Proiectarea tehnologică a unui refierbător orizontal cu spațiu de vapori

INTRODUCERE

Schimbatoarele de caldura sunt aparate (utilaje) in care se realizeaza procese (operatii) de transfer de caldura intre doua fluide.

Clasificarea schimbatoarelor de caldura se poate face din mai multe puncte de vedere, dintre care trei sunt mai importante :

- clasificarea dupa procesul principal de transfer de caldura ;

- clasificarea dupa modul de contractare a fluidelor ;

- clasificarea dupa tipul constructiv al aparatului.

Dupa procesul principal de transfer de caldura , se deosebesc numeroase clase de aparate , ca de exemplu:preincalzitoare , racitoare, condensatoare , racitoare-condensatoare , refierbatoare , vaporizatoare, cristalizatoare , recuperatoare , regeneratoare (schimbatoare de caldura propriu zise).

Dupa modul de contactare al fluidelor se deosebesc trei clase de aparate : schimbatoare de caldura de suprafata , schimbatoare de caldura prin contact direct (de amestec) , schimbatoare de caldura cu fluid intermediar stationar

Schimbatoarele de caldura de suprafata se caracterizeaza prin faptul ca cele doua fluide care schimba caldura intre ele sunt separate prin pereti metalici , in majoritatea cazurilor cilindrici (tubulari) Aceste schimbatoare sunt cele mai frecvent utilizate

Schimbatoarele de caldura prin contact direct nu contin pereti despartitori intre fluide si cum fluidele vin in contact nemijlocit , transferul de caldura este insotit si de un proces de transfer de masa

Schimbatoarele de caldura cu fluid intermediar stationar sunt de conceptie mai recenta , se utilizeaza in cazuri practice caracteristice si prezinta unele avantaje specifice Ele se caracterizeaza prin faptul ca transferul de caldura de la fluidul cald la cel rece , care sunt in curgere libera prin schimbator , este mijlocit de un fluid intermediar stationar in aparat

Dupa tipul constructiv al aparatului se deosebesc numeroase clase de schimbatoare , principalele tipuri fiind prezentate in cele ce urmeaza , cu exceptia schimbatoarelor cu fascicul tubular in manta care , fiind cele mai utilizate , se trateaza pe larg

Schimbatoarele “tub in tub” constau in doua tuburi concentrice , un fluid circuland prin tubul interior , iar celalalt fluid prin spatiul inelar (intertubular)

Aceste schimbatoare prezinta avantajul de a lucra in contracurent , dar sunt voluminoase si grele , in raport cu aria de transfer

Schimbatoarele de caldura cu placi lucreaza cu presiuni relativ mici pentru ambele fluide si au inceput sa fie utilizate si in industria petrochimica , ele fiind usoare si cu gabarit mic in raport cu aria de transfer

Schimbatoarele de caldura cu fascicul tubular in manta sunt cele mai utilizate tipuri de schimbatoare Ele au o arie specifica de transfer de caldura relativ mare (18-40 m2/m3) consum specific de metal relativ redus (35-80 Kg/m2)

Refierbatoarele sunt aparate de schimb de caldura cu fascicul tubular prin care se realizeaza aportul de caldura la baza unor coloane de fractionare Aportul de caldura duce la vaporizarea partiala a lichidului de la baza coloanei Caldura necesara se obtine prin condensare de abur , prin racirea unei fractiuni petroliere calde In cazul unor sarcini termice mari sau al unor temperaturi de vaporizare mari , aportul de caldura la baza coloanei se realizeaza printr-un cuptor-refierbator , la care se consuma combustibil

Refierbatoarele tip schimbatoare de caldura sunt de mai multe tipuri constructive si functionale , tipurile principale fiind prezentate in continuare

In Fig. 1 este redata schema unui refierbator termosifon vertical cu recirculare Refierbatorul este un schimbator de caldura cu fascicul tubular in manta , rigid si cu un singur pas in tuburi , plasat vertical Prin spatiul intertubular al refierbatorului circula agentul de incalzire(de exemplu abur saturat care condenseaza; evacuarea condensului se face printr-o oala de condens , care asigura inchiderea hidraulica). Debitul de agent de incalzire este reglat de u regulator de temperatura , care asigura o temperatura constanta pentru lichidul din baza coloanei O parte din lichidul din baza coloanei circula natural (prin termosifonare) , prin tuburile refierbatorului , are loc o vaporizare partiala si amestecul de lichid si vapori reintra in coloana , in care are loc separarea fazelor Refierbatorul prezentat este cu recirculare , pentru ca o parte din lichidul reintrat in coloana poate ajunge din nou in tuburile refierbatorului

In Fig. 2 este redata schema unui refierbator termosifon orizontal fara recirculare In acest caz , vaporizarea lichidului , tot partiala se realizeaza in mantaua refierbatorului Daca se lucreaza fara recirculare , refierbatorul este alimentat , fie direct din deversor , fie dintr-un compartiment realizat la baza coloanei si alimentat de deversor Se constata ca lichidul din amestecul evacuat nu mai poate reveni in refierbator Debitul de lichid care alimenteaza refierbatorul este constant si egal cu debitul deversat de pe taler , acest lichid trecand o singura data prin refierbator

Refierbatoarele termosifon fara recirculare nu sunt recomandabile pentru debite foarte mari de vaporizat , in raport cu debitul de produs de baza al coloanei La aceste refierbatoare nu se utilizeaza notiunea de coeficient de recirculare , ci numai fractia masica a vaporizatului din amestec , care obisnuit este mai mare decat la refierbatoarele cu recirculare

In Fig. 3 este redata schema unui refierbator orizontal cu spatiu de vapori Acesta lucreaza fara recirculare si se caracterizeaza prin faptul ca separarea fazelor se face in refierbator si nu in coloana

Mantaua refierbatorului contine in partea inferioara un fascicul de tuburi care ocupa o inaltime mai mica decat diametrul mantalei Tuburile sunt sustinute obisnuit prin placi suport in forma de sfert de cerc

Refierbatoarele cu spatiu de vapori sunt constructiv mai complicate si nu lucreaza cu presiuni prea ridicate Circulatia prin refierbator se realizeaza prin termosifonare

In Fig. 4 este redata schema unui refierbator interior orizontal Acesta consta intr-un fascicul tubular plasat in stratul de lichid din baza coloanei , al carui nivel se mentine constant Refierbatoarele interioare se utilizeaza in cazul sarcinilor termice mici si al coloanelor de diametru mare Ele se utilizeaza in prezent si la striparea de fractiuni petroliere , la care s-a renuntat la striparea directa cu abur Aportul de caldura se realizeaza prin intermediul unei fractiuni petroliere mai calde.