Различных видов изделий и конструкций

Введение

На данный момент можно говорить об определенной адаптации целого ряда предприятий, производящих стройматериалы, готовых к новым условиям хозяйствования.

По сравнению с производством ряда других строительных материалов производство железобетонных изделий в России получили широкое применение в строительстве. В нашей стране создана самая мощная в мире промышленность сборного железобетона, выпускающая в год более 130 млн. м³ различных видов изделий и конструкций.
Процессы теплообмена имеют большое значение в химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую их стенку обусловлена рядом факторов и является сложным процессом, который принято разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. На практике эти явления не обособлены, находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно. Для теплообменников наибольшее значение имеет конвективный теплообмен или теплоотдача, которая осуществляется при совокупном и одновременном действии теплопроводности и конвекции.
Процессы теплообмена осуществляются в теплообменных ап­паратах различных типов и конструкций.
По способу передачи тепла теплообменные аппараты делят на поверхностные и смесительные. В поверхностных аппаратах рабочие среды обмениваются теплом через стенки из теплопро­водного материала, а в смесительных аппаратах тепло передается при непосредственном перемешивании рабочих сред.
Смесительные теплообменники по конструкции проще поверхностных: тепло в них используется полнее. Но они пригодны лишь в тех случаях, когда по технологическим условиям произ­водства допустимо смешение рабочих сред.
Поверхностные теплообменные аппараты, в свою очередь, делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных аппаратах теплообмен между различными теплоносителями происходит через разделительные стенки. При этом тепловой поток в каждой точке стенки сохраняет одно и то же направление. В регенеративных теплообменниках теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева. При этом направление теплового потока в каждой точке стенки периодически меняется. Рассмотрим рекуперативные поверхностные теплообменники непрерывного действия, наиболее распространенные в промышленности.
Основными элементами кожухотрубчатых теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крыш­ки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решетках разваль­цовкой, сваркой и пайкой.
Перспективы развития в области производства бетона будут всегда, поскольку для социалистических и развивающихся стран насущной
необходимостью становится индустриализация строительства в связи с ростом народонаселения и соответственно рост потребности в жилье. Такие факторы, как индустриализация и урбанизация, концентрация населения в крупных городах, экономия земли, рост этажности зданий - будут, несомненно, способствовать разработок в этой отрасли строительства.
К сожалению, бетон сегодняшнего дня - это в основной своей массе еще малоэффективный материал, будущее за его новыми, более эффективными видами, которые только начинают осваиваться.
Целями и задачами данной работы является проектирование эффективного аппарата, позволяющего получить ресурсо и энергосбережения.
1 Литературно-патентный анализ.
Процессы теплообмена играют важную роль в современной технике. Они применяются всюду, где возникает необходимость нагрева или охлаждения среды для ее обработки и утилизации тепла. Особенно широко процессы теплообмена используют в химической, нефтеперерабатывающей, энергетической, металлургической и пищевой промышленности. В химической промышленности теплообменное оборудование составляет по весу и стоимости 15 -18 % от всего оборудования, а в нефтеперерабатывающей – до 50 % .В теплообменном аппарате один теплоноситель (теплоотдающий) передает теплоту другому теплоносителю (тепло принимающий). Если передача теплоты происходит при изменении агрегатного состояния какого-либо теплоносителя (кипение, конденсация), то его температура в процессе теплопередачи остается постоянной. В остальных случаях температуры теплоносителей в теплообменных аппаратах изменяются. Теплообменные аппараты применяются как отдельные агрегаты или элементы оборудования, станков и технологических или энергетических установок в различных отраслях промышленности [1].Условия проведения процессов теплообмена в промышленных аппаратах чрезвычайно разнообразны. Эти аппараты применяют для рабочих сред с различным агрегатным состоянием и структурой (газ, пар, капельная жидкость, эмульсия) в широком диапазоне температур, давлений и физико-химических свойств.Из-за разнообразия предъявляемых к теплообменным аппаратам требований, связанных с условиями их эксплуатации, применяют аппараты в самых различных конструкций и типов, причем для аппарата каждого типа разработан широкий размерный ряд поверхности теплообмена. В размерном ряду теплообменники различаются по допускаемым давлениям и температурам рабочей среды, а также по материалам, из которых изготовлен аппарат.
Широкая номенклатура теплообменников по типам, размерам, параметрам и материалам позволяет выбрать для конкретных условий теплообмена аппарата, оптимальный по размерам и материалам.
В основу классификации теплообменных аппаратов могут быть положены различные признаки.
По роду теплоносителей различают теплообменные аппараты: жидкость-жидкость; пар-жидкость; газ-жидкость; пар-пар; пар-газ; газ-газ.
В зависимости от изменений агрегатного состояния теплоносителей аппараты делят: без изменения агрегатного состояния; с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя; с изменением агрегатного состояния обоих теплоносителей.
В теплообменных аппаратах могут протекать различные процессы теплообмена: нагрев, охлаждение, кипение, конденсация, вымораживание, ректификация. В зависимости от этих процессов теплообменные аппараты делят на подогреватели, охладители, испарители, конденсаторы.
По характеру движения теплоносителей относительно теплопередающей поверхности теплообменные аппараты делят на три типа: с естественной циркуляцией, принудительной циркуляцией, с движением жидкости под действием гравитации. По роду теплового режима теплообменные аппараты могут быть со стационарными и нестационарными процессами теплообмена.
По ориентации теплопередающей поверхности в пространстве аппараты могут быть вертикальными, горизонтальные и наклонные. По принципу монтажа теплообменные аппараты разделяют на автономные, навешенные и встроенные.
По числу теплоносителей теплообменные аппараты классифицируют на двухпоточные, трехпоточные, многопоточные. В отдельных случаях к многопоточным теплообменникам относят системы, состоящие из нескольких теплообменников обычного типа, соединенных циркулирующим промежуточным теплоносителем.

