Dimensionarea unui aparat de schimb de căldura în care se condensează propan

INTRODUCERE

SCHIMBÃTOARE DE CÃLDURÃ

Schimbãtorul de cãldurã este un sistem tehnic constituit din elemente rigide în care are loc transferul de cãldurã de la un fluid cu o temperaturã mai ridicatã(agent termic primar), cãtre un fluid cu o temperaturã mai coborâtã(agent termic secundar), în procese de încãlzire, rãcire, condensare, vaporizare sau procese termice complexe.

În procesul de schimb de cãldurã iau parte doi agenţi: un agent cald care cedeazã cãldurã, şi un agent rece care primeşte cãldurã.Industria petrochimicã utilizeazã o gamã variatã de schimbãtoare de cãldurã, dar marea lor majoritate sunt aparate având delimitate doua spaţii pentru circulaţia separatã a celor doi agenţi in care are loc schimbul de cãldurã.

Clasificarea schimbãtoarelor de cãldurã:

a) Clasificarea în funcţie de modul de realizare al transferului de cãldurã

- Aparate cu contact indirect (de suprafaţã)-aparate la care cei doi agenti termici nu vin in contact direct,ei fiind desparţiţi de o suprafaţa de schimb de cãldurã cu care vin in contact permanent sau periodic.Daca cele doua fluide vin in contact permanent cu suprafaţa de schimb de cãldurã, fluxul termic prin acesta fiind unidirecţional, schimbãtorul de cãldurã este de tip recuperativ. Acest tip de aparat este cel mai raspândit, el putând fi realizat în numeroase variante constructive.

Fig.1.1 Schimbătoare de căldură cu contact indirect:

a) schimbător recuperativ ţeavă în ţeavă; b) schimbător regenerativ cu umplutură fixă; c) schimbător regenerativ rotativ; d) schimbător cu strat fluidizat

 Aparate cu contact direct – sunt aparate la care agenţii termici nu mai sunt separaţi de o suprafaţă, ci amestecându-se unul cu celălalt.

Fig.1.2. Schimbătoare de căldură cu contact direct:

a) fără umplutură; b) cu umplutură

b) După trasformările fizico-chimice suferite de agentul termic in procesul de schimb de căldură:

- Aparate fără schimbarea stării de agregare a agentilor termic

- Aparate cu schimbarea stării de agregare a unui agent termic

- Aparate cu schimbarea stării de agregare a ambilor agenţi, au loc reacţii chimice

c) Clasificarea în funţie de compactitatea aparatului

Compactitatea unui schimbător de căldură este caracterizată de raportul între suprafaţa sa de schimb de căldură şi volumul său.În funcţie de acest criteriu ditingem:

- Schimbătoare compacte( compacticitatea mai mare de 700 m2/m3)

- Schimbătoare necompacte( compacticitatea mai mică de 700 m2/m3)

d) Clasificarea in funţie de modul de realizare a curgerii:

- Echicurent

- Contracurent

- Curent încrucişat

- Curent compus

Fig.1.4. Tipuri principale de curgere

a) contracurent; b) echivalent; c) curent încrucişat ambele fluide amestecate; d) curent încrucişat un fluid amectecat şi celălalt neamstecat; e) curent încrucişat ambele fluide neamestecate

Curgerea în contracurent ca cei doi agenţi termici circulă pe lângă suprafaţa de schimb de căldură paralel şi în sensuri contrarii.Curgerea in contracurent asigură cea mai mare diferenţă medie de temperatură între agenţii termici, însa temperatura peretelui la intrarea fluidului cald este maximă.

Curgerea în echicurent apare în cazul circulaţiei agenţilor, paralel şi în acelaşi sens, pe lângă suprafaţa de transfer de căldură. Aces tip de curgere realizează cea mai mică diferenţă medie de temperatură, însa cea mai bună răcire a peretelui în zona de intrare a fluidului primar.

Circulaţia în curent încrucişat presupune curgerea perpendiculară a celor doi agenţi termici.În acest caz se pot distinge trei situatii: ambele fluide amestecate(1.4.c), un fluid amestecat si celălalt neamestecat(1.4.d), ambele fluide neamestecate(1.4.e).Un fluid se numeşte amestecat atunci când in orice plan normal pe direcţia sa de curgere are aceeaşi temperatură deci, temperatura sa variază numai în lungul curgerii.În cazul fluidului neamestecat există o diferenţă de temperatură şi în direcţia normala de curgere.

În figura 1.5 se prezintă cazul curgerii în curent încrucişat cu ambele fluide neamestecate şi profilul temperaturii unuia dintre fluide după direcţia de curgere şi perpendicular pe acesta.