Теплообменное оборудование

Недостатки кожухотрубчатых кипятильников с затопленными трубами
Низкий коэффициент теплопередачи
Образование отложений смол и кокса на теплообменной поверхности
Необходимость периодической чистки

Основные схемы пленочных испарителей с падающей пленкой
а, б - прямоточные; в, г - противоточные пленочные испарители

Распределительные устройства пленочных испарителей

Распределительное устройство нового типа

Пленочные испарители
Преимущества:
Высокие коэффициенты теплопередачи 2…4 кВт/м2К
Отсутствие отложений на греющей поверхности со стороны испаряемой жидкости
Нет гидростатического давления столба жидкости и следовательно ниже температура испарения
Малое время пребывания при нагреве (меньше термическая деградация и смолообразование)
Более полное использованию энергетического потенциала теплоносителей (экономии пара).

Прямоточный пленочный испаритель

Противоточный пленочный испаритель

Пленочные аппараты с распределением жидкости по трубам с отрицательной обратной связью по парообразованию

Прямоточно противоточный пленочный испаритель

Схема работы распределительного устройства

Сопротивление диафрагмы j-й трубы противоточного испарителя можно выразить через среднее сопротивление диафрагмы ΔРср при среднем расходе паров через нее (Qсреср):
ΔPj = ΔPср Qj2 еj2 ρпj/ Qср2 еср2 ρпс
где еср, еj - массовая доля отгона в средней по жидкостной нагрузке и j - й трубе.

В прямоточном испарителе расход пара меняется по длине теплообменных труб. В этих условиях сопротивление трубы можно найти как интегральное:
ΔPj =
ΔPj =
где l1 - длина теплообменной трубы, м;
dв-внутрений диаметр труб, м;
ξ - коэффициент сопротивления орошаемой трубы;
wот - относительная скорость пара, м/с;
r – теплота испарения жидкости, Дж/кг;
ρк – плотность жидкости, кг/м3;
δ - толщина стекающей пленки, м.

Разность уровней жидкости на трубной решетке около наиболее и наименее нагруженной теплообменной трубы:
,
Hj = Hср(Qj/Qср)0,446

Тепловой процесс в пленочных испарителях с падающей пленкой
Локальные коэффициенты теплоотдачи от трубы к пленке жидкости α1 рассчитываются по формуле Лабунцова . При Reж≥500:
где Prж =Сжρжνж/λж - критерий Прандтля;
Reж= Г/μж -критерий Рейнольдса;
λж - теплопроводность конденсата теплоносителя, Вт/(м⋅К);
ρж - плотность конденсата теплоносителя, кг/м3;
νж - кинематическая вязкость теплоносителя, м2/с;
Сж – теплоемкость жидкости, Дж/кг.

При 60
.

,
гдеλк - теплопроводность конденсата теплоносителя, Вт/(м⋅К);
ρк - плотность конденсата теплоносителя, кг/м3;
rк - теплота конденсации теплоносителя, Дж/кг;
μк - динамическая вязкость теплоносителя, Па⋅с;
qт - удельная тепловая нагрузка теплообменной трубы, Вт/м2.
Теплоноситель конденсирующийся насыщенный водяной пар

Коэффициент теплопередачи
,
K=

Недостатки пленочных испарителей
Необходим насос для циркуляции жидкости через испаритель
Требуются распределительные устройства на каждую теплообменную трубу

многопоточные пленочных испарителей