HŐCSERE (1.) IPARI HŐCSERÉLŐK.

Az előadások a következő témára: "HŐCSERE (1.) IPARI HŐCSERÉLŐK."— Előadás másolata:

1 HŐCSERE (1.) IPARI HŐCSERÉLŐK

2 A HŐCSERE CÉLJA, TÍPUSAI
HŐENERGIA ÁTVITEL KÉT ANYAG KÖZÖTT FELTÉTELE A HŐMÉRSÉKLETKÜLÖNBSÉG! Működési elv szerint megkülönböztetünk: KÖZVETLEN HŐCSERÉT KÖZVETETT HŐCSERÉT JELLEMZŐ TULAJDONSÁGA Az anyagok hőtartalma (entalpia) a művelet során változik Az anyagok hőmérséklete nem feltétlenül változik Az anyagok halmazállapota változhat Az átvitt hőmennyiség Legegyszerűbb esetben

3 A HŐCSERE ENERGETIKAI ÉRTELMEZÉSE
A hőcserélő, mint műveleti egység (centrum): A be- és kilépő anyagok egyenlősége; A be- és kilépő energiák egyenlősége. Közvetlen hőcsere anyagárama Közvetett hőcsere anyagárama

4 AZ ENERGIAMÉRLEG ALKALMAZÁSA (1.)
A mennyiség és a hőtartalom szorzatának összege a műveleti egységben állandó! Az átadott hőenergiát a mennyiség és a hőtartalom-változás szorzata alapján számítjuk! A hőmérleg szempontjából közömbös a hőcsere típusa!

5 AZ ENERGIAMÉRLEG ALKALMAZÁSA (2.)
Közvetett hőcserélőben az anyagmérlegnek nincs jelentősége! Közvetett hőcserélőben a be- és kilépő komponensek azonosak m (meleg anyag) (kg/s) h (hideg anyag) (kg/s) A meleg anyag és hideg anyag hőtartalma egymástól „függetlenül” változik:

6 AZ ENERGIAMÉRLEG ALKALMAZÁSA (3.)
A meleg és hideg anyagok szerint átrendezett összefüggés megadja a hőcserében résztvevő anyagok hőtartalom változását: Bármelyik oldal hőtartalom változásának és mennyi- ségének szorzata egyúttal a hőcserélőben átadott hőmennyiséget is megadja! Általánosan:

7 AZ ENERGIAMÉRLEG ALKALMAZÁSA (4.)
A hőcserélő vizsgálatok és számítások célja: Hőmérleg alapján a szükséges fűtő- vagy hűtő anyag meghatározása. A hőcserélő hőmérsékleti viszonyainak megállapítása, a közepes hőmérsékletkülönbség kiszámítása. A hőátadási együttható meghatározása táblázatból vagy számításokkal, esetleg a kettő kombinációja. A szükséges hőátadó felület kiszámítása és a hőcserélő geometriai méretezése. Hőcserélők mérésekor az adott felületű készülék hőtani tulajdonságait – például a valóságos hő-átbocsátási együtthatót – vizsgáljuk. Hőcserélők komplex vizsgálatakor az áramlási viszonyok hatását is figyelembe vesszük.

8 A KÖZVETETT HŐCSERE (1.) HŐENERGIA ÁTVITEL KÉT ANYAG KÖZÖTT
AZ ANYAGOKAT FAL VÁLASZTJA EL A FAL KÉT OLDALA KÖZÖTT HŐMÉRSÉKLETKÜLÖNBSÉG VAN A MELEGEBB ANYAGTÓL A HIDEGEBB FELÉ ÁRAMLIK AZ ENERGIA JELLEMZŐ TULAJDONSÁGA ( mint általában a hőcserére jellemző) Az anyagok hőtartalma (entalpia) a művelet során változik; Az anyagok hőmérséklete nem feltétlenül változik; Az anyagok halmazállapota változhat; A HŐCSERE LEHET STATIKUS ÉS DINAMIKUS Hőcsere tartály jellegű készülékben, duplikátorban, forralóban; Hőcsere áramló közegek között csöves, vagy csőköteges hőcserélőben; JELLEMZŐ TÍPUSAI Folyadék – folyadék hőcserélők (folyadék hűtők, kaloriferek) Gőz – folyadék hőcserélők (folyadék melegítők és kondenzátorok) Gőz – gőz hőcserélők (forralók, elpárologtató berendezések)

