Un intercambiador de calor es un dispositivo que transfiere parte del calor de un fluido caliente a un fluido frío. También se le llama intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor son equipos de uso común en muchos sectores industriales como la industria química, el petróleo, la energía eléctrica, la alimentación, etc., y desempeñan un papel importante en la producción. En la producción química, los intercambiadores de calor se pueden utilizar como calentadores, enfriadores, condensadores, evaporadores, hervidores, etc. , y su aplicación está más extendida. Debido a los diferentes usos, tipos y rendimientos, los equipos de intercambio de calor se pueden dividir en estructuras de carcasa y tubos y estructuras de placas.
2. Principio de funcionamiento del intercambiador de calor
Un intercambiador de calor es un dispositivo que transfiere parte del calor de un fluido caliente a un fluido frío, es decir, se coloca agua en un recipiente grande cerrado u otro medio, con tuberías que pasen a través del recipiente. Deje que fluya agua caliente a través del tubo. Debido a que hay una diferencia de temperatura entre el agua caliente en la tubería y el agua fría y caliente en el recipiente, se producirá un intercambio de calor, que es el equilibrio térmico de la física de la escuela secundaria. El calor de un objeto de alta temperatura siempre se transfiere a un objeto de baja temperatura, intercambiando así el calor del agua de la tubería con el agua fría del recipiente. Los intercambiadores de calor también se denominan intercambiadores de calor.
Tres. Forma estructural mecánica
Existen muchas clasificaciones de intercambiadores de calor. Se clasifican según el principio de transferencia de calor, la estructura y el propósito. Según la estructura, existen principalmente dos tipos: tipo de carcasa y tubo y tipo de placa. .
Según el principio y método de intercambio de calor entre fluidos fríos y calientes, se puede dividir básicamente en tres categorías: tipo de partición, tipo híbrido y tipo de almacenamiento de calor.
1. Tipos de intercambiadores de calor de pared divisoria
Intercambiador de calor de camisa Este tipo de intercambiador de calor se fabrica instalando una camisa en la pared exterior del contenedor y tiene una estructura sencilla. Sin embargo, la superficie de calentamiento está limitada por la pared del recipiente y el coeficiente de transferencia de calor no es alto. Para mejorar el coeficiente de transferencia de calor y hacer que el líquido en el hervidor se caliente uniformemente, se puede instalar un agitador en el hervidor. Cuando se introduce agua de refrigeración o agente calefactor sin cambio de fase en la camisa, se pueden instalar en la camisa deflectores en espiral u otras medidas para aumentar la turbulencia para aumentar el coeficiente de transferencia de calor en un lado. Para complementar la superficie de transferencia de calor, también se puede instalar un tubo serpenteante dentro del hervidor. Los intercambiadores de calor con camisa se utilizan ampliamente para calentar y enfriar durante procesos de reacción.
El intercambiador de calor de tubos enrollados sumergidos es un intercambiador de calor en el que los tubos metálicos se doblan en varias formas adecuadas para el recipiente y se sumergen en el líquido del recipiente. Las ventajas del intercambiador de calor de tubos serpentinos son la estructura simple, la resistencia a alta presión y la resistencia a la corrosión del material. La desventaja es que la turbulencia del líquido en el recipiente es baja y el coeficiente de transferencia de calor fuera del tubo es pequeño.
Conductividad térmica, el mezclador se puede instalar en el contenedor.
Intercambiador de calor por aspersión Este tipo de intercambiador de calor también se llama enfriador por aspersión, porque los tubos de intercambio de calor están fijados en filas en el marco de acero, el fluido caliente fluye en los tubos y el agua de refrigeración se rocía. desde arriba. El dispositivo de ducha gotea uniformemente. El exterior del intercambiador de calor por pulverización es una película líquida con alta turbulencia y el coeficiente de transferencia de calor fuera del tubo es mucho mayor que el del intercambiador de calor sumergido. Además, la mayoría de estos intercambiadores de calor se colocan en lugares donde circula el aire. La evaporación del agua de refrigeración también elimina parte del calor, lo que puede reducir la temperatura del agua de refrigeración y aumentar la fuerza impulsora para la transferencia de calor.
