Vertikalni dephlegmator ili hladnjak cijevi i cijevi

Najčešći tip izmjenjivača topline u industriji su školjke i cijevi. Verzija njegovog dizajna ovisi o zadacima s kojima se suočavaju korisnici. Ljuska i cijev ne moraju biti višecijevne - uobičajeni refluksni kondenzator tipa omotača, hladnjak s izravnim protokom (a) ili protutok (b) tipa "cijevi u cijevi" također su ljuske i -cijev.

Također se koriste jednoprolazni izmjenjivači topline s tekućinama za prijenos topline s poprečnim protokom (c). Ali najučinkovitiji i često korišten za višecijevne izmjenjivače topline je višepropusna shema unakrsnog protoka (d).

S ovom shemom, jedan protok tekućine ili pare kreće se kroz cijevi, a drugi rashladni fluid kreće se prema njemu na cik-cak način, više puta prelazeći cijevi. Ovo je hibrid opcija protoka i protoka, što vam omogućuje da izmjenjivač topline učinite što kompaktnijim i učinkovitijim..

Načelo rada izmjenjivača topline u obliku cijevi i njihov opseg

U domaćem pivarstvu višeprolazni hladnjaci s protokom obično se nazivaju hladnjaci s cijevima (KHT), a njihova jednostruka verzija naziva se hladnjakom s protokom ili izravnim protokom..

U kućnim mjesečevim mjesecima, pivu i rektifikacijskim stupcima, para se u ove izmjenjivače topline dovodi unutarnjim cijevima, a rashladna voda u kućište. Bilo koji industrijski dizajner-inženjer grijanja bio bi ogorčen, jer se u cijevima može stvoriti velika brzina rashladne tekućine, što značajno povećava prijenos topline i učinkovitost instalacije. Međutim, destilerije imaju svoje ciljeve i nisu uvijek potrebne visoke učinkovitosti..

Na primjer, u refluksnim kondenzatorima za parne stupce, naprotiv, potrebno je omekšati gradijent temperature, širiti zonu kondenzacije što je više moguće po visini i, kondenzirajući potrebni dio pare, spriječiti prehlađivanje refluksa , i također precizno regulirati ovaj postupak. Do izražaja dolaze vrlo različiti kriteriji.

Među hladnjacima koji se koriste u domaćem pivarstvu, najrasprostranjeniji su zavojnice, cijevi s izravnim protokom i cijevi s cijevima. Svaka od njih ima svoj opseg.

Za uređaje s niskom (do 1,5-2 l / h) produktivnošću, najracionalnije je korištenje malih protočnih zavojnica. U nedostatku tekuće vode, zavojnice također daju šanse drugim mogućnostima. Klasična verzija je zavojnica u kanti s vodom. Ako postoji vodoopskrbni sustav i produktivnost uređaja je do 6-8 l / h, tada vodovi s izravnim protokom, projektirani prema principu "cijev u cijevi", ali s vrlo malim prstenastim razmakom ( oko 1-1,5 mm), imaju prednost. Na parnu cijev s korakom od 2-3 cm spiralno se namota žica koja centrira parnu cijev i produžuje put za hlađenje vode. Sa snagama grijanja do 4-5 kW, ovo je najekonomičnija opcija. Ljuska i cijev, naravno, mogu zamijeniti prolaz, ali troškovi proizvodnje i potrošnja vode bit će veći.

Ljuska i cijev dolaze do izražaja u autonomnim sustavima hlađenja, jer su potpuno nezahtjevni za pritisak vode. U pravilu je uobičajena akvarijska pumpa dovoljna za uspješan rad. Osim toga, s snagom grijanja od 5-6 kW i većom, hladnjak s cijevima postaje praktički nikakva alternativa, jer će duljina prolaznog hladnjaka za korištenje velikih kapaciteta biti neracionalna.

S refluksnim kondenzatorima stupova za kašu situacija je nešto drugačija. S malim promjerom stupa do 28-30 mm, najracionalnija je konvencionalna košulja (u principu ista košulja).

Za promjere od 40-60 mm predvodnik je Dimroth deflemator. Riječ je o visoko preciznom hladnjaku s preciznom kontrolom snage i apsolutnom nesklonošću zraku. Dimroth vam omogućuje postavljanje načina rada s najnižom hipotermijom flegma. Kada se radi s nabijenim stupovima, zahvaljujući svom dizajnu omogućava centriranje povratnog toka, na najbolji način navodnjavanjem pakiranja.

