HŐCSERE (1.)

1. HŐCSERE(1.) IPARI HŐCSERÉLŐK

2. A HŐCSERE CÉLJA, TÍPUSAI HŐENERGIA ÁTVITEL KÉT ANYAG KÖZÖTT • FELTÉTELE A HŐMÉRSÉKLETKÜLÖNBSÉG! • Működési elv szerint megkülönböztetünk: • KÖZVETLEN HŐCSERÉT • KÖZVETETT HŐCSERÉT • JELLEMZŐ TULAJDONSÁGA • Az anyagok hőtartalma (entalpia) a művelet során változik • Az anyagok hőmérséklete nem feltétlenül változik • Az anyagok halmazállapota változhat Az átvitt hőmennyiség Legegyszerűbb esetben

3. A HŐCSERE ENERGETIKAI ÉRTELMEZÉSE • A hőcserélő, mint műveleti egység (centrum): • A be- és kilépő anyagok egyenlősége; • A be- és kilépő energiák egyenlősége. Közvetett hőcsere anyagárama Közvetlen hőcsere anyagárama

4. AZ ENERGIAMÉRLEG ALKALMAZÁSA (1.) • A mennyiség és a hőtartalom szorzatának összege a műveleti egységben állandó! • Az átadott hőenergiát a mennyiség és a hőtartalom-változás szorzata alapján számítjuk! A hőmérleg szempontjából közömbös a hőcsere típusa!

5. AZ ENERGIAMÉRLEG ALKALMAZÁSA (2.) • Közvetett hőcserélőben az anyagmérlegnek nincs jelentősége! • Közvetett hőcserélőben a be- és kilépő komponensek azonosak • m (meleg anyag) (kg/s) • h (hideg anyag) (kg/s) • A meleg anyag és hideg anyag hőtartalma egymástól „függetlenül” változik:

6. AZ ENERGIAMÉRLEG ALKALMAZÁSA (3.) A meleg és hideg anyagok szerint átrendezett összefüggés megadja a hőcserében résztvevő anyagok hőtartalom változását: Bármelyik oldal hőtartalom változásának és mennyi- ségének szorzata egyúttal a hőcserélőben átadott hőmennyiséget is megadja! Általánosan:

7. AZ ENERGIAMÉRLEG ALKALMAZÁSA (4.) • A hőcserélő vizsgálatok és számítások célja: • Hőmérleg alapján a szükséges fűtő- vagy hűtő anyag meghatározása. • A hőcserélő hőmérsékleti viszonyainak megállapítása, a közepes hőmérsékletkülönbség kiszámítása. • A hőátadási együttható meghatározása táblázatból vagy számításokkal, esetleg a kettő kombinációja. • A szükséges hőátadó felület kiszámítása és a hőcserélő geometriai méretezése. • Hőcserélők mérésekor az adott felületű készülék hőtani tulajdonságait – például a valóságos hő-átbocsátási együtthatót – vizsgáljuk. • Hőcserélők komplex vizsgálatakor az áramlási viszonyok hatását is figyelembe vesszük.

8. A KÖZVETETT HŐCSERE (1.) • HŐENERGIA ÁTVITEL KÉT ANYAG KÖZÖTT • AZ ANYAGOKAT FAL VÁLASZTJA EL • A FAL KÉT OLDALA KÖZÖTT HŐMÉRSÉKLETKÜLÖNBSÉG VAN • A MELEGEBB ANYAGTÓL A HIDEGEBB FELÉ ÁRAMLIK AZ ENERGIA • JELLEMZŐ TULAJDONSÁGA ( mint általában a hőcserére jellemző) • Az anyagok hőtartalma (entalpia) a művelet során változik; • Az anyagok hőmérséklete nem feltétlenül változik; • Az anyagok halmazállapota változhat; • A HŐCSERE LEHET STATIKUS ÉS DINAMIKUS • Hőcsere tartály jellegű készülékben, duplikátorban, forralóban; • Hőcsere áramló közegek között csöves, vagy csőköteges hőcserélőben; • JELLEMZŐ TÍPUSAI • Folyadék – folyadék hőcserélők (folyadék hűtők, kaloriferek) • Gőz – folyadék hőcserélők (folyadék melegítők és kondenzátorok) • Gőz – gőz hőcserélők (forralók, elpárologtató berendezések)

