Если вы используете расширение трубки?

Выполните следующую процедуру, чтобы определить основные геометрии теплообменника без проведения полного дизайн теплообменника и evalute, где и когда усиление теплоотдачи могут быть полезны.

Передача тепла повышение, как правило, рассматриваются в первую очередь в качестве средства для улучшения и активизации тепловых характеристик теплообменников кожухотрубный тепло. Алгоритм был разработан для сопоставления затрат оптимизированных кожухотрубный теплообменники труба вставки и простые труб на основе области бедствий, связанных с трубкой повышение (1). Данная статья вводит порядок определения и другие потенциальные преимущества труб стороне повышения теплоотдачи. Эта методология признает, что капитальные затраты не только функции области, но, что также сильно зависит от количества снарядов, труба проходит, корпуса диаметром и длиной трубки.

Некоторые заблуждения существуют в отношении применения тепла повышение передачи. Чаще всего в том, что, хотя повышение устройства обеспечивают повышенную теплоотдачу, они делают это за счет повышения перепада давления. На самом деле, обратное это часто бывает - площадь и снижение перепада давления часто может быть достигнуто одновременно (2, 3). Второе заблуждение состоит в том, что устройства, которые повышают потока смысл только применительно к потоку, имеющих контрольный коэффициент теплоотдачи. Третье, что полностью турбулентного течения всегда самый лучший вариант для передачи тепла.

Работающие на нижней трубки скорости, как представляется, означает, что обменники использованием повышения теплоотдачи будет иметь больший трубки и, следовательно, считается большим диаметром корпуса, чем те, с использованием простых трубок. Это не обязательно так.

Механические ограничения могут играть важную роль в конструкции теплообменников кожухотрубный тепло. Например, ограничения часто размещаются по длине трубы используются. Это может серьезно ограничить падение давления, которые могут быть использованы для содействия передачи тепла. Кроме того, обязанности, касающихся близких подходов температура часто лучше всего выполнять в обменниках использованием чистого потока противотока. В случае обменников кожухотрубный тепло, это означает, что использование одной лампы проходит. Однако, если такие обязанности, также сопряжены с большими тепловыми нагрузками, разработчик может столкнуться с серьезной проблемой. После того как максимальная длина трубки не было достигнуто, площадь поверхности теплообменника может быть повышена только за счет увеличения кол-трубки. Результате увеличения кол-трубки уменьшается трубки стороне скорости и снижение трубки стороны коэффициент теплоотдачи. Если сокращение трубки стороне коэффициент становится большим, или если трубка стороне числа Рейнольдса подходы переходного режима, дизайнер либо имеет искусственное увеличение "трубы длиной" за счет увеличения числа снарядов или перейти на нескольких трубы проходят дизайна.

Использование нескольких проходит труба может иметь несколько отрицательных последствий. Во-первых, это приводит к сокращению количества трубок, которые могут быть размещены в корпусе. Во-вторых, для пучков, имеющих более 4 проходит труба, представляя пройти раздела полос в пачки приводит к увеличению в обход расслоение и снижение теплообмена оболочки стороне коэффициент. В-третьих, это приводит к впустую трубки стороны падение давления в обратном заголовки. Наконец, использование нескольких трубка проходит вводит необходимость изучения температуры крест соображений (т.е. там, где холодная температура на выходе потока выше, чем температура на выходе горячей струи) и, следовательно, сокращение эффективного средняя разность температур, а также необходимость разделить обязанности между двумя или более обменников, работающих в серии.

Суть проблемы заключается в упадок в трубке стороны коэффициента увеличения кол-трубки. Передача тепла повышение может быть использована для обхода этой проблемы. Устройства, которые работают весьма эффективно в ламинарных и переходных режимов течения могут быть использованы для поддержания коэффициента теплоотдачи при увеличении кол-трубки, без каких-либо наказание перепада давления.

Есть ситуации, когда дизайнер может сознательно выбрать несколько оболочки конструкции в целях более эффективного использования имеющегося перепада давления. Это происходит, когда больше перепад давления не используется, чем могут быть использованы в одной оболочке, и это дополнительное падение давления могут быть покрыты в несколько конструкции корпусов. Дизайнер может выбирать между одно-оболочки конструкции или серии снарядов меньшего диаметра, содержащие меньшее общее области.

Опять же, использование аксессуара вариант, который следует рассматривать здесь. Равнина трубы плохо используем перепад давления, поскольку трение в простой труб является относительно низким.

Наконец, одна другой рассмотрения также имеет важное значение в контексте эффективного использования перепада давления. Существуют определенные ограничения по скорости, которые могут быть использованы. Например, максимальная допустимая скорость трубки около 2-3 м / с (в зависимости от материала трубок) часто выносится для чистой жидкости. Скорости выше, чем это могло бы привести к эрозии проблем. Более агрессивный жидкости, тем меньше максимальной скорости. Жидкостей, содержащих взвешенные твердые частицы, очевидно, требуют более низких скоростей. Некоторые вставки (например, проволоки матрицы вставки), работать с гораздо более низким, чем сдвиг происходит в простой трубки. Они позволяют полнее использовать перепад давления без опасности эрозии трубки.

Для оценки возможных выгод от использования аксессуара, это может быть необходимо для завершения детального проектирования и обычные трубки и расширение трубы единиц. Тем не менее, такой полный рабочий проект отнимает много времени, и только оправданным, если положительный результат не ожидается. Чтобы избежать этого, процедура для быстрого выявления возможных выгод от использования повышение до завершения полного дизайна не требуется. Такой порядок разработан здесь, чтобы показать возможные последствия повышения по области сокращения корпуса диаметром и количество снарядов, необходимых для данной службы.

Умеренно-жидкостей

Рассмотрим обработки жидких умеренной вязкостью (мю = 2 сП), где существует потенциальная возможность перекрестного температуры. В таблице 1 приведены подробности один такой ситуации, при которых максимально допустимое давление труб стороны падение была установлена на уровне 60 кПа, а максимальная длина трубки на 6 м.

Существует прямая связь между геометрией теплообменника и падения давления в действительности поглощается в обменник. В некоторых случаях, в полной мере использовать допустимый перепад давления не рекомендуется. Таким образом, вместо применения анализа на максимально допустимое значение, диапазон перепада давления до этого значения рассматриваются.

Отношения между поглощенной перепада давления и геометрии обычные трубки один проход теплообменника показан на рисунке 1. Обратите внимание, что длина связи имеет большое влияние на дизайн. Даже при очень низких перепадах давления, существует необходимость в создании нескольких снарядов. Кол-во оболочки увеличивается по мере увеличения поглощенной перепада давления.

2 приведены результаты анализа для теплообменника оснащен матрицей вставить провод. Три выгоды очевидными: есть значительное сокращение площади (при любом фиксированном перепаде давления); несколько снарядов требуется значительно сокращается (дизайн с участием только одного снаряда это возможно), а также более полного использования перепада давления может быть сделано ( всей доступной перепада давления могут быть покрыты, если будет сочтено целесообразным).

В обычные трубки блока, дизайнер сталкивается с необходимостью несколько оболочек, как правило, взгляд на использование нескольких трубка проходит. Если мы будем применять процедуру 4-труба - проходят единицы, мы находим, что температура крест соображений, немедленно приводит к необходимости в течение четырех снарядов в серии. Анализ этого сценария приводится на рисунке 3. Полное использование перепада давления сейчас можно и блок с использованием 4 оболочек в серии выявлено.

Приведение результатов вместе, три дизайна на примере определены. Они приведены в таблице 2.

Маловязких жидкостях

Теперь давайте посмотрим на те же ситуации, но с низким - вязкость жидкости (мю = 0,2 сП). Низкой вязкости приводит к турбулентному при всех, но очень низким перепадами давления. Таким образом, как проволока матрицы и винтовой спиральной вставки провод можно считать для этого приложения. Варианты дизайна представлены в таблице 3.

Эти результаты представляют особый интерес. Здесь, использование матрицы вставить провод была ограничена ламинарных и переходных условиях обтекания. Принято считать, что полностью развитого турбулентного течения является оптимальным для передачи тепла. Таким образом, с низкой вязкостью, использование устройства, предназначенные для работы в этих условиях не мог бы рассматриваться. Тем не менее, использование таких устройств в соответствии с этими условиями поток действительно может оказаться полезным. Полностью развитого турбулентного течения не всегда является наилучшим вариантом для передачи тепла. Чтобы продемонстрировать это, давайте дальнейшего изучения конструкции с проволокой матрицы вставками.

Коэффициент теплоотдачи, достигнутый на число Рейнольдса 2000 с использованием таких включить в процесс обработки света органические жидкости (мю = 0,5 сП, Pr = 5.9), 1945 Вт / м ^ 2 ^ SUP-K. Число Рейнольдса 28000 будут необходимы для достижения этого коэффициента в простой трубки.

Градиент давления, понесенные в связи с трубки оснащены вставить будет 3,5 кПа / м, а обычные трубки, работающих на высокой скорости бы градиент 3,98 кПа / m. Таким образом, потери давления, понесенные расширенной трубке ниже, чем простой трубки, даже при фиксированной длины. Если выше обычного трубки скорости было достигнуто за счет увеличения труба проходит, обычные трубки перепад давления может быть значительно больше, чем расширенной трубе перепад давления по той же производительности.

Эти преимущества перевести на лучший дизайн. Таблица 4 сравниваются три конструкции, разработанные для постного мяса с богатым теплообменники для разделения ароматических веществ (бензол / толуола / ксилола) - обычные трубки блок, блок расширенной обработки долг в минимальное количество снарядов, а также расширить блок обработки долг с минимальной площадью теплообмена. Несмотря на дополнительные механические сложности дизайна участие с переходом на один проход трубы (либо включения оболочки сильфона или использования специального типа плавающей договоренности голову на счет теплового расширения), расширенной блоки представляют значительную экономию средств.

Где-оболочки стороны теплообмена контроля

Наконец, давайте рассмотрим обработку умеренной вязкостью жидкости (л = 1 сП) в условиях, когда сопротивление корпуса стороны теплообмена является определяющим фактором. Для этого, например, корпуса стороны коэффициент теплоотдачи составляет 200 Вт / м ^ 2 ^ SUP-K). В таблице 5 приведены варианты дизайна.

Мы видим, что перенос трубы сторону повышения тепла имеет важную роль, даже когда теплообмен корпуса стороны контролируется. Области потребностей могут быть продиктованы оболочки стороны коэффициент теплоотдачи, а потребность в нескольких снарядов находится под контролем потока трубки с другом. Выводы

Процедуру, описанную здесь был применен к ряду проблем пример. Одной из задач было изучение действия некоторых распространенных заблуждений, связанных с использованием тепла повышение передачи. Мы можем сделать некоторые выводы. Во-первых, с помощью трубки аксессуары, обменник размер может быть сокращен без каких казни перепада давления. Во-вторых, выгоды от повышения передачи тепла выходить за рамки уменьшенного размера. Повышение может быть использован для сокращения количества снарядов, необходимых для данной службы. Он может быть использован, чтобы избежать температуры крест. В некоторых ситуациях она может быть использована для получения более полного использования имеющегося перепада давления. Наконец, но не описано здесь, она может быть использована для уменьшения загрязнения теплообменника (5).

ЛИТЕРАТУРА

1. Джафари Наср, Н. Р. и GT Полли, "Алгоритм для сравнения стоимости оптимизированных Shell и кожухотрубчатые теплообменные трубы с вставками и равнины трубы" Chem. Eng.

2. Полли GT, и др.., "Определение и применение Преимущества передачи тепла повышение", Trans. 1ChemE, 72, часть, с. 616-620 (сентябрь 1994).

3. Джафари Наср, MR, "Идентификация и определение Потенциальные выгоды от передачи тепла повышение", кандидатская диссертация, Univ. "Манчестер Институт Тех. Манчестер, Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии (1997).

4. Керн, DQ, "процесс передачи тепла", McGraw-Hill, Нью-Йорк, NY (1950).

5. MacMullan А.С., и др., "Исследование НПЗ сокращения обрастания," Инженерная Фонд конференции по смягчению последствий обрастания, технике ", Нью-Йорк, NY (июнь 1995).

Дополнительная литература

Криттенден, BD, и др., "Использование в трубе Вставки для уменьшения обрастания из сырой нефти," Айше симпозиум серии 89 (295), с. 300-313 (1993).

МОХАМАД Р. Джафари НАСР,

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НАЦИОНАЛЬНЫХ

Иранской нефтяной компании

Т. ГРЭМ Полли,

Университет "Манчестер ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИЙ

МОХАМАД Р. Джафари НАСР (E-почта: <a href="mailto:jafarimr@ripi.ir"> jafarimr@ripi.ir </ A>) является главой Моделирование и энергетики кафедра в газовой Div. в Научно-исследовательский институт нефтяной промышленности (RIP [) в Национальной иранской нефтяной компании (NIOC), Тегеран, Иран, а также внештатный преподаватель. Он обладает более чем 14 летний опыт работы в области исследования и разработки пилотных проектов завода для переработки газа. Его исследовательские интересы включают дизайн и оптимизации термического оборудования, энергетической интеграции химических процессов, моделирование процессов газа, а также разработки пилотных установок и испытательных стендов для переработки газа. Он имеет степень бакалавра и степень магистра по Амир Кабир Univ. технологии (Тегеран Политехник) и кандидат от Univ. "Манчестер технологический институт, все в химическом машиностроении. Он получил приз за лучшую работу в промышленных сессии, на Десятой Международной конференции теплопередачи и награду за лучшую работу в инженерной сессии, на третий иранских исследований Конгресса в нефтяной, газовой и нефтехимической промышленности.

Т. ГРЭМ Полли (Тел.: 44-1229-585-330, факс: 44-1229-585-708; Электронная почта: <a <href="mailto:gtpolley@compuserve.com"> gtpolley@compuserve.com / >) на пенсию из Univ. "Манчестер институт науки и технологии, Манчестер, Великобритания, где он был директором Центра по интеграции процессов. В целях содействия применению технологического процесса интеграции, он разработал веб-сайт <a target="_blank" href="http://www.pinchtechnology.com" <rel="nofollow"> www.pinchtechnology.com / A>. Его научные исследования были связаны передачи тепла конденсации, кипения передачи тепла, рекуперация тепла системное проектирование и разработка процесса и методологии проектирования оборудования. Он является нынешний президент Великобритании передачи тепла общества. В 199o, он был награжден медалью Молтон институт инженеров-химиков за его работу на нефть реконструкции нефтеперерабатывающего завода, а в 1992 году и доктор Наср были награждены Ackrill Трофи в Великобритании передачи тепла общества за их работу по теплообмена аксессуара. Он имеет BTech, MSc и доктора в области химического машиностроения Loughborough Univ. технологии, а также является членом Айше.

Благодарности

Большое спасибо-исследовательский институт нефтяной промышленности (RIPI) Национальной иранской нефтяной компании (NIOC) для Финансовая поддержка.