuarea în atmosferă prin turnuri de răcire a căldurii reziduale rezultate din procesele industriale;

procesele complexe de recuperare a căldurii cu potențialul termic redus pentru încălzire și scopuri tehnologice.[2]

Scopul acestui proiect este dimensionarea tehnologică a unui schimbător de căldură. Aparatul de schimb de căldură trebuie să realizeze răcirea unui debit de 45 t/h de produs petrolier într-o instalație tehnologică. Tipul constructiv al schimbătorului de căldură este fascicul tubular în manta, în care apa circulă prin tuburi, iar produsul petrolier prin manta.

Schimbătorul de căldură fascicul tubular în manta dimensionat în acest proiect are rolul de a realiza procesul de preîncălzire a unui flux de produs petrolier cu densitatea d_15^15 de 0,860 și factorul de caracterizare 11,5, dintr-o instalație tehnologică de prelucrare a petrolului. În aparat, apa trebuie să se preîncălzească de la temperatura de 30°C la 45°C preluând căldură unui flux de produs petrolier. Se consideră că apa circulă prin fasciculul de tuburi, produsul petrolier circulă prin manta, iar curgerea fluidelor este mixtă.

CAPITOL I

CLASIFICAREA SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ ȘI IMPORTANȚA LOR ÎN CADRUL INSTALAȚIILOR TEHNOLOGICE

Schimbătoarele de căldură sunt aparate (utilaje) în care se realizează procese (operații) de transfer de căldură între două fluide.

Clasificarea schimbătoarelor de căldură se poate face din mai multe puncte de vedere, dintre care trei sunt mai importante:

clasificare după procesul principal de transfer de căldură;

clasificare după modul de contactare a fluidelor;

clasificarea după tipul constructiv al aparatului.[1]

După procesul principal de transfer de căldură, se deosebesc numeroase clase de aparate, ca de exemplu: preîncălzitoare, răcitoare, condensatoare, răcitoare-condensatoare, refierbătoare, vaporizatoare, cristalizatoare, recuperatoare, regeneratoare (schimbătoare de căldură pro-, priu-zise).

Intr-o instalație DA de exemplu, schimbătorul de căldură motorină- țiței nu se numește nici preîncălzitor de țiței nici răcitor de motorină, ci schimbător de căldură propriu-zis sau regenerator, pentru că ambele procese de transfer de căldură sunt important. Prin preîncălzirea țițeiului se urmărește reducerea consumului de combustibil la cuptor, iar prin răcirea motorinei se urmărește reducerea ulterioară a consumatorului de agent de răcire, pentru realizarea temperaturii de depozitare. Un răcitor de motorină cu aer, de exemplu, nu este un încălzitor de aer, pentru că scopul transferului de căldură după ce este încălzirea aerului atmosferic. Schimbătorul motorină-țiței este un regenerator de căldură, pentru că el realizează, pe circuitul țiței-produse, o recirculare de căldură din aval în amontele sursei calde (gazele de ardere din cuptor), cu avantajele precizate anterior.[5]

După modul de contactare a fluidelor, se deosebesc trei clase de aparat:

schimbătoare de căldură de suprafață (cu contact indirect),

schimbătoare de căldură prin contact direct (de amestec),

schimbătoare de căldură cu fluid intermediar staționar.

Schimbătoarele de căldură de suprafață (cu contact indirect) se caracterizează prin faptul că cele două fluide care schimbă căldură între ele sunt separate prin pereți metalici, în majoritatea cazurilor cilindrici (tuburi).

Dacă cele 2 fluide vin în contact permanent cu suprafața de schimb de căldură, fluxul termic prin această fiind unidirecțional, avem schimbător de căldură de tip recuperativ. Aceste schimbătoare sunt cele mai frecvent utilizate.

Dacă agenții termici vin în contact alternativ cu suprafața de transfer de căldură, fluxul termic schimbându-și periodic direcția avem schimbător de căldură de tip regenerativ. Aparatele regenerative pot fi realizate cu suprafață fixă sau rotativă.

Schimbătoarele de căldură prin contact direct nu conțin pereți despărțitori între fluide (fluidele amestecându-se între ele) și cum fluidele vin în contact nemijlocit, transferul de căldură este însoțit și de un proces de transfer de masă.