9. A KÖZVETETT HŐCSERE (2.) STATIKUS HŐCSERE TARTÁLY JELLEGŰ KÉSZÜLÉKBEN

10. A KÖZVETETT HŐCSERE (3.) Általában csak a fűtő- vagy hűtőanyag mennyiségét számoljuk. STATIKUS HŐCSERE TARTÁLY JELLEGŰ KÉSZÜLÉKBEN Például: 1000 kg izopropil-alkoholt melegítünk 3 bar nyomású gőzzel 20 °C–ról 70 °C–ra. Határozzuk meg a szükséges fűtőgőz mennyiségét (kg)! fajhő: 3,59 kJ/kg °C párolgáshő: 2158 kJ/kg gőzszükséglet: 83 kg/h

11. A KÖZVETETT HŐCSERE (4.) Két csőben, egymástól elválasztva azonos vagy ellentétes irányban mozog a meleg és a hideg anyag. A hőátadás a mindkét oldaláról érintett cső falán keresztül valósul meg. Az anyagok hőmérséklete a cső fala mentén változik. DINAMIKUS HŐCSERE CSÖVES HŐCSERÉLŐBEN A gyakorlatban több cső fut párhuzamosan, csőköteget alkotva. A csöveket a köpeny végén cső-kötegfal fogja össze.

12. A KÖZVETETT HŐCSERE (5.) CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐK ALKALMAZÁSA Az áramlási irány a hőcsere típusától függ!

13. A KÖZVETETT HŐCSERE (6.) Alapszerkezet CSŐKÖTEGES FOLYADÉK HŐCSERÉLŐK Működési elv

14. A KÖZVETETT HŐCSERE (7.) Ideális esetben a hő-mérséklet változás egyenletes és állandó. FOLYADÉK HŐCSERÉLŐK HŐMÉRSÉKLETKÜLÖNBSÉGE Valóságos hőcserélők hőmérséklet változása logaritmikus jellegű! Lényeges szempont a hőcsere intenzitása is!

15. A KÖZVETETT HŐCSERE (8.) HŐCSERE HALMAZÁLLAPOT-VÁLTOZÁSSAL

16. A KÖZVETETT HŐCSERE (9.) Óránként 12 tonna 20 °C hőmérsékletű toluolt 90 °C-ra melegítünk 3,5 bar nyo- mású fűtőgőzzel. A hőcserélő hőátbocsá- tási együtthatója: 1500 W/m2K. CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐK SZÁMÍTÁSAI (1.) 1. Mekkora a gőzszükséglet (kg/h)? 2. Mekkora a hőmérséklet-különbség? 3. Mekkora hőcserélőre van szükség? fajhő: 1,89 kJ/kg °C párolgáshő: 2146 kJ/kg 1. A hőmérleget gőz – folyadék hőcserélőre állítjuk fel: gőzszükséglet: 737 kg/h

17. A KÖZVETETT HŐCSERE (10.) 2. A közepes hőmérsékletkülönbség: CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐK SZÁMÍTÁSAI (2.) 78,8°C 3/1. Az átadott hőmennyiség: 440000 W 3/2. A hőcserélő felülete: 3,71 m2

18. CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (1.) 1. Párhuzamos csövek felületén megy végbe a hőátadás 2. A csöveket csőköteg-falba rögzítik. 3. A járatok száma növelhető, ezzel javul a hőcserélő hossz/átmérő viszonya, és jobb az áramlási hatás.

19. CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (2.) 1. A csövek osztása körkörös, négyzetes, vagy hatszögletű lehet 2. Köpenyoldalon terelőlemezek biztosítják a párhuzamoshoz közeli áramlást.

20. CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (3.) 1. A szerelés a fő elemek egymásba tolásával történik 2. A csőköteg-fal és a köpeny összeillesztésénél a járulékos feszültséget csökkenteni kell. 3. A karimakötés lehet egyszerű és kettős (ez utóbbi közrefogja a csőköteg-falat).

21. CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (4.) Többjáratú, merevcsöves hőcserélő Fordulókamra kialakítások

22. CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (5.) A jelenség A HŐFESZÜLTSÉG KOMPENZÁCIÓJA Megoldások: Lencse-kompenzátoros köpeny Hajtűcsöves csőköteg Úszófejes csőköteg

23. CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (6.)

24. CSŐKÖTEGES HŐCSERÉLŐ KÉSZÜLÉKEK (7.)

25. IPARI ALKALMAZÁSOK