Proiectarea unui schimbător de căldură

Schimbatoarele de caldura sunt aparate (utilaje) in care se realizeaza procese (operatii) de transfer de caldura intre doua fluide.

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

- clssificarea dupa procesul principal de transfer de caldura;

- clasificarea dupa modul de contactare a fluidelor;

- clasificarea dupa tipul constructive al aparatului.

Schimbatoarele de caldura cu fascicul tubular in manta sunt cele mai utilizate schimbatoare de caldura. Ele prezinta o arie specifica de transfer de caldura relative mare (18-40 m2/m3, in raport cu 4-15 m2/m3 la schimbatoarele tub in tub) si un consum specific de metal relative redus (35-80 kg/ m2).

Cel mai simplu schimbator de caldura cu fascicul tubular in manta se compune dintr-o manta cilindrica prevazuta la etanseitati cu flanse, doua capace prevazute cu flanse spre interior, doua placi tubulare care se fixeaza cu garniture de etanseitati intre flansele mantalei ci capacelor si fasciculul de tuburi, mandrinate in placi tubulare. Racordurile fluidului care circula prin tuburi de afla la capace si acest fluid trece in parallel prin toate tuburile, intr-un singur sens. Mantaua contine tot doua racorduri, fluidul corespunzator circulandlongitudinal prin spatial intertubular.

Cresterea coeficientului de convectie in interiorul tuburilor se poate obtine prin cresterea vitezei fluidului (acest avantaj este insotit de dezavantajul cresterii caderii de presiune). Pentru cresterea vitezei in tuburi, se introduce in camerele de distributie (sub capace) sicane astfel incat sa obtina doua sau mai multe pasuri (treceri) prin tuburi.

Pentru majorarea vitezei fluidului din manta, pot fi utilizate sicane longitudinale. Prin prezenta unei astfel de sicane, se realizeaza doua tipuri in manta. Se constata la acest schimbator, cu doua pasuri in manta si patru pasuri in tuburi, ca global fluidele circula in sens invers (unul de jos in sus si celalalt de sus in jos).

In majoritatea cazurilor practice, in manta se utilizeaza sicane transversale segment de cerc, care aduc in general la o curgere transversal ape tuburi. Obijnuit sicanele segment de cerc lasa libere ferestre orizontale, alternative sus si jos.

Pentru a nu se solicita mandrinarea si pentru a se evita aparitia neetanseitatilor trebuie sa se asigure o dilatare (contractare) libera a tuburilor in raport cu mantaua schimbatorului. Aceasta problema este rezolvata in special prin utilizarea schimbatoarele cu cap flotant (mobil) sau a schimbatoarelor cu tuburi U.

In cazul schimbatoarelor de caldura cu cap flotant placa tubulara mica are un diametru mai redus decat diametrul interior al mantalei si dupa montarea capacului mic (acesta este fixat prin intermediul unui inel ), fascuculul poate fi extras cu ambele placi tubulare.

Schimbatoare de caldura Lichid – Lichid.

Sa se stabileasca dimensiunile unui aparat de schimb de caldura plasat in circuitul de preincalzire a titeiului intr-o statie de DA pentru dchimbul de caldura intre titei si motorina usoara.

Se da :

Titei Motorina usoara

Debit t/h 90 32

Temperatura intrare oC 70 190

Temperatura iesire oC 85 115

Densitate

0.870 0.820

Vascozitate, cst la 20oC 9 3

Vascozitate, cst la 50oC 4 2

Factor KA 11.8 11.9

Bilantul termic.

Entalpiile motorinei la temperature de intrare si iesire:

Fluxul termic schimbat:

Q=m( 1.639∙106 W

1 =1.163 W

Pentru titei: