5. Hőcsere és berendezései

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban 5. Hőcsere és berendezései Ipari berendezések egyik leggyakrabban előforduló készüléke a hőcserélő. Ennek segítségével tudjuk elvonni egy bizonyos közeg entalpia többletét, vagy tudjuk a megfelelő hőmérsékletre fűteni a reakcióelegyet. A hőcserélő lehet: közvetlen közeg érintkeztetésű vagy közvetett-indirekt közeg érintkeztetésű. A hőcserélőkre jellemző a folytonos üzemű működés, ami azt jelenti, hogy mindkét közeg egyidejűleg van átvezetve a hőcserélőn. Vannak azonban szakaszosan működő hőcserélők is, amelyeket a közegek fűtésekor vagy hűtéskor alkalmazzuk. Nagy hőmérsékletű közegek entalpiatöbbletét váltóüzemű hőcserélőkben vagyis regenerátorokban végzik. Itt, először a meleg közeget vezetik be. Ez leadja a hőmennyisége nagyobb részét a hőcserélőben lévő anyagnak, majd a hidegközeg bevezetésével ez átveszi a hőmennyiséget, lehűtve a regenerátor töltetét. Vannak esetek, amikor a hőcsere fázisváltozással megy végbe, ilyen például a vízhűtésű vagy léghűtésű kondenzátor vagy a gőzfűtésű elgőzölögtetők más néven a bepárlók. Vannak még háromfázisú hőcserélők is, igaz kis számban alkalmazzák őket. Ami a szerkezeti anyagokat jelenti, a hőcserélők lehetnek fémes szerkezetűek, üveg, grafit vagy teflonból készítve. A kivitelezés szempontjából beszélhetünk csöves, csőköteges, lemezes, spirállemezes és bordázott hőcserélőkről. Ezek közül a legelterjedtebbek a csőköteges és a lemezes hőcserélők. 5.1. A felületi hőcserélők alapegyenletei A felületi hőcserélő alapegyenlete az átadott hőáram ( Q ), felület (A), hőmérséklet-különbség ( T Q K A T m átl T ) közötti összefüggés: m, W (5.1) ahol a K nem más, mint a hőátbocsátási tényező, W/(m 2 K) kifejezve. Az átvett vagy átadott hőmennyiséget az energiamérleg segítségével számítjuk, vagyis: - 87 -

Hőcserélők Q Q Q Q Leadott hőáram: leadott m 1 c p1 1 T Felvett hőáram: felvett ( T ) 2 ' m2 c p2 ( T2 T ' 1 ) (5.2) (5.3) ahol: m 1 illetve m 2 - a két közeg, a meleg illetve a hideg tömegárama, kg/s, T 1 és T 2 a melegközeg belépő illetve kilépő hőmérséklete, K, c p1 illetve c p2 a meleg illetve hideg közeg fajhője, J/(kgK), T ',T ' 2 1 a hideg közeg kilépő illetve belépő hőmérséklete, K. Ha a tömegáram (vagy a szakaszosan működő hőcsere esetében a tömeg) és fajhő szorzatokat W illetve W jelöljük, a következő összefüggéseket tudjuk felírni: ' ' Q W( T 1 T2) (5.4) Q W'( T 2 T ) (5.5) 1 5.1. ábra. A hőcserélőben áramló közegek viszonya. A hőátadás hajtóerejének a Tm - nek a meghatározására szükséges a hőmérséklet lefutás ismerete. Ez, mint ahogy az 5.1. ábra is mutatja, függ a közegek áramlásától, mely lehet egyenáramú, ellenáramú, keresztáramú vagy ezek kombinációinak egyike. Az 5.2. ábrán az egyenáramú hőcserélő hőfoklefutása van feltüntetve. Jól látható, hogy a hőcsere következtében a közegek hőmérséklete közeledik egymáshoz, de a különbség 5.2. ábra. Az egyenáramú hőcserélő mindég pozitív marad. Ez csak a hőmérséklet lefutási görbéi. végtelen nagy felületű hőcserélő esetén közeledik a nullához. Az 5.3. és 5.4. ábrán a felületi ellenáramú fázisváltozás nélküli és fázisváltozásos hőcserélők hőmérséklet lefutási görbéi