Navpični lupinski ali cevni deflegmator ali hladilnik

Najpogostejši tip toplotnih izmenjevalcev v industriji je lupina in cev. Različica njegove zasnove je odvisna od nalog, s katerimi se soočajo uporabniki. Za lupino in cev ni nujno, da mora biti večcevna - običajni refluksni kondenzator tipa plašča, hladilnik z neposrednim pretokom (a) ali protitok (b) tipa "cev v cevi" je tudi lupina in -cev.

Uporabljajo se tudi enosmerni izmenjevalniki toplote s tekočinami za prenos toplote s prečnim tokom (c). Toda najučinkovitejša in pogosto uporabljena pri večcevnih izmenjevalcih toplote je večprehodna shema navzkrižnega pretoka (d).

Pri tej shemi se en tok tekočine ali pare premika skozi cevi, drugi hladilni fluid pa se cik-cak pomika proti njej in večkrat prečka cevi. To je hibrid možnosti pretoka in navzkrižnega pretoka, ki vam omogoča, da je toplotni izmenjevalnik čim bolj kompakten in učinkovit..

Načelo delovanja toplotnih izmenjevalnikov in njihovega obsega

V domačem pivovarstvu se večprehodni hladilniki s pretočnim tokom običajno imenujejo hladilniki s cevjo (KHT), njihova enocevna različica pa se imenuje hladilnik s protitočnim ali direktnim tokom..

V domačih luninah, pivu in rektifikacijskih kolonah se do teh izmenjevalnikov toplote dovaja para po notranjih ceveh, hladilna voda pa v ohišje. Vsak industrijski oblikovalec-inženir ogrevanja bi bil ogorčen, saj je prav v ceveh mogoče ustvariti visoko hitrost hladilne tekočine, kar znatno poveča prenos toplote in učinkovitost naprave. Vendar imajo destilarne svoje cilje in ne potrebujejo vedno visoke učinkovitosti..

Na primer, v refluksnih kondenzatorjih za parne kolone je treba, nasprotno, zmehčati temperaturni gradient, čim bolj razširiti območje kondenzacije in po kondenzaciji potrebnega dela pare preprečiti prekomerno hlajenje refluksa , in tudi natančno urediti ta postopek. V ospredje prihajajo zelo različni kriteriji.

Med hladilniki, ki se uporabljajo v domačem pivovarstvu, so najbolj razširjene tuljave, cevi z neposrednim tokom in lupine in cevi. Vsak od njih ima svoj obseg.

Za naprave z nizko (do 1,5-2 l / h) produktivnostjo je najbolj racionalna uporaba majhnih pretočnih tuljav. V odsotnosti tekoče vode tuljave dajejo verjetnost tudi drugim možnostim. Klasična različica je tuljava v vedru vode. Če obstaja sistem za oskrbo z vodo in je produktivnost naprave do 6-8 l / h, potem vodi z neposrednim tokom, zasnovani po principu "cev v cevi", vendar z zelo majhno obročasto režo ( približno 1-1,5 mm), imajo prednost. Na parno cev je s korakom 2-3 cm spiralno navita žica, ki centrira parno cev in podaljša pot hladilne vode. Z močjo ogrevanja do 4-5 kW je to najbolj ekonomična možnost. Lupina in cev lahko seveda nadomestijo prehod, vendar bodo proizvodni stroški in poraba vode višji.

Lupina in cev prideta do izraza pri avtonomnih hladilnih sistemih, saj sta popolnoma nezahtevna za pritisk vode. Za uspešno delovanje praviloma zadostuje običajna akvarijska črpalka. Poleg tega z ogrevalnimi močmi od 5-6 kW in več hladilnik s cevjo praktično ne predstavlja druge možnosti, saj bo dolžina prehodnega hladilnika za izkoriščanje velikih zmogljivosti nerazumna.

Pri refluksnih kondenzatorjih drozge je situacija nekoliko drugačna. Pri majhnih, do 28-30 mm, premerih stebrov, je najbolj racionalna običajna majica (načeloma enaka majica).

Pri premerih od 40 do 60 mm je vodilni Dimroth dephlegmator. Je visoko natančen hladilnik z natančnim nadzorom moči in absolutno odpornostjo na zrak. Dimroth vam omogoča, da nastavite načine z najnižjo podhladitvijo flegma. Pri delu s pakiranimi stebri zaradi svoje zasnove omogoča centriranje povratnega toka, na najboljši način namakanje embalaže.