В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы

теплообменников:
1) поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена – глухую стенку;
2) теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении<1>.
Значительно реже применяются в химической промышленности регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами – насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем
Поверхностные теплообменники наиболее распространены, их конструкции весьма разнообразны.
В химической технологии применяются теплообменники, изготовленные из самых различных металлов (углеродистых и легированных сталей, меди, титана, тантала), а также из неметаллических материалов, например, графита, тефлона.
Выбор материала диктуется в основном его коррозионной стойкостью и теплопроводностью, причем конструкция теплообменного аппарата существенно зависит от свойств выбранного материала.
Конструкции теплообменников должны отличаться простотой, удобством
монтажа и ремонта. В ряде случаев конструкция теплообменника должна
обеспечивать, возможно, меньшее загрязнение поверхности теплообмена и быть легко доступной для осмотра и очистки.
1.1 Классификация теплообменников
1.1.1 Трубчатые теплообменники
Кожухотрубные теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников.
В кожухотрубчатом теплообменнике (рисунок 1) одна из обменивающихся теплом сред 1 движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая 2- в межтрубном пространстве.
Среды обычно направляют противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, - в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении.
Кроме того, при указанных направлениях движения сред достигается более равномерное распределение скоростей и идентичные условия теплообмена по площади поперечного сечения аппарата. Теплообменник, изображённый на рисунке 1а, является одноходовым. При сравнительно небольших расходах жидкости её движения в трубах таких теплообменников низка и, следовательно, коэффициенты теплоотдачи невелики. Для увеличения последних при данной поверхности теплообмена можно уменьшить диаметр труб, соответственно увеличив их высоту (длину). Однако теплообменники небольшого диаметра и значительной высоты неудобны для монтажа, требуют высоких помещений и повышенного расхода металла на изготовление деталей, не участвующих непосредственно в теплообмене. Поэтому бо лее рационально увеличивать скорость теплообмена путём применения многоходовых теплообменников (рисунок 1б) [1].

где 1 - корпус (обечайка); 2 - трубные решетки; 3 - трубы; 4 - крышки; 5 - перегородки в крышках; 6 - перегородки в межтрубном пространстве.