vannak feltüntetve. Míg a fázisváltozás - 88 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban nélküli ellenáramú hőcsere esetén beszélhetünk állandó hőmérséklet különbségről (5.3. b) vagy változó (növekvő vagy csökkenő), a fázisváltozással végbemenő hőátadás esetén lehetséges három különböző lefutás. Az 5.4.a. a hidegvízzel való kondenzálási hőcsere lefutási görbéje, az 5.4 b. a forralási hőátadást szemlélteti, míg az 5.4 c. az állandó hőmérsékleten történő kondenzációs hőátadást és ugyancsak állandó hőmérsékleten történő forralási hőmérséklet lefutást jelképezi. 5.3. ábra. Ellenáramú hőcserélő hő-lefutása 5.4. ábra. Fázisváltozással történő hőcsere hőmérséklet lefutási görbéi. A közepes hőmérséklet különbséget általában az ismert logaritmikus közepes hőmérséklet különbség összefüggésével számoljuk. Ez természetesen abban az esetben tudjuk elhanyagolni, amikor a két oldalon fellépő hőmérséklet megközelítés, kevésbé különbőzik egymástól. Ilyenkor az átlag hőmérsékletet a számtani középértékkel helyettesítjük. Megfigyelhető, hogy, leszámítva az állandó - 89 -

Hőcserélők hőmérséklet különbségen történő hőcsere esetét, úgy az ellen, mint az egyenáramú hőcserélők alkalmával, a hőmérséklet megközelítési értékeket összehasonlítva beszélhetünk egy nagyobb T ) és egy kisebb T ) értékről. Ezek figyelembe ( n ( k vételével felírható az átlagos logaritmikus hőmérséklet különbség: Tn Tk Tm Tn ln T k Vagy, ha fennáll a következő helyzet: m T T / 2 n k T n T, akkor: k (5.6) T (5.7) A nagy és kis hőmérsékletkülönbség segítségével kiszámítható a logaritmikus közepes hőmérséklet különbség értéke. A gyors számítást segíti az 5.5. ábrán feltüntetett nomogram. A hőátbocsátási tényező értékét az ismert síkfalra vagy hengeres falra jellemző összefüggésekkel számítjuk: K 1 K 1 2 1 1 fal 2 1 d d b k b dk 2,W/(m d ln d K) 1 2 fal k b,w/(m 1 k K) (5.8) (5.9) ahol: 1- a hőcserélő egyik oldalán áramló közeg hőátadási tényezője, W/(m 2 K), 2 - a hőcserélő másik oldalán áramló közeg hőátbocsátási tényezője, W/(m 2 K), b - a csövön belüli közeg hőátadási tényezője, W/(m 2 K), k - a csövön belüli közeg hőátadási tényezője, W/(m 2 K), -a fal vastagsága, m, d, d - a külső k b illetve a belső átmérő, fal - a fal, illetve a csőfal hővezetési együtthatója, W/(mK). A hőátadási tényezőket az alábbi általános összefüggés segítségével számoljuk: 2 Nu, W/(m K) (5.10) x - 90 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban 5.5. ábra. A közepes logaritmikus hőmérséklet különbség meghatározása grafikus módszerrel. ahol: Nu- a Nusselt szám, x- a karakterisztikus geometriai méret (csövön belüli áramló közegre x=d, csőköteg esetén az egyenértékű átmérővel dolgozunk), - az áramló közeg hővezetési tényezője, W/(mK). A Nu-szám általában mint hasonlósági kritériumból felépített hatvány függvény van megadva, vagyis: Kényszer konvekcióra: Nu Re 1 Természetes konvekcióra: Nu m m C Pr (5.11) p q C2Gr Pr (5.12) ahol az m,n,p és q kísérletileg meghatározott hatványkitevők, a Re-szám, a Pr-Prandtl szám, Gr- Grasshoff szám dimenziómentes kritériumok. Ezeket az ismert összefüggések segítségével wd határozzuk meg ( Re 3 2 Pr, Gr x V ( T T fal )/ ). a A kényszer konvekció esetén