Просмотр отдельных изменений

'[[Файл:Plate frame 1.png|thumb|right|Концептуальная схема пластинчатого теплообменника]] [[Файл:Plate frame 2.png|thumb|right|Отдельная пластина пластинчатого теплообменника]] '''Пластинчатый [[теплообменник]]''' — устройство, в котором осуществляется передача [[теплота|теплоты]] от горячего [[теплоноситель|теплоносителя]] к холодной (нагреваемой) среде через стальные, медные, графитовые, [[Титан (элемент)|титановые]] гофрированные пластины, которые стянуты в пакет. Горячие и холодные слои перемежаются друг с другом. Первый агрегат пластинчатого теплообменника в близком к современному виде был изобретён доктором Ричардом Селигманом, основателем компании Aluminium Plant & Vessel Company Limited в 1923 году. Согласно другим источникам, создателем первого современного пластинчатого теплообменника была шведская компания [[Лаваль, Густаф де|Густава де Лаваля]], выпустившая первую модель, предназначавшуюся для пастеризационного оборудования, в 1938 году.{{нет АИ|12|09|2016}} == Устройство и принцип работы == # Неподвижная плита с присоединительными патрубками. # Задняя прижимная плита. # Теплообменные пластины с уплотнительными прокладками. # Верхняя направляющая. # Нижняя направляющая. # Задняя стойка. # Комплект резьбовых шпилек. Такая конструкция теплообменника обеспечивает эффективную компоновку теплообменной поверхности и, соответственно, малые габариты самого аппарата. Все пластины в пакете одинаковы, только развернуты одна за другой на 180°, поэтому при стягивании пакета пластин образуются каналы, по которым и протекают жидкости, участвующие в [[теплообмен]]е. Такая установка пластин обеспечивает чередование горячих и холодных каналов. === Теплообменные пластины с уплотнительными прокладками === Основным элементом [[теплообменник]]а являются теплопередающие пластины, изготовленные из коррозионно-стойких сплавов толщиной 0,4-1,0 мм методом холодной штамповки. В рабочем положении пластины плотно прижаты друг к другу и образуют щелевые каналы. На лицевой стороне каждой пластины в специальные канавки установлена резиновая контурная прокладка, обеспечивающая герметичность каналов. Два из четырёх отверстий в пластине обеспечивают подвод и отвод греющей или нагреваемой среды к каналу. Два других отверстия, дополнительно изолированы малыми контурами прокладки предотвращающими смешение (переток) греющей и нагреваемой сред. Для предупреждения смешивания сред в случае прорыва одного из малых контуров прокладки предусмотрены дренажные пазы. Пространственное извилистое течение жидкости в каналах способствует турбулизации потоков, а противоток между нагреваемой и греющей средой способствует увеличению температурного напора и, как следствие, интенсификации теплообмена при сравнительно малых гидравлических сопротивлениях. При этом резко уменьшается отложение накипи на поверхности пластин. При большой разнице в расходе сред, а также при малой разнице в конечных температурах сред существует возможность многократного теплообмена сред путём петлеобразного направления их потоков. В таких теплообменниках патрубки для подвода сред расположены не только на неподвижной плите, но и на прижимной, а вдоль пластин-перегородок среды движутся в одном направлении. Одним из важнейших элементов в конструкции пластинчатых теплообменников являются прокладки. Уплотнители в теплообменнике изолируют и направляют смежные жидкостные потоки и предотвращают протекание. Элементы представляют собой цельную каучуковую прокладку и фиксируются в специальных пазах по контуру пластины. Система крепления уплотнений к пластинам используется как клеевое, так и безклеевое с помощью специальных замков. Для производства уплотнений используется 4 типа стандартных материалов (NBR, EPDM, Viton I, Viton S), кроме того, используется ряд материалов разработанных специально для нестандартного применения. Среди наиболее распространенных уплотнений выделяют следующие виды: - S187 VITON (FPM) FP71 NBR (NITRIL) GL-265 VITON (FPM) XGM032 VITON GF/STEAM NT 500M VITON (FPM) ЭТ014С NBR (NITRIL) S20 VITON GF/STEAM NT 250M VITON (FPM) MA30W-FKMS-C/PEAK RING GASKET (MA30W-FKMS-CLIP-кольцевое) GL-85 NBR (NITRIL) ЭТ004C NBR (NITRIL). Выбор подходящего материала значительно влияет на срок службы прокладок. Но существуют и другие факторы, от которых зависит пригодность уплотнений: температурный режим, перепады давления, агрессивность среды, естественное старение. Установлено, что температура с показателями меньше, чем максимально допустимые, продляет срок эксплуатации. === Схема теплообмена === В процессе [[теплообмен]]а жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке). В местах их возможного перетекания находится либо стальная пластина, либо двойное [[резина|резиновое]] уплотнение, что практически исключает смешение жидкостей. Вид гофрирования пластин и их количество, устанавливаемое в раму, зависят от эксплуатационных требований к пластинчатому [[теплообменник]]у. Материал, из которого изготавливаются пластины, может быть различным: от недорогой [[нержавеющая