Intercambiador de calor de doble tubo El intercambiador de calor de doble tubo es un tubo concéntrico compuesto por tubos rectos de diferentes diámetros conectados por codos en forma de U. En este tipo de intercambiador de calor, un fluido pasa a través de los tubos y el otro fluido pasa a través del espacio anular. Ambos pueden alcanzar velocidades más altas y por lo tanto tienen un mayor coeficiente de transferencia de calor. Además, en un intercambiador de calor de camisa y tubos, los dos fluidos pueden ser contracorrientes puras y la fuerza impulsora promedio logarítmica es mayor. La invención tiene una estructura simple, resistencia a alta presión y es fácil de usar (el número de secciones de tubería se puede aumentar o disminuir según las necesidades). En particular, dado que el intercambiador de calor de tipo manguito tiene las ventajas de un gran coeficiente de transferencia de calor, una gran fuerza impulsora de transferencia de calor y una alta resistencia a la presión, el intercambiador utilizado en procesos de producción de presión ultraalta (como los procesos de producción de polietileno de alta presión con una presión de funcionamiento de 3.000 atmósferas) Los calentadores son casi siempre del tipo casquillo.
Intercambiador de calor de carcasa y tubos El intercambiador de calor de carcasa y tubos es el intercambiador de calor de partición más típico. Tiene una larga historia de aplicación industrial y todavía ocupa una posición dominante entre todos los intercambiadores de calor.
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se componen principalmente de carcasas, haces de tubos, placas de tubos y cabezales. La carcasa es mayoritariamente redonda, con haces de tubos paralelos en el interior y ambos extremos del haz de tubos están fijados a la placa de tubos. Hay dos tipos de fluidos que realizan el intercambio de calor en un intercambiador de calor de carcasa y tubos: uno fluye dentro del tubo y su carrera se llama lado del tubo, el otro fluye fuera del tubo y su carrera se llama lado de la carcasa; . La pared del haz de tubos es la superficie de transferencia de calor. Para mejorar el coeficiente de transferencia de calor del fluido fuera del tubo, generalmente se instala una cierta cantidad de deflectores transversales en la carcasa. Los deflectores no sólo evitan que el fluido haga un cortocircuito y aumentan la velocidad del fluido, sino que también obligan al fluido a pasar a través del haz de tubos varias veces a lo largo de una ruta designada, lo que aumenta considerablemente el grado de turbulencia. Los deflectores de uso común incluyen muescas circulares y discos, siendo los primeros los más utilizados. Cada vez que el líquido pasa a través del haz de tubos en el tubo, se llama lado del tubo, y cada vez que pasa a través de la carcasa, se llama lado de la carcasa.
Para aumentar el caudal de fluido en la tubería, se pueden colocar deflectores apropiados en los cabezales de ambos extremos para dividir todas las tuberías en varios grupos de manera uniforme. De esta manera, el líquido puede pasar solo a través de algunos tubos y regresar al haz de tubos varias veces a la vez, lo que se denomina paso de múltiples tubos. De manera similar, para aumentar el caudal fuera del tubo, se pueden instalar deflectores longitudinales en la carcasa para permitir que el fluido pase a través del espacio de la carcasa varias veces, lo que se denomina paso de múltiples carcasas. En un intercambiador de calor de carcasa y tubos, debido a las diferentes temperaturas del fluido dentro y fuera del tubo, las temperaturas en el lado de la carcasa y en el haz de tubos también son diferentes. Si la diferencia de temperatura entre ellos es grande, se generará una gran tensión térmica dentro del intercambiador de calor, lo que puede hacer que los tubos se doblen, rompan o se suelten de la placa de tubos. Por lo tanto, cuando la diferencia de temperatura entre el haz de tubos y la carcasa supera los 50 °C, se deben tomar las medidas correspondientes.
Medidas de compensación de temperatura para eliminar o reducir el estrés térmico.