Ljuska i cijev dolaze do izražaja u autonomnim sustavima hlađenja. Refluksno navodnjavanje ambalaže događa se ne u središtu kolone, već u cijeloj ravnini. Ovo je manje učinkovito od Dimrothovog, ali sasvim prihvatljivo. Potrošnja vode u ovom načinu rada za školjku i cijev bit će znatno veća od one u Dimrothu.

Ako vam treba kondenzator za kolonu s povlačenjem tekućine, tada je Dimroth izvan konkurencije zbog točnosti regulacije i niskog pothlađivanja refluksa. U ove se svrhe koristi i školjka, ali je teško izbjeći hipotermiju flegma i potrošnja vode bit će veća..

Glavni razlog popularnosti sklopova školjki i cijevi među proizvođačima kućanskih aparata je taj što su svestraniji u upotrebi i njihovi se dijelovi lako objedinjuju. Uz to, uporaba deflegmatora ljuske i cijevi u aparatima tipa "konstruktor" ili "promjena oblika" izvan je konkurencije..

Proračun parametara lupine i cijevi

Izračun potrebne površine izmjene topline može se izvršiti pomoću pojednostavljene metode..

1. Odredite koeficijent prijenosa topline.

Ime	Debljina sloja h, m	Specifična toplinska vodljivost λ, W / (m * K)	Toplinski otpor R, (m2K) / W
Kontaktno područje metala i vode (R1)	0,00001
Metalne cijevi (nehrđajući čelik λ = 17, bakar - 400), (R2)	0,001	17	0,00006
Refluks (prosječna debljina filma u zoni kondenzacije za refluksni kondenzator je 0,5 mm, za hladnjak - 0,8 mm), (R3)	0,0005	jedan	0,0005
Područje kontakta metalne pare, (R4)	0,0001
Ukupni toplinski otpor, (Rs)	0,00067
Koeficijent prijenosa topline, (K) Š / (m2DO)	1493

Formule za izračunavanje:

R = h / λ, (m2 K) / W-

Rs = R1 + R2 + R3 + R4, (m2 K) / W-

K = 1 / Rs, W / (m2 K).

2. Odredite prosječnu temperaturnu razliku između pare i vode za hlađenje.

Temperatura zasićenih alkoholnih para Tp = 78,15 ° C.

Maksimalna snaga povratnog hladnjaka potrebna je u načinu rada stupa prema sebi, što je popraćeno maksimalnom opskrbom vodom i njezinom minimalnom temperaturom na izlazu. Stoga pretpostavljamo da je temperatura vode na ulazu u školjku i cijev (15 - 20) T1 = 20 ° C, na izlazu (25 - 40) - T2 = 30 ° C.

 Tvx = Tp - T1-

Thv = TP - T2-

Prosječna temperatura (Tav) izračunava se po formuli:

Tav = (Tvx - Tvh) / Ln (Tvh / Tvh).

To je, u našem slučaju, zaokruženo:

Tvh = 58 ° C-

Tv = 48 ° C.

Tav = (58 - 48) / Ln (58/48) = 10 / Ln (1,21) = 53 ° C.

3. Izračunajte područje prijenosa topline. Na temelju poznatog koeficijenta prijenosa topline (K) i prosječne temperature (Tav), određujemo potrebnu površinu za prijenos topline (St) za potrebnu toplinsku snagu (N), W.

St = N / (Tav * K), m²-

Ako, na primjer, trebamo reciklirati 1800 W, tada je St = 1800 / (53 * 1493) = 0,0227 m², odnosno 227 cm².

4. Geometrijski proračun. Odlučimo se o minimalnom promjeru cijevi. U dephlegmatoru, flegm ide prema pari, stoga je potrebno poštivati ​​uvjete za njegovo slobodno ulijevanje u mlaznicu bez pretjerane hipotermije. Ako napravite cijevi premalog promjera, možete izazvati poplavu ili ispuštanje flegma u područje iznad deflegmatora i dalje u odabir, tada možete jednostavno zaboraviti na dobro čišćenje nečistoća.

Minimalni ukupni presjek cijevi pri određenoj snazi ​​izračunava se po formuli:

Presjek = N * 750 / V, mm², Gdje

N - snaga (kW)-

750 - stvaranje pare (cm³ / s kW)-

V - brzina pare (m / s)-

Presjek - minimalna površina presjeka cijevi (mm²)

Pri izračunu destilatora tipa stupa, snaga grijanja odabire se na temelju maksimalne brzine pare u stupcu od 1-2 m / s. Vjeruje se da će, ako brzina prelazi 3 m / s, para odvesti refluks prema koloni i baciti ga u ekstrakciju.

