Výmenník tepla je zariadenie, ktoré odovzdáva časť tepla z horúcej kvapaliny do studenej kvapaliny, známe aj ako výmenník tepla. Výmenníky tepla zohrávajú dôležitú úlohu v chemickom, ropnom, energetickom, potravinárskom priemysle a v mnohých ďalších priemyselných výrobách. V chemickej výrobe sa výmenníky tepla môžu používať ako ohrievače, chladiče, kondenzátory, výparníky a reboilery a majú široké využitie.
Vhodné pre výmenníky tepla s rôznymi médiami, pracovnými podmienkami, teplotami a tlakmi a s rôznymi konštrukčnými typmi. Špecifická klasifikácia výmenníkov tepla je nasledovná:
Klasifikácia na základe princípov prenosu tepla
1. Medzistenový výmenník tepla je typ výmenníka tepla, v ktorom v priestore oddelenom stenou prúdia dve kvapaliny s rôznymi teplotami, pričom teplo sa vedie na stene a konvekcia na povrchu steny. Teplo sa prenáša medzi oboma kvapalinami. Medzi stenové výmenníky tepla patria výmenníky typu plášť a rúrka, výmenníky typu puzdro a iné typy výmenníkov tepla. Stenové výmenníky tepla sú najpoužívanejšie typy výmenníkov tepla.
2. Akumulačný výmenník tepla je teleso na akumuláciu tepla zložené z pevných materiálov, ktoré odovzdáva teplo z kvapaliny s vysokou teplotou kvapaline s nízkou teplotou. Horúce médium najprv dosiahne určitú teplotu zahriatím pevného materiálu a potom sa studené médium ohrieva pevným materiálom, aby sa dosiahol účel prenosu tepla. Regeneračné výmenníky tepla zahŕňajú rotačné a ventilové spínacie typy.
3. Nepriamy výmenník tepla s pripojením kvapaliny Nepriamy výmenník tepla s pripojením kvapaliny je výmenník tepla, ktorý spája dva povrchové výmenníky tepla s cirkulujúcim teplonosným médiom. Teplonosná látka cirkuluje medzi výmenníkom tepla s vysokoteplotnou kvapalinou a nízkoteplotnou kvapalinou, pričom prijíma teplo vo vysokoteplotnej kvapaline a uvoľňuje teplo do nízkoteplotnej kvapaliny vo výmenníku tepla s nízkoteplotnou kvapalinou.
4. Priamy kontaktný výmenník tepla, známy aj ako hybridný výmenník tepla, je zariadenie, v ktorom dve kvapaliny prichádzajú do priameho kontaktu a vzájomne sa miešajú na výmenu tepla, ako napríklad veža na studenú vodu, plynový kondenzátor atď.
5. Zložený výmenník tepla je zariadenie, ktoré kombinuje dva typy metód prenosu tepla: nepriamy prenos tepla povrchom pary a priamy prenos tepla zmiešaným prúdom vody. V porovnaní s nepriamym prenosom tepla na povrchu pary má vyššiu účinnosť prenosu tepla; v porovnaní s priamym zmiešavaním pary a vody pri výmene tepla má vyššiu stabilitu a nižšiu jednotkovú hlučnosť.
Rozdelenie podľa účelu
1. Ohrievač ohrieva kvapalinu na potrebnú teplotu, ale ohrievaná kvapalina neprechádza žiadnou fázovou zmenou.
2. Predhrievač vopred ohrieva kvapalinu a poskytuje štandardné procesné parametre pre procesné operácie.
3. Prehrievač sa používa na ohrev kvapaliny (technologického plynu alebo pary) do prehriateho stavu. 4. Výparník sa používa na ohrev kvapaliny na teplotu nad bod varu, čím sa kvapalina vyparí, zvyčajne s fázovými zmenami.
Rozdelenie podľa štruktúry
Možno ich rozdeliť na: výmenníky tepla s plávajúcou hlavou, výmenníky tepla s pevnou rúrkou, výmenníky tepla s rúrkou v tvare U, výmenníky tepla s doskou atď.
Výmenníky tepla možno rozdeliť na tri typy na základe rôznych metód prenosu tepla: hybridné, tepelné zásobníky a medzistenové.
Hybridný výmenník tepla je výmenník tepla, ktorý vymieňa teplo prostredníctvom priameho kontaktu a miešania studených a horúcich kvapalín, známy aj ako kontaktný výmenník tepla. Keďže po zmiešaní a výmene tepla medzi dvoma kvapalinami je potrebné včasné oddelenie, tento typ výmenníka tepla je vhodný na výmenu tepla medzi plynnými a kvapalnými kvapalinami. Napríklad v chladiacich vežiach používaných v chemických a energetických závodoch sa horúca voda strieka zhora nadol, zatiaľ čo studený vzduch sa nasáva zdola nahor. Na povrchu vodného filmu alebo kvapiek náplňového materiálu sa horúca voda a studený vzduch dostávajú do kontaktu pri výmene tepla. Horúca voda sa ochladzuje, studený vzduch sa ohrieva a potom sa včas oddelí v závislosti od rozdielu hustoty oboch kvapalín.
