Schimbatoare de caldura de constructie mixta

Schimbatoare de caldura de constructie mixta

Din aceasta categorie fac parte  schimbatorul multitubular inconjurat de serpentina (a), schimbatorul multitubular cu serpentina in serie (b) si schimbatorul mixt cu serpentina in miscare de rotatie si manta (c).

a)    

a)                                    b)

Fig 2.16 Schimbǎtoare multitubulare a) 1- element multitubular; 2 -serpentinǎ; 3 - intrare vapori; 4,5- racord intrare agenti schimb de cǎldurǎ; 6- evacuare condensat; 7- evacuare gaze necondensabile; 8,9 -racord evacuare agent de schimb de cǎldurǎ;

Acesta se foloseste ca deflegmator in industria spirtului si foloseste doi agenti pentru preluarea caldurii de condensare partiala a unei parti din vapori, care se intorc sub forma de lichid la temperatura de fierbere in coloana. Unul din agenti circula in serpentina (plamada fermentata) care se preincalzeste pentru a fi introdusa in coloana de distilare.cel de-al doilea agent are rolul de a asigura condensarea vaporilor (apa) care circula prin tevi. In spatiul dintre tevi si exteriorul serpentinei circula vapori care in parte se condenseaza.

Calculul termic pentru cele doua elemente se face independent.

Calculul dimensional: diametrul spirei este determinat de fasciculul multitubular, iar diametrul spirei determina diametrul mantalei.

a)     Schimbatorul multitubular cu serpentina legata in serie.

Partea multitubulara este destinata condensarii totale a vaporilor, iar partea de serpentina este destinata racirii condensatului pana la temperatura de depozitare.

In portiunea multitubulara condensarea are loc intre tevi si manta, in aparatul in serpentina montat sub cel multitubular, racirea condensatului are loc in serpentina. Agentul care preia caldura intra initial in spatiul in care se gaseste serpentina dupa care se deplaseaza prin interiorul tevilor in portiunea multitubulara.

Din punct de vedere al calculului termic si dimensional problemele se trateaza separat pentru portiunea multitubulara si pentru cea in serpentina.

Doua elemente sunt dependente: temperatura de intrare a apei de racire in spatiul fasciculului de tevi multitubulare, care este aceeasi cu temperatura de iesire din vasul cu serpentina ce conditioneaza calculul termic si diametrul serpentinei care trebuie ales functie de diametrul portiunii multitubulare. Ambele zone functioneaza in regim stationar, insa in vasul cu serpentina trebiue sa se tina seama de curentii de convectie care tind sa uniformizeze temperatura apei la valoarea de iesire, iar de alta parte in serpentina condensatul se deplaseaza in curgere libera, ceea ce impune o corelatie intre viteza lichidului si pasul spirei.

c) Schimbatorul mixt cu serpentina in miscare de rotatie si manta. Acest aparat este destinat pentru aducerea unor lichide instantaneu la o anumita temperatura si mentinerea la aceasta temperatura un timp dat pentru realizarea unor faze cu caracter tehnologic ca: oprirea actiunii enzimatice pentru o anumita perioada de timp, stabilirea anumitor componenti etc.

Fig 2.16 c) Schimbatorul mixt cu serpentina in miscare de rotatie si manta

1- cilindru; 2- manta de incǎlzire; 3- arbore inelar; 4- spiralǎ serpentinǎ;5- racord de alimentare; 6-racord de evacuare; 7- spatiu pentru recircularea lichidului; 8- racord alimentare cu abur; 9-racord de evacuare condensare;

Arborele impreuna cu serpentina in miscare de rotatie au rolul de a produce turbulenta puternica. Evacuarea lichidului se face astfel incat o parte sa poata fi recirculat pentru a asigura turbulenta si activizarea convectiei fortate. Aparatul este utilizat pentru aducerea lichidului aproape instantaneu la 85-90^oC si mentinerea la aceasta temperatura timp de 3-6 minute. Sursa de energie termica este aburul care se condenseaza la presiunea de Pa.

Aparatul functioneaza in regim stationar, diferenta de temperatura fiind constanta pe toata lungimea aparatului. Pentru coeficientul total de transfer de caldura se poate considera o valoare comuna pentru cele 3 elemente care intra in componenta suprafetei de transfer: serpentina, arborele gol si mantaua fixa, deoarece α₁ este pentru vaporii car se condenseaza, iar α₂ este pentru un lichid cu aceeasi turbulenta si temperatura in toata masa. Fluxul termic Q este determinat de debitul de fluid, caldura specifica si diferenta de temperatura intre intrare si iesire.

La dimensionare se tine cont de:

Suprafata de transfer rezultata din calculul termic sa fie repartizata: , unde A₁ este suprafata mantalei, A₂ este suprafata arborelui central, iar A₃ este suprafata serpentinei.