Lupina in cev prideta do izraza pri avtonomnih hladilnih sistemih. Refluksno namakanje embalaže se zgodi ne v središču kolone, temveč po celotni ravnini. Ta je manj učinkovit kot Dimrothov, a povsem sprejemljiv. V tem načinu bo poraba vode za lupino in cev bistveno večja kot pri Dimrothu.

Če potrebujete kondenzator za kolono z odvzemom tekočine, potem Dimroth ni konkurenčen zaradi natančnosti regulacije in nizkega podhlajenja refluksa. Za te namene se uporablja tudi lupina in cev, vendar se je hipotermiji flegma težko izogniti in poraba vode bo večja..

Glavni razlog za priljubljenost sklopov lupine in cevi med proizvajalci gospodinjskih aparatov je ta, da so pri uporabi bolj vsestranski in da se njihovi deli zlahka poenotijo. Poleg tega je uporaba deflegmatorjev lupine in cevi v napravah tipa "konstruktor" ali "spreminjanje oblike" izven konkurence..

Izračun parametrov dephlegmatorja lupine in cevi

Izračun zahtevane površine za izmenjavo toplote lahko izvedemo s poenostavljeno metodo..

1. Določite koeficient prenosa toplote.

Ime	Debelina sloja h, m	Specifična toplotna prevodnost λ, W / (m * K)	Toplotna odpornost R, (m2.K) / W
Območje stika s kovino z vodo (R1)	0,00001
Kovinske cevi (nerjaveče jeklo λ = 17, baker - 400), (R2)	0,001	17.	0,00006
Refluks (povprečna debelina filma v območju kondenzacije za refluksni kondenzator je 0,5 mm, za hladilnik - 0,8 mm), (R3)	0,0005	eno	0,0005
Območje stika s kovinskimi hlapi, (R4)	0,0001
Skupna toplotna upornost, (Rs)	0,00067
Koeficient prenosa toplote, (K) Š / (m2.TO)	1493

Formule za izračun:

R = h / λ, (m2 K) / W-

Rs = R1 + R2 + R3 + R4, (m2 K) / W-

K = 1 / Rs, W / (m2 K).

2. Določite povprečno temperaturno razliko med paro in hladilno vodo.

Temperatura nasičenih alkoholnih hlapov Tp = 78,15 ° C.

Največja moč povratnega hladilnika je potrebna v načinu delovanja stebra proti sebi, ki ga spremljata največji dotok vode in njena najnižja temperatura na izhodu. Zato predpostavljamo, da je temperatura vode na vstopu v lupino in cev (15 - 20) T1 = 20 ° C, na izstopu (25 - 40) - T2 = 30 ° C.

 Tvx = Tp - T1-

Thv = TP - T2-

Povprečna temperatura (Tav) se izračuna po formuli:

Tav = (Tvx - Tvh) / Ln (Tvh / Tvh).

To je v našem primeru zaokroženo:

Tvh = 58 ° C-

Tv = 48 ° C.

Tav = (58 - 48) / Ln (58/48) = 10 / Ln (1,21) = 53 ° C.

3. Izračunajte površino prenosa toplote. Na podlagi znanega koeficienta prenosa toplote (K) in povprečne temperature (Tav) določimo potrebno površino za prenos toplote (St) za zahtevano toplotno moč (N), W.

St = N / (Tav * K), m^2.-

Če moramo na primer reciklirati 1800 W, potem je St = 1800 / (53 * 1493) = 0,0227 m^2., ali 227 cm^2..

4. Geometrijski izračun. Odločimo se o minimalnem premeru cevi. V deflegmatorju gre flegm proti pari, zato je treba upoštevati pogoje za njegov prost pretok v šobo brez prekomerne podhladitve. Če izdelate cevi premajhnega premera, lahko povzročite poplavo ali izpust flegma v območje nad deflegmatorjem in naprej v izbor, potem lahko preprosto pozabite na dobro čiščenje nečistoč.

Najmanjši skupni prerez cevi pri dani moči se izračuna po formuli:

Prerez = N * 750 / V, mm^2., Kje

N - moč (kW)-

750 - proizvodnja pare (cm^3. / s kW)-

V - hitrost pare (m / s)-

Prerez - najmanjša površina preseka cevi (mm^2.)