Рисунок 1 - Кожухотрубчатые одноходовой а) и многоходовой б) теплообменники.
С помощью поперечных перегородок, установленных в крышках теплообменника, трубы разделены на секции, или ходы, по которым последовательно движется жидкость, протекающая в трубном пространстве теплообменника. Обычно разбивку на ходы производят таким образом, чтобы во всех секциях находились примерно одинаковое число труб.
Вследствие меньшей площади суммарного, поперечного сечения труб, размещенных в одной секции, по сравнению с поперечным сечением всего пучка труб скорость жидкости в трубном пространстве многоходового теплообменника возрастает в число раз, равное числу ходов.
Одноходовые и многоходовые теплообменники могут быть вертикальными и горизонтальными. Вертикальные теплообменники более просты в эксплуатации и занимают меньшую производительную площадь.

Горизонтальные теплообменники изготавливают обычно многоходовыми и работают при больших скоростях, участвующих в теплообмене сред.

Если средняя разность температур труб и кожуха в теплообменниках жесткой конструкции становится значительно, то трубы и кожух удлиняются неодинаково, что вызывает значительные напряжения в трубных решетках, что может привести к разрушению сварных швов.
При необходимости обеспечения больших перемещений труб и кожуха используют теплообменник с плавающей головкой.
В кожухотрубном теплообменнике с U-образными трубами сами трубы выполняют функцию компенсирующих устройств. При этом упрощается и облегчается конструкция аппарата. В теплообменниках такой конструкции, являющихся двух- или многоходовыми, достигается довольно интенсивный теплообмен. Недостатки теплообменников с U-образными трубами: трудность очистки внутренней поверхности труб, сложность размещения большого числа труб в трубной решетке.
Двухтрубчатые теплообменники, называемые также теплообменниками «труба в трубе», состоят из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов, образованных двумя концетрически расположенными трубами. Один теплоноситель движется по внутренним трубам, а другой по кольцевому зазору.
Благодаря небольшим поперечным сечениям трубчатого и межтрубчатого пространства в двухтрубчатых теплообменниках даже при небольших расходах достигаются довольно высокие скорости жидкости. Это позволяет получать большие высокие коэффициенты теплопередачи и достигать более высоких тепловых нагрузок, чем в кожухотрубчатых теплообменниках. Кроме того, с увеличением скоростей теплоносителей уменьшается возможность отложения загрязнения на поверхности теплообмена.
Вместе с тем эти теплообменники более громоздки, чем кожухотрубчатые, и требуют большего расхода металла на единицу
поверхности теплообмена, которая в аппаратах такого типа образуется только внутренними трубами.
Двухтрубчатые теплообменники могут эффективно работать при небольших расходах теплоносителей, а также при высоких давлениях.
Если требуется большая поверхность теплообмена, то эти аппараты выполняют из нескольких параллельных секций. Трубы в решетках обычно равномерно размещают по, периметрам правильных шестиугольников, т.е. по вершинам равносторонних треугольников (рисунок 2а), реже применяют размещение труб по концентрическим окружностям (рисунок 2б). В отдельных случаях, когда необходимо обеспечить удобную очистку наружной поверхности труб, их размещают по периметрам прямоугольников (рисунок 2в). Все указанные способы размещения труб преследуют одну цель обеспечить возможно более компактное размещение необходимой поверхности теплообмена внутри аппарата. В большинстве случаев наибольшая компактность достигается при размещении трубок по периметрам правильных шестиугольников<1>.

а) по периметрам правильных шестиугольников; б) по концентрическим окружностям; в) по периметрам прямоугольников (коридорное расположение)
Рисунок 2 - Способы размещения труб в теплообменниках.
Трубы закрепляют в решетках чаще всего развальцовкой причем особенно прочное соединение (при повышенных давлениях) достигается при устройстве в трубных решетках отверстий с кольцевыми канавками,

которые заполняются металлом трубы в процессе ее развальцовки. Кроме того, используют закрепление труб сваркой, если материал трубы не поддается вытяжке и допустимо жесткое соединение труб с трубной решеткой, а также пайкой, применяемой для соединения главным образом медных и латунных труб. Кожухотрубчатые теплообменники могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными в соответствии с требованиями технологического процесса или удобства монтажа. В зависимости от величины температурных удлинений трубок и корпуса применяют кожухотрубчатые теплообменники жесткой, полужесткой и нежесткой конструкции.