Ako trebate zbrinuti deflegmator od 1,8 kW:

 Presjek = 1,8 * 750/3 = 450 mm².

Ako napravite refluksni kondenzator s 3 cijevi, tada poprečni presjek jedne cijevi nije manji od 450/3 = 150 mm², unutarnji promjer - 13,8 mm. Najbliža veća od standardnih veličina cijevi je 16 x 1 mm (unutarnji promjer 14 mm).

S poznatim promjerom cijevi d (cm) pronalazimo njihovu minimalnu potrebnu ukupnu duljinu:

L = St / (3,14 * d)-

L = 227 / (3,14 * 1,6) = 45 cm.

Ako napravimo 3 cijevi, tada bi duljina refluksnog kondenzatora trebala biti oko 15 cm.

Duljina se prilagođava uzimajući u obzir da razmak između pregrada treba biti približno jednak unutarnjem radijusu tijela. Ako je broj pregrada paran, cijevi za dovod i odvod vode bit će na suprotnim stranama, a ako je nepar - na jednoj strani dephlegmator-a.

Povećanje ili smanjenje duljine cijevi unutar radijusa stupaca kućanstva neće stvoriti probleme s upravljivošću ili snagom refluksnog kondenzatora, jer to odgovara pogreškama u proračunu i može se nadoknaditi daljnjim projektnim rješenjima. Možete razmotriti opcije s 3, 5, 7 ili više cijevi, a zatim s vašeg gledišta odabrati onu optimalnu..

Dizajn značajke izmjenjivača topline u obliku cijevi i cijevi

Pregrade

Udaljenost između pregrada približno je jednaka radijusu tijela. Što je ta udaljenost kraća, protok je veći i manja je mogućnost stagnacije zona..

Pregrade usmjeravaju protok kroz cijevi, što značajno povećava učinkovitost i snagu izmjenjivača topline. Također, pregrade sprječavaju savijanje cijevi pod utjecajem toplinskih opterećenja i povećavaju krutost dephlegmator-a cijevi..

Segmenti su izrezani u pregradama za prolaz vode. Segmenti moraju biti najmanje toliko veliki koliko je površina presjeka cijevi za dovod vode. Obično je ta vrijednost oko 25-30% površine pregrade. U svakom slučaju, segmenti moraju osigurati jednakost brzine vode duž cijele putanje kretanja, kako u snopu cijevi, tako i u razmaku između snopa i tijela..

Za deflegmator, unatoč maloj duljini (150-200 mm), ima smisla napraviti nekoliko pregrada. Ako je njihov broj paran, armatura će biti na suprotnim stranama, ako je neparna - na jednoj strani refluksnog kondenzatora.

Prilikom postavljanja poprečnih pregrada važno je osigurati što manji razmak između tijela i pregrade..

Cijevi

Debljina stjenke cijevi zapravo nije bitna. Razlika u koeficijentu prijenosa topline za debljine zidova od 0,5 i 1,5 mm je zanemariva. Zapravo su cijevi toplinski prozirne. Izbor između bakra i nehrđajućeg čelika, u smislu toplinske vodljivosti, također nema smisla. Pri odabiru trebate poći od operativnih ili tehnoloških svojstava.

Pri označavanju lima cijevi vode se činjenicom da razmaci između osi cijevi moraju biti jednaki. Obično se postavljaju na vrhove i stranice pravilnog trokuta ili šesterokuta. Prema tim shemama, u isti je korak moguće postaviti maksimalan broj cijevi. Središnja cijev najčešće postaje problem ako udaljenost između cijevi u snopu nije jednaka.

Slika prikazuje primjer ispravnog uzorka rupe.

Radi praktičnosti zavarivanja, razmak između cijevi ne smije biti manji od 3 mm. Da bi se osigurala čvrstoća spojeva, materijal cijevnog lima mora biti tvrđi od materijala cijevi, a razmak između lima i cijevi ne smije biti veći od 1,5% promjera cijevi.

Pri zavarivanju krajevi cijevi trebaju stršiti iznad rešetke na udaljenosti jednakoj debljini stijenke. U našim primjerima - za 1 mm, to će vam omogućiti da napravite visokokvalitetni šav topljenjem cijevi.