Pri izračunu destilatorjev stolpnega tipa se moč ogrevanja izbere na podlagi največje hitrosti pare v koloni 1-2 m / s. Menijo, da če hitrost preseže 3 m / s, bo para usmerila povratni tok navzgor po koloni in ga vrgla v ekstrakcijo.

Če morate odstraniti 1,8-milimetrski deflegmator:

 Prerez = 1,8 * 750/3 = 450 mm^2..

Če naredite refluksni kondenzator s 3 cevmi, potem prečni prerez ene cevi ni manjši od 450/3 = 150 mm^2., notranji premer - 13,8 mm. Najbližja večja od standardnih velikosti cevi je 16 x 1 mm (notranji premer 14 mm).

Z znanim premerom cevi d (cm) najdemo njihovo najmanjšo zahtevano skupno dolžino:

L = St / (3,14 * d)-

L = 227 / (3,14 * 1,6) = 45 cm.

Če naredimo 3 cevi, mora biti dolžina povratnega hladilnika približno 15 cm.

Dolžina se prilagodi ob upoštevanju, da mora biti razdalja med pregradami približno enaka notranjemu polmeru telesa. Če je število predelnih sten parno, bodo cevi za dovajanje in odvajanje vode na nasprotnih straneh, in če je nenavadno - na eni strani dephlegmatorja.

Povečanje ali zmanjšanje dolžine cevi v polmeru gospodinjskih stebrov ne bo povzročalo težav z vodljivostjo ali močjo refluksnega kondenzatorja, saj ustreza napakam pri izračunu in jo je mogoče nadomestiti z nadaljnjimi konstrukcijskimi rešitvami. Razmislite lahko o možnostih s 3, 5, 7 ali več cevmi, nato pa izberite optimalno s svojega stališča..

Oblikovne značilnosti toplotnega izmenjevalnika v obliki lupine in cevi

Predelne stene

Razdalja med pregradami je približno enaka polmeru telesa. Čim krajša je ta razdalja, večji je pretok in manjša je možnost stagnacijskih con..

Pregrade usmerjajo tok čez cevi, kar znatno poveča učinkovitost in moč toplotnega izmenjevalnika. Prav tako pregrade preprečujejo upogibanje cevi pod vplivom toplotnih obremenitev in povečujejo togost dephlegmatorja lupine in cevi..

V predelnih stenah so rezani segmenti za prehod vode. Segmenti morajo biti veliki vsaj toliko, kolikor je prečni prerez vodovodnih cevi. Običajno je ta vrednost približno 25-30% površine predelne stene. V vsakem primeru morajo odseki zagotavljati enako hitrost vode vzdolž celotne poti gibanja, tako v snopu cevi kot v reži med snopom in telesom..

Za dephlegmator je kljub majhni (150-200 mm) dolžini smiselno narediti več pregrad. Če je njihovo število sodo, bo okov na nasprotnih straneh, če je nenavaden - na eni strani povratnega hladilnika.

Pri nameščanju prečnih pregrad je pomembno zagotoviti čim manj prostora med ohišjem in pregrado..

Cevi

Debelina stene cevi v resnici ni pomembna. Razlika v koeficientu prenosa toplote pri debelinah sten 0,5 in 1,5 mm je zanemarljiva. Dejansko so cevi toplotno prozorne. Tudi izbira med bakrom in nerjavnim jeklom glede toplotne prevodnosti nima smisla. Pri izbiri morate izhajati iz operativnih ali tehnoloških lastnosti.

Pri označevanju lista cevi jih vodi dejstvo, da morajo biti razdalje med osmi cevi enake. Običajno so postavljeni na ogliščih in straneh pravilnega trikotnika ali šesterokotnika. V skladu s temi shemami je mogoče v isti korak postaviti največje število cevi. Osrednja cev najpogosteje postane problem, če razdalje med cevmi v svežnju niso enake.

Slika prikazuje primer pravilnega vzorca luknje.

Za lažje varjenje razdalja med cevmi ne sme biti manjša od 3 mm. Da bi zagotovili trdnost spojev, mora biti material cevne pločevine trši od materiala cevi, razmik med pločevino in cevmi pa ne sme biti večji od 1,5% premera cevi.

Pri varjenju morajo konci cevi štrleti nad rešetko na razdalji, ki je enaka debelini stene. V naših primerih - za 1 mm vam bo to omogočilo izdelavo visokokakovostnega šiva s taljenjem cevi.