Теплообменник а) жесткой конструкции; б,в,г,д,е) нежесткой конструкции; ж)полужесткой конструкции.
Рисунок 3 - Типовые конструкции теплообменников.


Аппараты жесткой конструкции (рисунок 3а) используют при сравнительно небольших разностях температур корпуса и пучка труб, эти теплообменники отличаются простотой устройства. В кожухотрубчатых теплообменниках нежесткой конструкции предусматривается возможность некоторого независимого перемещения теплообменных труб и корпуса для устранения дополнительных напряжений и температурных удлинений. Нежесткость конструкции обеспечивается сальниковым уплотнением на патрубке (рисунок 3б) или корпусе (рисунок 3в), пучком U–образных труб (рисунок 3г), подвижной трубной решетки закрытого и открытого типа (рисунок 3д, е). В аппаратах полужесткой конструкции температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением специальных компенсаторов, установленных на корпусе (рисунок 3ж).

1.1.2 Элементные (секционные) теплообменники

Рисунок 4 - Элементный теплообменник.

Эти теплообменники состоят из последовательно соединенных элементов–секций (рисунок 4). Сочетание нескольких элементов с малым числом труб соответствует принципу многоходового кожухотрубчатого аппарата, работающего на наиболее выгодной схеме противоточной. Элементные теплообменники эффективны в случае, изменения агрегатного состояния. Их также целесообразно применять при высоком давлении рабочих сред.

Отсутствие перегородок снижает гидравлическое сопротивление и уменьшает степень загрязнения межтрубного пространства. Однако по сравнению с многоходовыми кожухотрубчатыми теплообменниками элементные теплообменники менее компактны и более дороги из–за увеличения числа дорогостоящих элементов аппарата –трубных решеток, фланцевых соединений, компенсаторов и др.

1.1.2 Витые теплообменники

Поверхность нагрева витых теплообменников компонуется из ряда концентрических змеевиков, заключенных в кожух и закрепленных в соответствующих головках. Теплоносители движутся по трубному и межтрубному пространствам. Витые теплообменники широко применяют в аппаратуре высокого давления для процессов разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения. Эти теплообменники характеризуются способностью к самокомпенсации, достаточной для восприятия деформаций от температурных напряжений.

1.1.3 Спиральные теплообменники

В спиральном теплообменнике поверхность теплообмена образуется двумя металлическими листами и, свернутыми по спирали. Внутренние концы листов приварены к глухой перегородке, а их наружные концы сварены друг с другом. С торцов спирали закрыты установленными на прокладках плоскими крышками. Таким образом внутри аппарата образуются два изолированных один от другого спиральных канала (шириной 2–8 мм), по которым, обычно противотоком, движутся теплоносители. Как показано, теплоноситель поступает через нижний штуцер и удаляется через боковой штуцер в правой крышке теплообменника, а теплоноситель входит в верхний штуцер и удаляется через боковой штуцер в левой крышке<1>.
Имеются также конструкции спиральных теплообменников перекрестного тока, применяемые главным образом для нагрева и охлаждения газов и конденсации паров.
Спиральные теплообменники весьма компактны, работают при высоких скоростях теплоносителей (для жидкостей 1–2 м/с) и обладают при равных скоростях сред меньшим гидравлическим сопротивлением, чем трубчатые теплообменники различных типов.

1.1.4 Графитовые теплообменники

Эти теплообменники составляют отдельную группу. Высокая коррозионная стойкость и значительная теплопроводность делают графит незаменимым в некоторых производствах. Промышленностью выпускаются блочные, кожухотрубные, оросительные теплообменники и погружные теплообменные элементы.

Типичными теплообменными аппаратами из графита являются блочные теплообменники, состоящие из отдельных графитовых блоков, имеющих сквозные вертикальные каналы круглого сечения и перпендикулярные им каналы. Теплоноситель движется по вертикальным каналам, а теплоноситель П по горизонтальным каналам , проходя последовательно все блоки. Горизонтальные каналы различных блоков сообщаются друг с другом через боковые переточные камеры. Графитовые блоки уплотняются между собой прокладками из резины или тефлона и стягиваются торцовыми крышками на болтах. Кроме прямоугольных блоков применяют также цилиндрические блоки, в которых горизонтальные каналы располагаются радиально.