9 A KÖZVETETT HŐCSERE (2.) STATIKUS HŐCSERE TARTÁLY JELLEGŰ KÉSZÜLÉKBEN

10 Általában csak a fűtő- vagy hűtőanyag mennyiségét számoljuk.
A KÖZVETETT HŐCSERE (3.) STATIKUS HŐCSERE TARTÁLY JELLEGŰ KÉSZÜLÉKBEN Általában csak a fűtő- vagy hűtőanyag mennyiségét számoljuk. Például: 1000 kg izopropil-alkoholt melegítünk 3 bar nyomású gőzzel 20 °C –ról 70 °C –ra. Határozzuk meg a szükséges fűtőgőz mennyiségét (kg)! fajhő: 3,59 kJ/kg °C párolgáshő: 2158 kJ/kg gőzszükséglet: 83 kg/h

11 A KÖZVETETT HŐCSERE (4.) DINAMIKUS HŐCSERE CSÖVES HŐCSERÉLŐBEN
Két csőben, egymástól elválasztva azonos vagy ellentétes irányban mozog a meleg és a hideg anyag. A hőátadás a mindkét oldaláról érintett cső falán keresztül valósul meg. Az anyagok hőmérséklete a cső fala mentén változik. A gyakorlatban több cső fut párhuzamosan, csőköteget alkotva. A csöveket a köpeny végén cső-kötegfal fogja össze.

12 Az áramlási irány a hőcsere típusától függ!
A KÖZVETETT HŐCSERE (5.) CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐK ALKALMAZÁSA Az áramlási irány a hőcsere típusától függ!

13 A KÖZVETETT HŐCSERE (6.) CSŐKÖTEGES FOLYADÉK HŐCSERÉLŐK Alapszerkezet
Működési elv

14 A KÖZVETETT HŐCSERE (7.) FOLYADÉK HŐCSERÉLŐK HŐMÉRSÉKLETKÜLÖNBSÉGE
Ideális esetben a hő-mérséklet változás egyenletes és állandó. Valóságos hőcserélők hőmérséklet változása logaritmikus jellegű! Lényeges szempont a hőcsere intenzitása is!

15 A KÖZVETETT HŐCSERE (8.) HŐCSERE HALMAZÁLLAPOT-VÁLTOZÁSSAL

16 A KÖZVETETT HŐCSERE (9.) CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐK SZÁMÍTÁSAI (1.)
Óránként 12 tonna 20 °C hőmérsékletű toluolt 90 °C-ra melegítünk 3,5 bar nyo- mású fűtőgőzzel. A hőcserélő hőátbocsá- tási együtthatója: 1500 W/m2K. 1. Mekkora a gőzszükséglet (kg/h)? 2. Mekkora a hőmérséklet-különbség? 3. Mekkora hőcserélőre van szükség? fajhő: 1,89 kJ/kg °C párolgáshő: 2146 kJ/kg 1. A hőmérleget gőz – folyadék hőcserélőre állítjuk fel: gőzszükséglet: 737 kg/h

17 A KÖZVETETT HŐCSERE (10.) CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐK SZÁMÍTÁSAI (2.)
2. A közepes hőmérsékletkülönbség: 78,8 °C 3/1. Az átadott hőmennyiség: W 3/2. A hőcserélő felülete: 3,71 m2

18 CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (1.)
1. Párhuzamos csövek felületén megy végbe a hőátadás 2. A csöveket csőköteg-falba rögzítik. 3. A járatok száma növelhető, ezzel javul a hőcserélő hossz/átmérő viszonya, és jobb az áramlási hatás.

19 CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (2.)
1. A csövek osztása körkörös, négyzetes, vagy hatszögletű lehet 2. Köpenyoldalon terelőlemezek biztosítják a párhuzamoshoz közeli áramlást.

20 CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (3.)
1. A szerelés a fő elemek egymásba tolásával történik 2. A csőköteg-fal és a köpeny összeillesztésénél a járulékos feszültséget csökkenteni kell. 3. A karimakötés lehet egyszerű és kettős (ez utóbbi közrefogja a csőköteg-falat).

21 CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (4.)
Többjáratú, merevcsöves hőcserélő Fordulókamra kialakítások

22 CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (5.)
A HŐFESZÜLTSÉG KOMPENZÁCIÓJA A jelenség Megoldások: Lencse-kompenzátoros köpeny Hajtűcsöves csőköteg Úszófejes csőköteg

23 CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (6.)

24 CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (7.)

25 IPARI ALKALMAZÁSOK