Izračun parametrov lupinsko-cevnega hladilnika

Glavna razlika med hladilnikom in refluksnim kondenzatorjem je, da refluks v hladilniku teče v isti smeri kot para, zato se refluksna plast v območju kondenzacije bolj gladko poveča od najmanjšega do največjega in njegova povprečna debelina je nekoliko večja..

Za izračune priporočamo nastavitev debeline na 0,8 mm. Pri deflegmatorju je ravno obratno - sprva se debela plast flegma, ki se je zlila s celotne površine, sreča s paro in ji praktično ne dovoli, da se popolnoma kondenzira. Potem, ko premaga to oviro, para vstopi v območje z najmanj približno 0,5 mm debelim refluksnim filmom. To je debelina na ravni njegovega dinamičnega zadrževanja, kondenzacija se pojavlja predvsem v tem območju.

Če vzamemo povprečno debelino refluksne plasti 0,8 mm, bomo za poseben primer upoštevali značilnosti izračuna parametrov hladilnika s poenostavljenim postopkom.

Ime	Debelina sloja h, m	Specifična toplotna prevodnost λ, W / (m * K)	Toplotna odpornost R, (m2.K) / W
Območje stika s kovino z vodo, (R1)	0,00001
Kovinske cevi (nerjaveče jeklo λ = 17, baker - 400), (R2)	0,001	17.	0,00006
Sluz, (R3)	0,0008	eno	0,001
Območje stika s kovinskimi hlapi, (R4)	0,0001
Skupna toplotna upornost, (Rs)	0,00117
Koeficient prenosa toplote, (K) Š / (m2.TO)	855,6

Največje zahteve za moč hladilnika so predstavljene s prvo destilacijo, za katero je narejen izračun. Uporabna moč ogrevanja - 4,5 kW. Temperatura dovoda vode - 20 ° C, izstop - 30 ° C, para - 92 ° C.

Tvh = 92 - 20 = 72 ° C-

Tv = 92 - 30 = 62 ° C-

Tav = (72 - 62) / Ln (72/62) = 67 ° C.

Območje izmenjave toplote:

St = 4500 / (67 * 855,6) = 787 cm².

Najmanjša skupna površina preseka cevi:

S prerez = 4,5 * 750/10 = 338 mm²-

Izberemo 7-cevni hladilnik. Površina preseka ene cevi: 338/7 = 48 mm ali notranji premer 8 mm. Iz standardnega asortimana cevi je primeren 10x1 mm (z notranjim premerom 8 mm).

Pozor! Pri izračunu dolžine hladilnika je potreben zunanji premer 10 mm.

Določite dolžino cevi hladilnika:

L = 787 / 3,14 / 1 = 250 cm, torej dolžina ene cevi: 250/7 = 36 cm.

Pojasnimo dolžino: če je telo hladilnika izdelano iz cevi z notranjim premerom 50 mm, mora biti med predelnimi stenami 25 mm.

36 / 2,5 = 14,4.

Zato je mogoče narediti 14 predelnih sten in dobiti dovodno-odtočne cevi za vodo v različnih smereh ali pa bo 15 pregrad in cevi gledalo v eno smer, moč se bo tudi nekoliko povečala. Izberemo 15 predelnih sten in dolžino cevi prilagodimo na 37,5 mm.

Risbe kondenzatorjev in hladilnikov v obliki lupine in cevi

Proizvajalci se ne mudijo deliti svojih risb toplotnih izmenjevalnikov v obliki lupine in cevi, domači obrtniki jih res ne potrebujejo, a vseeno so nekatere sheme v javni lasti..

Pogovor

Ne smemo pozabiti, da je vse zgoraj teoretični izračun po poenostavljeni metodi. Termični izračuni so veliko bolj zapleteni, toda v realnem obsegu sprememb v moči ogrevanja in drugih parametrih v gospodinjstvu tehnika daje pravilne rezultate..

V praksi je lahko koeficient prenosa toplote drugačen. Na primer, zaradi povečane hrapavosti notranje površine cevi bo refluksna plast postala višja od izračunane ali pa bo hladilnik nameščen ne navpično, temveč pod kotom, kar bo spremenilo njegove značilnosti. Možnosti je veliko.

Izračun vam omogoča natančno določanje dimenzij toplotnega izmenjevalnika, preverjanje, kako bo sprememba premera cevi vplivala na značilnosti in zavrnitev vseh neuporabnih ali zajamčenih najslabših možnosti brez dodatnih stroškov..