1.2 Сравнительная характеристика
теплообменных аппаратов
Конструкция теплообменника должна удовлетворять ряду требовании, зависящих от конкретных условий протекания процесса теплообмена (тепловая нагрузка аппарата, температура и давление, при которых осу­ществляется процесс, агрегатное состояние и физико-химические свой­ства теплоносителей, их химическая агрессивность, условия теплоотдачи, возможность загрязнения рабочих поверхностей аппарата и др.). При выборе теплообменника необходимо учитывать также простоту устройства и компактность аппарата, расход металла на единицу переданного тепла и другие технико-экономические показатели. Обычно ни одна из конструкций не удовлетворяет полностью всем требованиям и приходится ограни­чиваться выбором наиболее подходящей конструкции.
В одноходовых кожухотрубчатых теплообменниках суммарное попе­речное сечение труб относительно велико, что позволяет получать доста­точно высокие скорости в трубах только при больших объемных расходах движущейся в них среды. Поэтому такие аппараты рационально исполь­зовать, когда скорость процесса определяется величиной коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве, а также в процессе испарения жидкостей.
Многоходовые (по трубному пространству) кожухотрубчатые теплооб­менники применяются главным образом в качестве паровых подогрева­телей жидкостей и конденсаторов. Именно в этих случаях взаимное на­правление движения теплоносителей в многоходовых теплообменниках (смешанный ток) не приводит к снижению средней движущей силы сравни­тельно с противотоком, по принципу которого работают одноходовые теплообменники. Многоходовые теплообменники целесообразно исполь­зовать также для процессов теплообмена в системах жидкость - жидкость и
газ - газ при больших тепловых нагрузках. Если же требуемая поверх­ность теплообмена невелика, то для указанных систем более пригодны элементные теплообменники. Особое значение имеют трубчатые тепло­обменники нежесткой конструкции (в том числе многоходовые) в тех слу­чаях, когда разность температур теплоносителей значительна и необходима компенсация неодинакового теплового расширения труб и корпуса аппа­рата. Однако эти аппараты дороже теплообменников жесткой конструкции.
Теплообменники с двойными трубами применяются в основном в кон­тактно-каталитических и реакционных процессах, протекающих при высоких температурах, когда необходимо надежно обеспечить свободное удлинение всех труб, не считаясь с удорожанием аппарата и более труд­ным его монтажом.
Змеевиковые теплообменники (погружные, оросительные, змеевики, приваренные к наружным стенкам аппаратов) наиболее эффективно ис­-
пользуют для охлаждения и нагрева сильно агрессивных сред, когда не­обходимо применение химически стойких материалов, из которых затруд­нительно или невозможно изготовить трубчатые теплообменники. Кроме того, эти аппараты пригодны для процессов теплообмена, протекающих под высоким давлением. Однако аппараты таких конструкций работают лишь, при умеренных тепловых нагрузках.


Теплообменные аппараты всех типов должны работать при оптималь­ном
тепловом режиме, соответствующем сочетанию заданной производи­тельности и других показателей, определяемых технологическими усло­виями, с минимальным расходом тепла.

1.3 Принцип работы теплообменного аппарата

Через входную камеру в трубы подается рабочая среда, которая обменивается теплом со средой межтрубного пространства, после чего через выходную камеру одна выводится из аппарата. При загрязнении внутренней поверхности труб, а также в случае профилактических мероприятий, один из экранов с помощью своего механизма разматывания раскатывается по трубной доске, перекрывая часть сечения камеры и часть проходного сечения пучка труб. При этом под давлением входящей трубной среды экран плотно прилегает к торцам труб, перекрывая в них доступ среды. Из-за уменьшения проходного сечения всего трубного пучка при постоянном расходе среды происходит увеличение скорости течения последней в оставшихся открытыми трубах, что приводит к интенсивному смыванию загрязняющих отложений с их внутренней поверхности.

Кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок труб, закрепленных в трубных досках коллекторных камер, во входной из которых установлены с
возможностью перекрытия ее проходного сечения заслонки с приводами, отличающийся тем, что, с целью снижения гидравлического сопротивления и металлоемкости, каждая заслонка выполнена в виде эластичного экрана, а ее привод снабжен механизмом разматывания с подвижной осью, размещенным в камере, при этом один край экрана закреплен на периферии трубной доски, а противоположный ему – на подвижной оси.


1.4 Описание патентов

При ходе патентного анализа рассмотрим класс F 28 F 9/02

1. 
   Патент 1546825 Вертикальный кожухотрубный теплообменник.
   

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использован в энергетической и химической промышленности.
Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность и ремонтопригодность теплообменника. В кожухе размещен пучок теплообменных труб, закрепленных в трубных досках. Верхняя трубная доска выполнена подвижной и снабжена плавающей головкой. К нижней трубной доске примыкают раздающий и собирающий коллекторы воды. В полость плавающей головки введена трубка для подвода воздуха при сливе воды из теплообменника. Трубка свободно установлена внутри одной из теплообменных труб и закреплена в стенке коллектора. Свободная установка трубки внутри теплообменной трубы обеспечивает компенсацию температурных удлинений пучка труб без использования специальных
компенсирующих устройств.
2. Патент 1643920 Кожухотрубный теплообменник.
Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использован в энергетической и химической промышленности. Снижение гидравлического сопротивления и металлоемкости обеспечивается выполнением каждой заслонки, размещенной во входной камере и снабженной приводом, в виде эластичного экрана, перекрывающего часть поперечного сечения камеры, одним краем закрепленного на периферии трубной доски, а противоположным ему – на подвижной оси, соединенной с механизмом разматывания. При очистке труб от отложений разматывают экран, перекрывая входные концы части трубного пучка и повышая тем самым скорость среды в другой части труб. Затем другим экраном

перекрывают другую часть пучка и повторяют процесс. Конструкция обеспечивает очистку труб без остановки аппарата.

3. Класс F 28 F 21/00, 9/04 патент 1589029 Кожухотрубный теплообменник.
Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в качестве рекуператоре для подогрева воздуха, работающего в среде, содержащей агрессивные компоненты. Цель изобретения – снижение металлоемкости. Теплообменник содержит гладкие стеклянные трубы, пропущенные через рамки-обоимы, обтянутые термоусадочной пленкой. Из этих рамок-обойм составлены трубные доски, отделяющие воздушные коллекторы от межтрубного пространства. После сборки теплообменник подвергается предварительному нагреву, в результате которого происходит усадка пленки и герметизация труб в трубных досках. При этом обеспечивается уменьшение расхода металла, а также возможность применения стеклянных труб, бывших в употреблении в других областях техники.
4. Класс F 28 F 9/22, F 28 D 7/00 патент 1580137 Теплообменник.
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в энергетике, судостроительной, нефтяной, химической и других отраслях
промышленности. Интенсификация теплообмена обеспечивается выполнением на поперечных перегородках радиальных разрезов разной длины, при этом перегородки с разрезами большей длины установлены первой и последней по длине пучка и между перегородками с разрезами меньшей длины. При работе теплообменника организуется винтовое течение межтрубной среды и ликвидируются застойные зоны. <1>
Вывод: в проведенном мной литературно-патентном анализе я выбрала кожухотрубчатый теплообменник. Так как многоходовые кожухотрубчатые теплооб­менники применяются главным образом в качестве паровых подогрева­телей жидкостей и конденсаторов. Выбираемый кожухотрубчатый

теплообменник подходит для проектирования его применения подогрева воды насыщенным водяным паром на предприятии по производству ЖБИ. Так как он эффективен и не требует большой затраты энергии, т.е. более экономичен, а так же надежен в эксплуатации.

2. 
   Технологический раздел
   

Кожухотрубные теплообменники относятся к наиболее распространенным аппаратам. Их применяют для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами – как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния.

