Procese de transfer de căldură

Tema Proiectului :

Dimensionarea tehnologica a unui schimbator de caldura de tip fascicul tubular in manta destinat racirii cu apa a unui produs petrolier.

Date initiale de proiectare :

-produsul cald este produsul petrolier cu caracteristicile din varianta 4;

-produsul rece, apa de recirculare:

-prin tuburi circula apa, prin manta produsul petrolier;

-sunt neglijate pierderile de caldura:

-mantaua schimbatorului de caldura este prevazuta cu sicane de tip segment de cerc:

-apa se incalzeste de la 300C-450C.

1.Introducere

Un schimbator de caldura este un echipament de transfer termic in care are loc procesul de transfer de caldura intre doua fluide. Acest proces decurge intotdeauna conform principiului al doilea al termodinamicii, astfel fluidul cald cedeaza caldura iar fluidul rece primeste acesta caldura.

Schimbatoarele de caldura se clasifica dupa mai multe criterii, cele mai importante fiind:

-dupa modul de transfer termic schimbatoarele se impart trei clase de aparate: schimbatoare de caldura de suprafata (la care transmiterea caldurii se face printr-un perete despartitor), schimbatoare de caldura prin amestec (la care transferul de caldura este insotit si de transfer de masa) si schimbatoare de caldura cu fluid intermediar stationar.

-dupa procesul principal de transfer de caldura : preincalzitoare, racitoare, refierbatoare, recuperatoare de caldura,vaporizatoare, condensatoare.

-dupa tipul constructiv al aparatului deosebim : schimbatoare de caldura de tip tub in tub, racitoare cu serpentina scufundata, condensatoare cu aer, schimbatoare de caldura cu placi, schimbatoare de caldura cu fascicul tubular in manta.

Schimbatoarele de caldura de tip fascicul tubular in manta

Schimbatoarele de caldura cu fascicul tubular in manta sunt cele mai utilizate tipuri de schimbatoare. Ele prezinta o arie specifica de transfer de caldura relativ mare (18-40 m2/m3, in raport cu 4-15 m2/m3 la schimbatoarele tub in tub) si un consum specific de metal relativ redus (35-80 kg/m2, in raport cu aproximativ 175 kg/m2 la schimbatoarele tub in tub).

In figura 1 este redata schema celui mai simplu schimbator de caldura cu fascicul tubular in manta. El se compune dintr-o manta cilindrica prevazuta la extremitati cu flanse, doua capace prevazute cu flanse spre interior, doua placi tubulare care se fixeaza (cu garnituri de etansare) intre flansele mantalei si capacelor si fasciculul de tuburi, mandrinate in placile tubulare.Racordurile pentru fluidul care circula prin tuburi se afla la capace si acest fluid trece in paralel prin toate tuburile, intr-un singur sens. Mantaua contine tot doua racorduri, fluidul corespunzator circulind longitudinal prin spatiul intertubular, in contracurent cu fluidul din tuburi. In partea superioara a schimbatorului, atit la manta cit si la capace, exista dopuri cu filet pentru evacuarea initiala a aerului.

Alegerea trecerii fluidelor prin tuburi sau manta se face dupa urmatoarele criterii, care nu pot fi intotdeauna respectate:

-- fluidul cu temperatura mai mare se trece prin tuburi, pentru a se reduce pierderea de caldura catre mediul ambiant;

-- fluidul cu debit volumic mai mare se trece prin manta;

-- fluidul cu presiune mai mare se trece prin tuburi, acestea rezistind la o presiune ridicata mai usor decit mantaua;

-- fluidul pentru care se doreste o cadere de presiune mai mica se trece prin manta;

-- fluidul care depune mai multa murdarie se trece prin tuburi, pentru ca acestea se curata mai usor , prin demontarea capacelor;

-- fluidul mai coroziv se trece prin tuburi, pentru ca acestea pot fi inlocuite sau izolate mai usor.

Cresterea coeficientului de convectie in interiorul tuburilor se poate obtine prin cresterea vitezei fluidului (acest avantaj este insotit de dezavantajul cresterii caderii de presiune).

Schimbatoarele din figurile 2. si 3 functioneaza cu doua pasuri in tuburi ( in raport cu cazul unui singur pas, sectiunea de curgere s-a redus la jumatate, iar viteza s-a dublat), iar cel din figura 4 cu patru pasuri in tuburi.

Pentru majorarea vitezei fluidului din manta, pot fi utilizate sicane longitudinale. in figura 4, prin prezenta unei astfel de sicane, se realizeaza doua pasuri in manta.

In majoritatea cazurilor practice, in manta se utilizeaza sicane transversal segment de cerc (fig. 2 si 3), care duc in general la o curgere transversala pe tuburi ( apar turbulente ce imbunatatesc transferul de caldura).