Płytowe wymienniki ciepła. 1. Wstęp

Transkrypt

1 Płytowe wymienniki cieła. Wstę Wymienniki łytowe zbudowane są z rostokątnych łyt o secjalnie wytłaczanej owierzchni, oddzielonych od siebie uszczelkami. Płyty są umieszczane w secjalnej ramie, gdzie są zaciskane śrubami, w celu uzyskania szczelności. W określonej ramie możemy umieszczać różne liczby łyt, łatwo doasowując do otrzeb wymiar owierzchni wymiany cieła. Wytłoczenia łyt zwiększają ich owierzchnię i sztywność oraz owodują wzrost burzliwości rzeływu. Rys. -. Konstrukcja łytowego wymiennika cieła. Wymienniki łytowe zostały o raz ierwszy wrowadzone w rzemyśle sożywczym, ze względu na łatwość rozłożenia wymiennika na części i wyczyszczenia elementów wymiennika, w tym łyt. Obecnie są one alternatywą dla wymienników łaszczowo-rurowych we wszelkich zastosowaniach, gdzie czynniki wymieniające cieło są cieczami o umiarkowanych ciśnieniach. Liczba łyt w wymienniku może osiągać kilkaset, a największe ojedyncze łyty mają wymiary rzędu 4,3 m (wysokość), m (szerokość). Powierzchnia wymiany cieła dla ojedynczej łyty zmienia się od 0,0 m do 3,60 m. Minimalny stosunek długości do szerokości łyt wynosi,8. Grubość łyty zawiera się w granicach 0,5-, mm, odległość omiędzy sąsiednimi łytami jest rzędu,5-5,0 mm, a średnica hydrauliczna jednego kanału jest rzędu 4-0 mm. Płyty mogą być wykonywane z wszelkiego rodzaju materiałów ciągliwych. Najczę-

2 ściej stosowane materiały na łyty to: stal nierdzewna, tytan, sto tytan-allad, stoy incoloy 85 (sto głównie niklu, żelaza i chromu), aluminium, sto aluminium z miedzią. Stosowane są różne kształty wytłoczeń, obecnie najczęściej stosowane są wytłoczenia tyu chevron (w kształcie litery V). Przewodność cielna łyt jest rzędu od 0 W/(m K) do 70 W/(m K). Przejście do rzeływu burzliwego nastęuje w wymiennikach łytowych rzy liczbie Reynoldsa Rys. -. Płyty tyu chevron (wytłoczenia w kształcie litery V).

3 Rys. -3. Przeływ czynników w wymienniku rzeciwrądowym, jednorzeływowym. Rys. -4. Organizacja rzeływu czynników 3 / 3. 3

4 Rys. -5. Organizacja rzeływu czynników 4 / 8. Rys. -6. Wizualizacja rzeływu omiędzy łytami.. Geometria kanałów w wymiennikach łytowych Wytłoczenia łyty owodują, że ma ona większą owierzchnię wymiany cieła niż łyta łaska. Miarą zwiększenia owierzchni wytłoczonej łyty jest wsółczynnik ϕ A w (-) A gdzie: A w ole owierzchni łyty wytłoczonej, A ole owierzchni łyty łaskiej. A L L w (-) L L D (-3) v L w L D (-4) h Dla tyowych łyt wartość wsółczynnika ϕ jest zawarta w rzedziale od,5 do,5. 4

5 5

6 Rys... Płyta tyu chevron. (a) odstawowe wymiary łyty; (b) rzekrój rzez sąsiednie łyty w kierunku rostoadłym do kierunku rzeływu. Dla łyty tyu chevron wielkość b charakteryzująca wymiar kanału jest równa (atrz rys..) b t (.5) gdzie rzybliżoną wartość odziałki można określić ze wzoru Lc (.6) N t L c jest całkowitą grubością ściśniętych łyt tworzących owierzchnię wymiany cieła, N t jest liczbą łyt. Średnicę hydrauliczną dla kanału omiędzy sąsiednimi łytami oblicza się ze wzoru D h 4A 4bLw (.7) ( b Lw ) Dla L w b b D h (.8) W wielu korelacjach średnica hydrauliczna jest obliczana jako D h b (.9) 3. Przykładowe korelacje na liczbę Nusselta oraz na wsółczynnik tarcia Fanninga Korelacje Chisholma i Wanniarachchi ego Korelacje ważne dla dla oraz 0 Re Liczba Nusselta (90 ) 3, 6 0,59 Pr 0,4 0,4 30 Nu 0,7 Re (3.) Wsółczynnik tarcia Fanninga (90 ) 0, 66 0,5,5 30 f 0,08Re (3.) Liczbę Reynoldsa oblicza się ze wzoru 6

7 wd Re h (3.3) Średnią rędkość w kanale dla łyt tyu chevron oblicza się z zależności m w (3.4) A gdzie ole rzekroju orzecznego kanału jest równe A bl w (3.5) Średnicę hydrauliczną oblicza się ze wzoru (.9), a właściwości termofizyczne łynów wyznacza się dla ich średnich temeratur, T f. 4. Obliczanie wsółczynnika rzenikania cieła oraz owierzchni wymiany cieła Wsółczynnik wnikania cieła Nu (4.) D h Wsółczynnik rzenikania cieła k w (4.) Pole owierzchni wymiany cieła Q A (4.3) k T sr Srawność wymiennika Q (4.4) gdzie Q max ' " " T T W T ' Q W (4.5) Q max T min ' ' W T T (4.6) 7

8 Ilość jednostek rzenikania cieła N f ( W Wmax, ) (4.7) min Pole owierzchni wymiany cieła NW A min (4.8) k 5. Obliczanie strat ciśnienia w wymienniku Straty ciśnienia w kanałach k 4 f L v D N h G f w 0,7 (5.) Prędkość masowa czynnika G m A w kg m s (5.) N liczba kanałów, rzez którą rzeływa cały czynnik L v długość kanału (atrz rys..(a)) Straty ciśnienia we wlotach do kanałów Gw w,4 N (5.3) Prędkość masowa we wlotach G w m Dw (5.4) 4 Całkowita strata ciśnienia k w (5.5) 8