Рис. 28.4. Технологическая схема изготовления железобетонных изделий поточно-агрегатным способом:

а - зона хранения заполнителей бетонной смеси; б - зона приготовления бетонной смеси; в - зона изготовления арматурных каркасов; г - зона формирования и обработки ЖБИ; д - зона хранения и выдачи готовых изделий; 1 - пост разгрузки заполнителей; 2 - приемные бункеры; 3 - накопительные бункеры; 4 - пост разгрузки; 5 - транспортерная галерея; 6 - пневмоподача цемента; 7 - бетоносмесительный цех; 8 - оборудование для производства арматурных каркасов и элементов; 9 - агрегат для термического

напряжения арматуры; 10 - пост армирования; 11 - самоходный бетоноукладчик; 12 – агрегат для формования изделий; 13 - зона выдержки изделий; 14 - промежуточный склад; 15 - транспортирование ЖБИ; 16 - подъем и транспортирование изделий; 17 - самоходная тележка; 18 - склад готовых ЖБИ.
Бетонные и железобетонные изделия и конструкции изготовляют на специальных заводах или полигонах. Технологический процесс складывается из следующих последовательно выполняемых операций: приготовления бетонной смеси, изготовления арматуры и арматурных каркасов, армирования железобетонных изделий, формования, температурно-влажностной обработки и декоративной отделкой лицевой поверхности изделий. Панели наружных стен в зависимости от конструкций могут подвергаться дополнительной операции — укладке в панель теплоизоляционного материала при сборке отдельных скорлуп или формовании изделий.


3 Расчет теплообменного аппарата
При проектировании теплообменников их тепловой расчет сводится к определению необходимой поверхности теплообмена F при известных расходах, начальной и конечной температурах теплоносителей.
Для действующих теплообменных аппаратов выполняют проверочные тепловые расчеты, в которых возможная производительность аппарата сопоставляется с фактической и определяют условия, соответствующие оптимальному режиму работы теплообменника.
Тепловые расчеты производят совместно с гидравлическими и конструктивными и на основе всех этих процессов и расчетов подбирают наиболее подходящие стандартные или нормализованные конструкции теплообменных аппаратов. выбранная конструкция должна быть по возможности оптимальной – сочетающей интенсивный теплообмен с низкой стоимостью, надежностью, дешевизной и удобством эксплуатации.
Для проведения собственно расчета трубчатых теплообменников следует установить целесообразность направления одного из теплоносителей в трубное, а другого – в межтрубное пространство аппарата. Выбор пространства для движения теплоносителя в поверхностном теплообменнике любого типа производят, исходя из необходимости улучшить условия теплоотдачи со стороны теплоносителя большим термическим сопротивлением. Принимая направление взаимного движения теплоносителей, учитывают и преимущества противотока при теплообмене без изменения агрегатного состояния, а также целесообразность совпадения направлений вынужденного или свободного движения теплоносителя.
Скорости теплоносителей в выбранном аппарате должны обеспечивать благоприятное сочетание интенсивного переноса тепла и умеренного расхода энергии на перемещение теплоносителя.
3.1 Исходные данные

Расход нагреваемой водй, т/ч: G=32;

Температура воды на входе, ^oС: t1=10;
Температура воды на выходе, ^oС: t2=77;
Давление греющего пара (насыщенного), МПа: p=0,75;
3.2 Предварительный расчет
Средняя температура холодного теплоносителя tср, ºС определяется по формуле (3.1) [7].
(3.1)
tср=43,5 ºС
Средняя массовая теплоемкость холодного теплоносителя, кДж/(кг∙К) принимается по справочным данным [6, таблица 2.18].
c=4,174 кДж/(кг∙К)
Количество теплоты Q, кВт передаваемое в теплообменнике определяется по формуле 3.2 [7].
Q=G∙c∙(t2-t1) (3.2)
Q =3234,88 кВт
Температура греющего пара tp, ºС принимается по справочным данным
[1, таблица 2.19]
tp=164 ºС
Удельная теплота парообразования r, кДж/кг: принимается по справочным данным [1, таблица 2.19]
r=2060 кДж/кг
Расход греющего пара D, кг/с определяется по формуле (3.3) [7].
D=Q/r (3.3)
D=1,57 кг/с
Среднелогарифмический температурный напор tl, ^oС определяется по формуле (3.4) [7].
tl=((tp-t1)-(tp-t2))/log((tp-t1)/(tp-t2)) (3.4)
tl=20 ºС
Коэффициент теплопередачи ориентировочный, Вт/(м²∙К): принимается по справочным данным [7, таблица 4.8]
Kor=1045 Вт/(м²∙К)
Требуемая ориентировочная поверхность теплообмена For,м² определяется по формуле (3.5) [7].
For=1000∙Q/(Kor∙tl) (3.5)
For =157,00 м²
Конструктивные параметры теплообменника принимаются по справочным данным [7, таблица 4.14]:
теплообменный аппарат типа ТК, горизонтальный, четырёхходовой, с шахматной компоновкой трубного пучка;
поверхность теплообмена, м²: F=157;
длина теплообменных труб, м: L=2;
диаметр кожуха, м : Dk=25;
общее число труб: n=666;
число рядов труб по вертикали: n=73;
наружный диаметр теплообменной трубы, м: de=0,27;
внутренний диаметр теплообменной трубы, м: di=0,25;
толщина стенки теплообменной трубы, м: dt=0,02;
3.2 Уточненный расчет