többféle összefüggést alkalmazunk, attól függően, hogy milyen a hőcserélő típusa, milyen közeg áramlik, és milyen az áramlás jellege. Ilyen összefüggésekre ad betekintést az 5.1. táblázat, mely a csőben áramló közeg hőátadási tényezőjének meghatározására szolgáló összefüggéseket tartalmazza. Amikor a cső nem egyenes, hanem csigamenetű, azaz csőkígyó, akkor d a kapott értéket beszorozzuk a következő szorzótényezővel: s 11, 77, ahol a R d a csőátmérője és R a kígyócső görbületi sugara. - 91 -

Hőcserélők 5.1. 5áblázat. Hőátadás kényszer konvekcióval csőben áramló közeg esetén. Az Összefüggés Megjegyzés áramlás jellege Lamináris 0, 5 Felfűtésnél C=15 0,23 d Nu CPe Lehűtésnél C=11,5 L 0,14 d 3,66 Pe 0, 1 Nu L fal 0,33 Pe d d Nu 1,62 Pe L L 0,8 Hausen képlet d 0,19 Pe 0,.14 3,66 L Nu 0,467 d 1 0,117 fal Pe L Átmeneti 0,14 2 / 3 0,6 Pe 600 0,75 0,42 0,0371 d Re 180Pr Nu 5 L 2300 Re 10 fal Turbulens 2 / 3 d Kutaladze képlete, 0.8 0.4 Nu 0,0231 Re Pr f T ahol L 0,6 Pr 100 Turbulens w 2040 1 0,015 d ahol 0,9t 0, 1t 0,87 vízáramlás 0, 15 viz fal 20000 Re 2 10 6 Ha a cső nem kör keresztmetszetű, akkor a d belső átmérő helyett a hidraulikus átmérőt használjuk A csőköteges hőcserélők köpenyterében az áramlást a terelőlemezek is befolyásolják, így a hőátadás is befolyásolva van. A csövek közötti térben fellépő hátadási tényezőt az általános Nusselt képlettel számoljuk: n 0,6 0,33 Nu C Re Pr (5.13) fal - 92 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban ahol: C- állandó, mely függ a terelőlemezek kialakításától, Re- a Reynolds szám, Pr- Prandtl szám. A terelőlemez nélküli hőcserélő esetén az n kitevő értéke nulla. Akkor, amikor a hideg közeg áramlására szolgáló külső csövek közel vannak a köpeny belső palástjához, a C értéke: C, ha Re=200..20000 és d h 0,012..0,05 m (5.14) 0,6 1,15 dh A Re-szám számításához szükséges sebesség értékét a következő összefüggés írja le: V V w (5.15) A 2 2,785 D N d e 0 k Körtárcsa és körgyűrű típusú hőcserélő esetén (lásd az 5.6. ábrát) a C értéket az alábbi összefüggéssel írjuk le: C (5.16) 0,6 2,08 dh A legszűkebb Ae keresztmetszet a következő összefüggés írja le: A e A A, ahol az első jel a hosszirányú, míg a második a l q keresztirányú áramlás keresztmetszetét jelképezi. 5.6. ábra. Csőköteges hőcserélő körtárcsa-körgyűrű terelőlemezekkel ellátva [Fonyó-Fábry]. A hosszirányú áramlási keresztmetszet, egyrészt a körgyűrű által szabadon 2 hagyott terület ( 0,785D ) mínusz a keresztmetszetbe eső csövek területe, másrészt 1 2 2 a körtárcsa által szabadon hagyott terület ( 0,785D D - 93-2 ) mínusz a

Hőcserélők keresztmetszetbe eső csövek területe. Az Aq meghatározásához, először kiszámítjuk a közepes átmérőt: 0,5 D D (5.17) D m 1 2 Figyelembe véve a közepes átmérőhöz legközelebb eső csövek közti a összes nyílást, felírható: S a (5.18) A q Szegmens terelőlemezekkel ellátott csőköteges hőcserélő esetén az n értéke 0,14 a C=0,23, míg a mértékadó keresztmetszet pedig: A A A (5.19) e ahol: l q D b S 2Sh Al, Aq Sa 4 Az S, b, h és a értékek az 5.7. ábrának megfelelők. (5.20...5.21) 7. ábra. Csőköteges hőcserélő szegmens terelőlemezekkel [Fonyó-Fábry]. Gyakorlat: Legyen egy terelőlemez nélküli csőköteges hőcserélő, mely 