2. Intercambiador de calor híbrido
Los intercambiadores de calor híbridos se basan en el contacto directo entre fluidos fríos y calientes para transferir calor. Este método de transferencia de calor evita la resistencia térmica de la suciedad en la pared divisoria de transferencia de calor y sus lados. Mientras haya un buen contacto entre los fluidos, habrá una gran tasa de transferencia de calor. Por lo tanto, los intercambiadores de calor híbridos se pueden usar donde se permite que los fluidos se mezclen entre sí, como en el enfriamiento por depuración de gases, enfriamiento por agua circulante, calentamiento mixto de vapor y agua, condensación de vapor, etc. Sus aplicaciones cubren estudiantes de empresas químicas y metalúrgicas, ingeniería energética, ingeniería de aire acondicionado y muchas otras especialidades.
En el departamento de producción.
Según los diferentes usos, los intercambiadores de calor híbridos se pueden dividir en los siguientes tipos diferentes:
(1) Torre de refrigeración (o torre de agua fría)
En En los equipos se utiliza ventilación natural o ventilación mecánica para enfriar el agua generada en la producción, y luego se recicla para mejorar los beneficios económicos del sistema. Por ejemplo, agua en circulación en centrales térmicas o nucleares, agua de refrigeración en la producción de amoníaco sintético, etc. , enfriado por la torre de enfriamiento de agua y luego reciclado. Este método ha sido ampliamente utilizado en ingeniería práctica.
(2) Depurador de gases (o depurador)
En la industria, este equipo se utiliza para depurar gases para muchos propósitos, como usar líquido para absorber ciertos componentes de la mezcla de gases. Quitar el polvo del gas limpio, humidificar o secar el gas, etc. Pero su uso más extendido es para enfriar gases, y el líquido utilizado para enfriar es principalmente agua. Una forma especial de la misma puede considerarse la cámara de nebulización, muy utilizada en proyectos de aire acondicionado. Las cámaras de pulverización no sólo enfrían el aire como un depurador de gases, sino que también lo calientan. Pero también tiene algunas deficiencias, como los altos requisitos de calidad del agua, el gran espacio y el alto consumo de energía de las bombas de agua. Por lo tanto, en la actualidad, la sala de pulverización no se utiliza con frecuencia en edificios en general o sólo se utiliza como equipo de humidificación. ¡Pero todavía se usa ampliamente en fábricas textiles y de cigarrillos cuyo objetivo principal es regular la humedad!
(3) Intercambiador de calor de chorro
En este equipo, el fluido con mayor presión se expulsa desde la boquilla para formar una alta velocidad, y el fluido de baja presión se introduce en el cámara de mezcla y está en contacto directo con el chorro. El calor se transfiere al tubo difusor juntos y alcanza la misma presión y temperatura en la salida del tubo difusor antes de ser enviado al usuario.
(4) Condensador mezclador
Este tipo de equipos suele utilizar el contacto directo entre agua y vapor para condensar el vapor.
3. Intercambiador de calor regenerativo
El intercambiador de calor regenerativo es un dispositivo utilizado para el intercambio de calor regenerativo. El relleno sólido incorporado almacena calor. Las rejillas contra incendios generalmente se construyen con ladrillos refractarios (a veces con tiras onduladas de metal). El intercambio de calor se produce en dos etapas. En la primera etapa, los gases calientes pasan a través de la parrilla del fuego y transfieren el calor a la parrilla del fuego para su almacenamiento. En la segunda etapa, el gas frío pasa a través de la parrilla y recibe el calor almacenado en la parrilla para calentarse. Estas dos fases ocurren alternativamente. Normalmente se utilizan dos acumuladores de calor alternativamente, es decir, entra aire caliente en uno y aire frío en el otro. Se utiliza a menudo en la industria metalúrgica, como en el regenerador de hornos siderúrgicos de hogar abierto. También se utiliza en la industria química, como precalentadores de aire o cámaras de combustión de hornos de gas, y hornos de craqueo de regeneración en plantas petroleras artificiales.
Los intercambiadores de calor regenerativos se utilizan generalmente en situaciones donde los requisitos de mezcla media no son altos.