Плотность холодного теплоносителя, кг/м³ принимается по справочным данным [6, таблица 2.18]

ρ=990 кг/м³

Объемный расход холодного теплоносителя V, м³/с определяется по формуле (3.6) [7].
V=G/ρ (3.6)
V=0,126 м³/с
Площадь проходного сечения трубного пространства f, м² определяется по формуле (3.7) [7].
f=π∙di²∙n/4 (3.7)
f =1,261 м²
Средняя скорость течения холодного теплоносителя w, м/с определяется по формуле (3.8) [7].
w=V/f (3.8)
w=1 м/с
Кинематический коэффициент вязкости холодного теплоносителя, м²/с принимается по справочным данным [7].
y=0,73e^-6 м²/с
Число Рейнольдса для холодного теплоносителя определяется по формуле (3.9) [7].
Re=w∙di/y (3.9)
Re=3421,233
Число Прандтля для холодного теплоносителя при его средней температуре принимается по справочным данным [7].
Pr=4,8
Средняя температура стенки теплообменной трубы tw,^oС определяется по формуле (3.10) [7].
tw=(tср+tp)/2 (3.10)
tw=104,5 ^oС
Число Прандтля для холодного теплоносителя при средней температуре стенки принимается по справочным данным [7].
Prw=1,76

Число Нуссельта, Nu для теплоотдачи внутри теплообменной трубы (при турбулентном течении теплоносителя) определяется по формуле (3.11) [7].

Nu=0,021∙Re^0,8∙Pr^0,43∙(Pr/Prw)^0,25 (3.11)
Nu=23,124
Коэффициент теплопроводности холодного теплоносителя, Вт/(м∙К) принимается по справочным данным [7].
la=0,628 Вт/(м∙К)
Коэффициент теплоотдачи в теплообменной трубе a, Вт/(м²∙К) определяется по формуле (3.12) [7].
a=Nu∙la/di (3.12)
a=580,875 Вт/(м²∙К)
3.3 Расчет теплообмена в межтрубном пространстве
Коэффициент, зависящий от характеристик трубного пучка принимается по справочным данным [7, рисунок 4.7]
e=0,65
Температурный коэффициент: принимается по справочным данным
[7, таблица 4.6]
Bt=1150
Коэффициент теплоотдачи в теплообменной трубе As, Вт/(м²∙К) определяется по формуле (3.13) [7].
As=2,02∙e∙Bt∙(n∙L/D)^(1/3) (3.13)
As=14340,5736
Коэффициент теплопроводности стенки теплообменной трубы (сталь), Вт/(м∙К) принимается по справочным данным [7, таблица XXVIII].
lw=46,5 Вт/(м∙К)
Линейный коэффициент теплопередачи kl, Вт/(м∙К) определяется по формуле (3.14) [7].
kl=π/((1/(di∙a))+(log(de/di)/(2∙lw))+(1/(As∙de))) (3.14)
kl =42,613 Вт/(м∙К)
Количество, передаваемого тепла Qt, кВт определяется по формуле (3.15) [7].
Qt=kl∙L∙tl∙n/1000 (3.15)
Qt=900 кВт
Запас по количеству передаваемого тепла, % определяется по формуле (3.16) [7].
dQ=|(Q-Qt)∙100/Q| (3.16)
dQ=20,57 %