121 darab 38 mm külső átmérőjű csövet tartalmaz és köpenyének belső átmérője 600 mm. A köpenytérben 458 K hőmérsékletű 0,253 10-4 Pa. s viszkozitású, 0,0382 W/(mK) hővezetési együtthatójú és 1030 J/(kgK) fajhőjű levegő áramlik 36,1 kg/m 2 s tömeg áramsűrűséggel. Határozzuk meg a közeg hőátadási tényezőjét. Kiszámítjuk a Re számot: w d k wd k G d k 36,1 0,038 Re 54200 4 0,25310 Kiszámítjuk a Pr számot: - 94 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban c p 1030 0,25310 Pr a 0,0382 Kiszámítjuk a hidraulikus átmérőt: d h 4F 0,785 4 D N d Kiszámítjuk a C értékét: C 1,15d 0,6 h Kiszámítjuk a Nu értékét: Nu C Re 4-95 - 0,68 2 2 2 2 D N d k 0,7850,6 121 0,038 4 0, 036 0,6 1,150,036 Pr 0,33 k 0,6 0,6 121 0,038 0,15648 0,15647 54200 0,6 0,68 0,33 95,412 Kiszámítjuk az értékét: 0.0382 2 Nu 95,41 95,91 W/m K d k 0.038 Bordáscsöves hőcserélők esetén a hőátadási tényezőt az (5.22) összefüggéssel számítjuk: AR A AR 0 bb (5.22) A A ahol: 0 - a bordázat nélküli cső hőátadási tényezője, W/(m 2 K), - a bordamagasságtól (h) és bordák közti távolságtól ( t b ) függő tényező 0,63 h ( 1 0,18 ) (5.23), t b A - a bordázott csőfelület, m 2, AR - a bordák felülete, m 2, bb - bordázati hatásfok melyet az 5.8. ábra segítségével határozunk meg az X függvényében. Az X et a spirál bordákra a kővetkező összefüggéssel számítjuk: ahol:, 2 X h 0 (5.24) R R R R - a borda anyagának hővezetési tényezője illetve közepes vastagsága. Körbordák, lamellák és négyzetbordák esetén az X értékét a kővetkező összefüggés írja le: 2 0 X r (5.25) R R m

Hőcserélők ahol r- a bordázat cső sugara, R a borda sugara és az 5.9. ábráról olvassuk le. 5.8. ábra. A bordahatásfok értéke 5.9. ábra. A értékének meghatározása az R/r függvényében. Ismerve a bordázott cső hőátadási tényezőjét kiszámítható a hőátbocsátási tényező értéke, vagyis: 1 1 K A A 1 1 1 (5.26) ahol: A, A 1, a teljes bordázott felület illetve a belső csőfelület, m 2, - a cső falvastagsága, m, - csőanyagának hővezetési együtthatója W/(mK), 1 - a cső belsejében áramló közeg hőátadási tényezője, W/(m 2 K). 5.2. Hőcserélők Az iparban nagyon sokféle hőcserélőt használnak. Ezek egymástól különbőznek, nemcsak a formájukban és működésükben, hanem még a szerkezeti anyaguk is különleges lehet. Üzemmódjuk szempontjából lehetnek szakaszos-, váltó- vagy folyamatos üzeműek. Az iparban legelterjedtebb a folyamatos üzemmód. A közegek szempontjából a hőcserélők lehetnek folyadék-folyadék, folyadék-gáz és gáz-gáz típusúak, úgy halmazállapot változás, mint halmazállapot - 96 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban változás nélküliek. Ami minden hőcserélőtől elvárt az következőkben fogalmazható meg: - nagy fajlagos felület, ami azt jelenti, hogy 1 m 3 térben minél nagyobb hőátadási felület biztosítása; - minél nagyobb és állandóbb hőátbocsátási tényező biztosítása; - kis nyomásesés, vagy másképp fogalmazva kevés áramlási energia használat; - kis beruházási, működtetési és karbantartási költség; - egyszerű tisztíthatóság; - nagy korrózióállóság és biztonság; - hosszú élet. Szerkezetüket véve figyelembe, a hőcserélők lehetnek egyszerű kivitelezésűek vagy bonyolult hőcserélők. E kritérium függvényében lássunk néhány iparilag használt hőcserélő típust. 