2 Основы управления режимами работы теплообменников
2.1 Регулирование температуры продукта на выходе теплообменников с жидким или парообразным теплоносителем
2.2 Регулирование температуры на выходе воздушных теплообменников
3 Автоматизация тепловых процессов
3.1 Автоматизация теплообменников
3.2 Автоматизация трубчатых печей
3.3 Автоматизация процесса выпаривания
Библиографический список
Введение
Выбор основных параметров теплообменных аппаратов, системы питания тепло-хладоносителем и оптимальных способов регулирования режима работы, должен осуществляться одновременно с выбором закона регулирования и технических средств автоматизации. Это позволит осуществить проектирование технологической части с учетом характеристик и возможностей имеющихся автоматических регуляторов, исполнительных механизмов и регулирующих органов и избежать внесения изменений в готовый проект.
При проектировании системы автоматического регулирования режимом работы теплообменных аппаратов необходимо стремиться получить оптимальные статические и динамические характеристики объекта регулирования и теплообменного аппарата как основных элементов системы автоматического регулирования, обеспечивающих проведение технологического процесса. Применяемые технические средства автоматического регулирования должны быть максимально просты и надежны. Необходимо всегда помнить, что автоматическое регулирование не может быть целью, а является только средством, способствующим:
1. сокращению численности производственного и обслуживающего персонала и высвобождению его на вредных для здоровья технологических процессах;
2. повышению количества и качества продукции;
3. экономии электроэнергии, тепло- и хладоносителя;
4. оздоровлению условий труда;
5. повышению производительности труда.
Затраты на автоматическое регулирование, за исключением эксплуатационных, являются единовременными и должны окупаться в течение установленного срока за счет экономии, исчисляемой с момента ввода системы автоматического регулирования в эксплуатацию.
Устройство теплообменных аппаратов
В химической технологии теплообменные аппараты применяются для нагревания и охлаждения веществ в различных агрегатных состояниях: испарения жидкостей и конденсации паров, расплавления твердых тел и кристаллизации, отвода и подвода тепла при проведении экзо- и эндотермических реакций и т.д. Соответственно своему назначению теплообменные аппараты называют подогревателями, холодильниками, испарителями, конденсаторами, плавителями и т.п.
По способу передачи тепла различают теплообменные аппараты смешения и поверхностные. В поверхностных аппаратах передача тепла происходит через твердую стенку, разделяющую теплообменивающиеся среды. В аппаратах смешения тепло от одного потока к другому передается при их непосредственном контакте.
Наибольшее распространение получили поверхностные теплообменные аппараты, так как смешение теплообменивающихся потоков не всегда допустимо.
По конструктивным признакам поверхностные теплообменные аппараты можно разделить на следующие типы:
1) кожухотрубчатые теплообменники (жесткого типа, с линзовым компенсатором на корпусе, с плавающей головкой, с U -образными трубками);
2) теплообменники типа "труба в трубе";
3) подогреватели с паровым пространством (рибойлеры);
4) погружные конденсаторы-холодильники;
5) конденсаторы воздушного охлаждения.
Кожухотрубчатые теплообменники
Эти аппараты (рис.1) имеют цилиндрический корпус, в котором установлен трубный пучок, состоящий из трубных решеток, в которых развальцовкой или сваркой закреплены трубки. Внутри корпуса установлены перегородки, создающие определенное направление потока и увеличивающие его скорость в корпусе.
Одна из теплообменивающихся сред движется по трубкам, а другая внутри корпуса, между трубками. В трубки подают более загрязненную среду, а также среду с меньшим коэффициентом теплоотдачи, так как очистка, наружной поверхности трубок затруднена, а скорость движения среды в межтрубном пространстве меньше чем в трубках.
Площадь проходного сечения межтрубного пространства, значительно больше (иногда в 2 раза) суммарного живого сечения труб, поэтому при одинаковых объемных расходах теплоносителей коэффициент теплоотдачи со стороны межтрубного пространства оказывается более низким. Для устранения этого явления прибегают к увеличению скорости теплоносителя путем размещения различных перегородок в межтрубном пространстве. Кожухотрубчатые аппараты соответственно местным условиям располагаются вертикально или горизонтально; при необходимости удлинения пути теплоносителей они могут соединяться последовательно, а при невозможности размещения требуемого числа труб в одном корпусе - параллельно. Для удлинения пути теплоносителей с целью увеличения их скорости и интенсификации теплообмена используют многоходовые аппараты. Так в двухходовом аппарате (рис.1) благодаря перегородкам теплоноситель проходит сначала по трубам лишь через половину пучка и в обратном направлении - через вторую половину пучка. Второй теплоноситель движется в межтрубном пространстве, где для удлинения его пути предусмотрены сегментные перегородки. Применяются также трех- и шестиходовые теплообменные аппараты.
Рассмотренные кожухотрубчатые теплообменные аппараты характеризуются жестким креплением корпуса и трубного пучка. Они применяются при небольших разностях температур теплоносителей, вследствие возникновения температурных напряжении в элементах теплообменника.
При больших разностях температур потоков в трубках и межтрубном пространстве аппараты снабжаются компенсирующими устройствами. Простейшим среди них является линзовый компенсатор в корпусе аппарата (рис.2), позволяющий трубному пучку удлиняться в определенных пределах без остаточных деформаций.
Рис.2. Кожухотрубчатый теплообменник с линзовым компенсатором в корпусе
Практически неограниченной компенсацией температурных удлинений отличаются аппараты с плавающей головкой, в которых одна из трубных решеток может свободно перемещаться внутри корпуса теплообменника.
Теплообменники с U -образными трубами имеют трубный пучок, трубки которого изогнуты в виде латинской буквы U . Оба их конца закреплены в одной трубной решетке, что обеспечивает свободное удлинение трубок независимо от корпуса аппарата.
1.2 Теплообменники типа "труба в трубе"
Теплообменные аппараты "труба в трубе" (рис.3) состоят из ряда последовательных элементов, образуемых двумя соосными трубами разных размеров. Один из теплоносителей движется по внутренней трубе, а второй - в кольцевом пространстве между наружной поверхностью внутренней трубы и внутренней поверхностью внешней трубы. Элементы соединяются между собой калачами, образуя плоский змеевик любой требуемой длины, прямые участки которого имеют рубашки.
Внешне трубы соединяются посредством патрубков с фланцами, чем удлиняется путь теплоносителя в кольцевом пространстве. Благодаря такому способу соединения отдельных элементов аппарат может быть легко демонтирован для очистки поверхности теплообмена и ремонта.
Рис.4. Теплообменник "труба в трубе" с сальниковым уплотнением труб
Кроме неразъемного соединения труб каждого элемента, при необходимости частой чистки всех поверхностей применяют разъемное соединение труб. В случае больших разностей температур обоих теплоносителей разъемное соединение труб осуществляется при помощи сальников (рис.4), обеспечивающих компенсацию термического расширения.
Длина труб неразборных теплообменников составляет от 3 до 12 м, а наружный диаметр от 48 до 219 мм при давлении 6,4 МПа.
Теплообменники разборной конструкции компонуются из труб длиной от 3 до 9 м диаметром 89 мм (для наружных труб) и 48 мм (для внутренних). Аппараты рассчитаны на условное давление до 4 МПа.
Достоинством рассматриваемых теплообменных аппаратов является возможность создания высоких и даже одинаковых скоростей обоих теплоносителей и, следовательно, больших коэффициентов теплоотдачи. К числу их недостатков относятся большое гидравлическое сопротивление и значительная металлоемкость.