Akumulačný výmenník tepla je typ výmenníka tepla, ktorý využíva striedavé prúdenie studených a horúcich kvapalín cez povrch tepelného akumulačného materiálu (obalu) v tepelnej akumulačnej komore na výmenu tepla, napríklad v tepelnej akumulačnej komore na predhrievanie vzduchu pod koksárenskou pecou. Tento typ výmenníka tepla sa používa najmä na spätné získavanie a využívanie tepla z vysokoteplotných spalín. Podobné zariadenie zamerané na spätné získavanie chladnej energie sa nazýva chladiace zariadenie, ktoré sa často používa v zariadeniach na separáciu vzduchu.
Stenový výmenník tepla je typ výmenníka tepla, v ktorom sú studené a horúce kvapaliny oddelené pevnými stenami a výmena tepla prebieha cez steny. Preto je známy aj ako povrchový typ výmenníka tepla a tento typ výmenníka tepla sa používa najčastejšie.
Stenové výmenníky tepla možno rozdeliť na rúrkové, doskové a iné typy na základe štruktúry teplovýmennej plochy. Rúrkové výmenníky tepla využívajú ako teplovýmennú plochu povrch rúrky, vrátane hadovitých rúrkových výmenníkov tepla, rúrkových výmenníkov tepla a plášťových a rúrkových výmenníkov tepla; doskové výmenníky tepla využívajú ako teplovýmennú plochu povrch dosky, vrátane doskových výmenníkov tepla, špirálových doskových výmenníkov tepla, doskových rebrových výmenníkov tepla, doskových plášťových výmenníkov tepla a dáždnikových doskových výmenníkov tepla atď.; iné typy výmenníkov tepla sú navrhnuté tak, aby spĺňali určité špeciálne požiadavky, ako sú výmenníky tepla so strúhaným povrchom, rotačné doskové výmenníky tepla a chladiče vzduchu.
Vo všeobecnosti existujú dva typy smerov relatívneho prúdenia kvapalín vo výmenníkoch tepla: priame prúdenie a spätné prúdenie. Pri prúdení po prúde je rozdiel teplôt medzi oboma kvapalinami na vstupe maximálny a postupne sa znižuje pozdĺž teplovýmennej plochy, až kým rozdiel teplôt na výstupe nie je minimálny. Pri spätnom toku je rozloženie rozdielu teplôt medzi oboma kvapalinami pozdĺž teplovýmennej plochy relatívne rovnomerné. Za predpokladu, že vstupná a výstupná teplota studenej a horúcej kvapaliny sú konštantné, keď obe kvapaliny nemajú fázový prechod, maximálny a minimálny rovnomerný teplotný rozdiel pri protiprúdnom prúdení je rovnaký.
Za predpokladu dokončenia rovnakého prenosu tepla môže použitie protiprúdu zvýšiť rovnomerný teplotný rozdiel a znížiť plochu výmenníka tepla; ak plocha prenosu tepla zostane nezmenená, použitie protiprúdu môže znížiť spotrebu vykurovacích alebo chladiacich kvapalín. Prvý spôsob môže ušetriť náklady na zariadenie, zatiaľ čo druhý spôsob môže ušetriť prevádzkové náklady, preto by sa protiprúdová výmena tepla mala pri návrhu alebo výrobnom použití používať čo najviac.
Keď dochádza k fázovej zmene (varu alebo kondenzácii) medzi studenými a horúcimi kvapalinami a počas fázovej zmeny sa uvoľňuje alebo absorbuje len latentné teplo vyparovania, teplota samotnej kvapaliny sa nemení. Preto sú vstupná a výstupná teplota kvapaliny rovnaké. V tomto čase je teplotný rozdiel medzi oboma kvapalinami nezávislý od voľby smeru prúdenia kvapaliny. Okrem prúdenia proti prúdu a po prúde existujú aj smery prúdenia, ako je priečne prúdenie a turbulencia.
Zníženie tepelného odporu v medzistenových výmenníkoch tepla s cieľom zlepšiť súčiniteľ prestupu tepla je dôležitou otázkou počas procesu prenosu tepla. Tepelný odpor pochádza najmä z tenkej vrstvy kvapaliny (nazývanej medzná vrstva) prilepenej na teplovýmennej ploche na oboch stranách medzisteny a zo znečistenej vrstvy, ktorá sa vytvára na oboch stranách steny počas používania výmenníka tepla. Tepelný odpor kovovej steny je relatívne malý.