Proračun parametara hladnjaka s cijevi

Glavna razlika između hladnjaka s cijevi i refluksnog kondenzatora je u tome što refluks u hladnjaku teče u istom smjeru kao i para, stoga se refluksni sloj u zoni kondenzacije glatko povećava od minimuma do maksimuma, a njegova prosječna debljina je nešto veća..

Za izračune preporučujemo podešavanje debljine jednake 0,8 mm. U deflegmatoru je obrnuto - u početku debeli sloj flegma, koji se spojio s cijele površine, susreće paru i praktički ne dopušta da se potpuno kondenzira. Zatim, nakon prevladavanja ove barijere, para ulazi u zonu s minimalnim, oko 0,5 mm debelim, refluksnim filmom. To je debljina na razini njegovog dinamičkog zadržavanja, kondenzacija se javlja uglavnom u ovoj zoni.

Uzimajući prosječnu debljinu refluksnog sloja od 0,8 mm, za određeni primjer razmotrit ćemo značajke izračuna parametara hladnjaka s cijevi pomoću pojednostavljenog postupka.

Ime	Debljina sloja h, m	Specifična toplinska vodljivost λ, W / (m * K)	Toplinski otpor R, (m2K) / W
Područje kontakta metal-voda, (R1)	0,00001
Metalne cijevi (nehrđajući čelik λ = 17, bakar - 400), (R2)	0,001	17	0,00006
Sluz, (R3)	0,0008	jedan	0,001
Područje kontakta metalne pare, (R4)	0,0001
Ukupni toplinski otpor, (Rs)	0,00117
Koeficijent prijenosa topline, (K) Š / (m2DO)	855,6

Maksimalni zahtjevi za snagom hladnjaka prikazani su prvom destilacijom, za koju se vrši izračun. Korisna snaga grijanja - 4,5 kW. Temperatura ulaza vode - 20 ° C, izlaza - 30 ° C, pare - 92 ° C.

Tvh = 92 - 20 = 72 ° C-

Tv = 92 - 30 = 62 ° C-

Tav = (72 - 62) / Ln (72/62) = 67 ° C.

Područje izmjene topline:

St = 4500 / (67 * 855,6) = 787 cm².

Minimalna ukupna površina presjeka cijevi:

S presjek = 4,5 * 750/10 = 338 mm²-

Odabiremo hladnjak sa 7 cijevi. Površina presjeka jedne cijevi: 338/7 = 48 mm ili unutarnji promjer 8 mm. Iz standardnog asortimana cijevi prikladni su 10x1 mm (s unutarnjim promjerom 8 mm).

Pažnja! Pri izračunavanju duljine hladnjaka potreban je vanjski promjer od 10 mm.

Odredite duljinu cijevi hladnjaka:

L = 787 / 3,14 / 1 = 250 cm, dakle, duljina jedne cijevi: 250/7 = 36 cm.

Pojašnjavamo duljinu: ako je tijelo hladnjaka izrađeno od cijevi s unutarnjim promjerom 50 mm, tada između pregrada treba biti 25 mm.

36 / 2,5 = 14,4.

Stoga je moguće napraviti 14 pregrada i dobiti ulazne i izlazne cijevi za vodu u različitim smjerovima ili će 15 pregrada i cijevi gledati u jednom smjeru, a snaga će se također malo povećati. Odabrali smo 15 pregrada i prilagodili duljinu cijevi na 37,5 mm.

Crteži refluksnih kondenzatora i hladnjaka u obliku cijevi

Proizvođači se ne žure podijeliti svoje crteže izmjenjivača topline u obliku cijevi, a domaći majstori ih zapravo ne trebaju, ali svejedno su neke sheme u javnoj domeni..

Pogovor

Ne treba zaboraviti da je sve navedeno teoretski izračun pomoću pojednostavljene metode. Termički izračuni su mnogo kompliciraniji, ali u stvarnom rasponu promjena snage grijanja i ostalih parametara u kućanstvu, tehnika daje točne rezultate..

U praksi koeficijent prijenosa topline može biti različit. Na primjer, zbog povećane hrapavosti unutarnje površine cijevi, refluksni sloj postat će veći od izračunatog ili će hladnjak biti smješten ne okomito, već pod kutom, što će promijeniti njegove karakteristike. Postoji mnogo mogućnosti.

Izračun vam omogućuje točno određivanje dimenzija izmjenjivača topline, provjeru utjecaja promjene promjera cijevi na karakteristike i odbacivanje svih neupotrebljivih ili zajamčenih najgorih opcija bez dodatnih troškova..