сталь|нержавеющей стали]] до различных экзотических [[сплав]]ов, способных работать с [[жидкость агрессивная|агрессивными жидкостями]]. Материалы для изготовления уплотнительных прокладок также различаются в зависимости от условий применения пластинчатых [[теплообменник]]ов. Обычно используются различные [[полимеры]] на основе натуральных или [[каучук|синтетических каучуков]]. Результаты большого числа экспериментальных исследований показали, что на начальном участке движения потока вдоль поверхности, где только начинает формироваться пограничный слой и его толщина близка к нулю, коэффициент теплоотдачи в 4 – 8 раз выше, чем на участке сформировавшегося пограничного слоя[4, 5]. При разрушении пограничного слоя различными способами теплоотдача также увеличивается, причем особенно резко в месте присоединения потока к стенке после его отрыва, т.е. тоже на начальном участке формирования пограничного слоя рис. 1 [6]. Результаты проведенных исследований показали, что интенсификация теплообмена при турбулентном течении достигается воздействием на поток, уменьшающим толщину пристеночной области пограничного слоя либо полностью устраняющим его с определенной частотой. Организация таких воздействий сопряжена с затратами энергии, и они оправданы в тех случаях, когда эффект интенсификации теплообмена превосходит эти затраты. При исследовании труб с накатками, как в нашем случае, в работе [6] показано, что теплообмен увеличивается в 1,6 – 1,8 раз, а сопротивление в 2 - 3 раза. Внутри трубы высота выступов от наружной накатки составляла 0,7 – 0,9 мм, ширина выступа – 3 мм, расстояние между выступами 15 – 17 мм. Характерно, что волнистая форма выступа обусловила не автомодельность коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса Re. Авторами работы [6] установлено, что интенсификация теплообмена зависит от шага размещения и высоты выступов, но подробных исследований по этому вопросу не проведено. Отмечено в работе, что при полукольцевых выступах плавной формы интенсификация теплообмена ниже, чем для случая кольцевого выступа. В тоже время при острых кромках имеет место обратная тенденция. Авторы объясняют это интенсивным вихреобразованием в последнем варианте канала. Вопрос о влиянии угла между осью накатки и направлением движения потока можно отнести исследования в трубах со спиральными накатками, а также при комбинации спиральной и поперечной накатки. В работе [6] показано, что спиральная накатка даже с более высокой острой кромкой, чем поперечная накатка не приводит к интенсификации теплообмена и увеличению коэффициента теплоотдачи. Как и в нашем случае представляет интерес вывод автором работы [6] о том, что уменьшение кривизны передней кромки выступа со стороны набегающего потока приводит к снижению интенсивности теплообмена. В предельном случае, когда передняя кромка выступа острая или передняя кромка профилированной винтовой накатки острая, то это не приводит к увеличению интенсификации теплообмена. Причиной увеличения теплообмена в прямых каналах с выступами является отрыв вихрей в пограничном слое и присоединение потока к стенкам канала за выступом. При этом резко возрастают локальные значения коэффициента теплоотдачи и в зависимости от формы выступа и расстояния от него увеличение может составлять до 2-8 раз и распространяться на расстоянии до 30 высот выступа. Интенсификация теплообмена в прямых каналах и трубах с диафрагмами подробно изучалось в работе [7]. Основной идеей этой работы является повышение эффективности теплообменников, то есть сочетания затрат мощности на продвижение теплоносителя и количества переданного тепла. Для этого на основе анализа турбулентного потока было показано, что для получения наибольшего эффекта по теплообмену при приемлемом гидравлическом сопротивлении необходимо турбулизировать не весь поток, а лишь пристенный слой толщиной порядка  = 50 – 200, определяемый по формуле: === Виды пластинчатых теплообменников === Пластинчатые теплообменники бывают следующих видов: * разборные пластинчатые теплообменники; * паяные пластинчатые теплообменники; * сварные и полусварные пластинчатые теплообменники. === Основные параметры === Для разборных пластинчатых теплообменников характерны следующие параметры: * материал пластин: тонколистовые стали (AISI304, AISI316), Титан, Hastelloy, 254SMO и др.; * температура в пластинах носителя не превышает 200°; * давление в пластинах носителя не превышает 25кгс/см²; * поверхность теплообмена одного аппарата может значительно колебаться(0,1 и 2100 м²) в зависимости от назначения; * число пластин также колеблется от самых малых значений(практикуют от 7-10 пластин) и до самых больших. == Литература == * {{книга |автор = Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др.|часть = |заглавие = Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию|оригинал = |ссылка = |ответственный = Ю. И. Дытнерский|издание = |место = М.|издательство = Химия|год = 1991|том = |страницы = |страниц = 496|серия = |isbn = 5-7245-0133-3|тираж = 24000}} [[Категория:Теплообменники]]'