Zvýšenie rýchlosti prúdenia a rozrušenia kvapaliny môže stenčiť hraničnú vrstvu, znížiť tepelný odpor a zlepšiť koeficient prestupu tepla. Zvýšenie rýchlosti prúdenia kvapaliny však zvýši spotrebu energie, preto by sa pri návrhu malo spravodlivo koordinovať zníženie tepelného odporu a zníženie spotreby energie. Na zníženie tepelného odporu nečistôt je možné oddialiť tvorbu nečistôt a čistiť povrch na prenos tepla podľa plánu.
Vo všeobecnosti sa výmenníky tepla vyrábajú z kovových materiálov, z ktorých sa na výrobu strednotlakových a nízkotlakových výmenníkov tepla používa najmä uhlíková oceľ a nízkolegovaná oceľ; okrem toho, že sa používajú najmä na rôzne podmienky odolnosti proti korózii, austenitická nehrdzavejúca oceľ sa môže používať aj ako materiál odolný voči vysokým a nízkym teplotám; meď, hliník a ich zliatiny sa bežne používajú pri výrobe nízkoteplotných výmenníkov tepla; zliatina niklu sa používa v podmienkach vysokých teplôt; okrem výroby tesniacich častí sa na výrobu výmenníkov tepla odolných voči korózii používajú aj niektoré nekovové materiály, ako sú grafitové výmenníky tepla, fluoroplastové výmenníky tepla a sklenené výmenníky tepla.
Hlavné oblasti použitia výmenníkov tepla
1、 Chemický priemysel
Výmenníky tepla sa široko používajú v chemickom priemysle a môžu sa používať vo viacerých procesoch, ako je kondenzácia, odparovanie, kryštalizácia, sušenie a pyrolýza. Medzi bežné aplikácie patrí ohrev pary, rekuperácia chladiacej kvapaliny, koncentrácia, ohrev a chladenie atď. Prenos tepla možno dosiahnuť prostredníctvom výmenníkov tepla, ktoré môžu znížiť emisie škodlivých plynov a zvýšiť účinnosť výroby.
2、 Energetický priemysel
V energetickom priemysle sa výmenníky tepla používajú najmä na ťažbu ropy, zemného plynu, jadrovej energie, veternej energie, solárnej energie atď. Výmenníky tepla sa môžu používať na ohrev, chladenie a destiláciu ropy a zemného plynu. Môžu spätne získavať odpadové teplo a poskytovať tepelnú energiu iným zariadeniam, čím sa dosahuje efektívne využitie energie.
3、 Priemysel ochrany životného prostredia
Výmeníky tepla majú dôležité uplatnenie aj v priemysle ochrany životného prostredia, kde sa môžu využívať v rôznych aspektoch, ako je čistenie odpadových vôd, čistenie plynov a sušenie kalov. Použitie výmenníkov tepla môže znížiť vypúšťanie odpadových plynov, odpadových vôd a trosky, znížiť znečistenie a zlepšiť účinnosť ochrany životného prostredia.
4、 Potravinársky a farmaceutický priemysel
V priemyselných odvetviach, ako je potravinárstvo a medicína, sa výmenníky tepla používajú najmä na ohrev, chladenie, odparovanie, zahusťovanie a iné procesy. Pri spracovaní potravín sa výmenníky tepla môžu používať na dezinfekciu a sterilizáciu, čím sa zvyšuje kvalita a bezpečnosť potravín; vo farmaceutickom priemysle môžu výmenníky tepla regulovať reakčnú teplotu, dosiahnuť presnú výrobu liekov a zlepšiť kvalitu výrobkov.
5、 Stavebníctvo
V stavebníctve sa výmenníky tepla používajú najmä v oblastiach, ako je HVAC a klimatizácia. Pomocou výmenníka tepla možno dosiahnuť ohrev, chladenie, odvlhčovanie a ďalšie funkcie v situáciách, keď je veľký teplotný rozdiel medzi interiérom a exteriérom, čo zlepšuje vnútorné prostredie a zvyšuje komfort.
Kontaktné informácie pre otázky týkajúce sa výmenníka tepla
Ak chcete získať viac informácií o plášťovom a rúrkovom výmenníku tepla alebo získať riešenia na mieru, kontaktujte nás:
- Kontaktná osoba: Frank
- Tel: 86-510-82305188-8060
- Mobil: 86-18605101203
- Mail: [email protected]
- Adresa: 15-16F, budova A10, č. 777, JianZhu West Road, okres Binhu, Wuxi, Jiangsu, 214072. P.R. Čína
Tešíme sa na spoluprácu s vami a na poskytovanie spoľahlivej podpory a služieb pre vaše podnikanie.