5.2.1. Locsolt hőcserélő A legegyszerűbb kivitelezésű hőcserélő a locsolt cső vagy a locsolt kígyócső. Mint az 5.10. ábrán is jól látható a jobb felület kihasználás érdekében egymásra helyezett csövek (könyökkel összekapcsolva, vagy görbített szerelésben) belső terében a hűtendő közeg áramlik, a külső térben, a csövek felületén pedig a lecsurgó víz. A jobb vízkihasználás végett, a használt vizet levegővel, toronyba hűtve vissza vezetik a folyamatba. 5.10. ábra. Locsolt csőkígyós hőcserélő. - 97 -

Hőcserélők 5.2.2. A csőkígyó A csőkígyó lehet beépített is, ilyenkor egy bizonyos térbe vagy hőt viszünk be, vagy hőt veszünk ki. A beépített csőkígyó nagyon elterjedt a keverő berendezésekben, ahol a jobb hőátadás biztosításáért a külsőtérben a közeget keverjük, így megnő a keverési Re-szám s nagyobb a hőátadási tényező értéke. Kivitelezés szempontjából lehetséges kúpos, hengeres, egyszeri vagy több menetű csőkígyó is (lásd az 5.11. ábrát.). 5.11. ábra. Beszerelt csőkígyók: vízszintes síkban Minél nagyobb (balról), kétmenetű hengeres (jobbról). hőátbocsátás elérésére jó hővezető képességgel rendelkező anyagokat alkalmazunk. Amit még szem előtt kell tartani, az hogy a csőanyaga jó közegálló legyen, így biztosítva a keverőben lévő közeg vegytisztaságát. Annak ellenére, hogy olcsó, nem ajánlott olyan közegek esetén mely lerakodást okoznak, mert a cső belsőterét nem lehet könnyen tisztítani. Kis fajlagos felületű, tehát elég nagy térigényű. Még hátránya, hogy a hőátbocsátási tényezőt a csőkígyó külsőtéri hőátadási tényezője határozza meg, melyben az áramlás jellege sokszor technológiailag kötött. 5.2.3. A cső a csőben típusú hőcserélő A iparban gyakran használt hőcserélő a cső a csőben típusú. Ezt úgy melegítésre, mint hűtésre használhatják. Kivitelezés szempontjából két koncentrikus csőből áll. A belső csőben áramlik az egyik közeg (mindenkor a nagyobb nyomású és lerakodást okozó, hisz könnyebb tisztítani), a külső csőben pedig a másik közeg (kondenzálandó gőzök, gázok általában a külső, köpenytérben áramolnak). Az ilyen típusú hőcserélőben a tökéletes ellenáram elvét lehet megvalósítani, ami az intenzív hőátadás feltétele. Lehet egyenáramban is használni, de ilyenkor alkalmazása nem gazdaságos. Mivel gyártási hossza függ a rendelkezésre álló csövek hosszától, a nagyobb felület elérésére több egyedi - 98 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban hőcserélőt kapcsolunk össze. A helykihasználás végett nem vízszintes kapcsolást használunk, bár kevesebb áramlási ellenállást nyújtana, hanem a függőleges síkban való kapcsolási rendszert, mint ahogy az 5.12. ábrán is láthatjuk. Ily módon való szerelése lehetővé teszi csőtéri tisztítását is. Mivel elég nagy a helyigénye, és kizárt a köpenytér tisztítási lehetősége, sok esetben elkerülik használatát. Olyan közegek esetén, ahol a csőtéri részen könnyen képződhet lerakodás a cső a csőben típusú hőcserélő egy másik változatát alkalmazzuk, éspedig a kapart falú hőcserélőt. Itt a belső csőben egy tengelyre szerelt kaparókések (lásd az 5.13. ábrát) mozognak elég nagy 5.12. ábra. Cső a csőben típusú hőcserélők: fordulatszámmal (300-2000 1-belépőcsonk, 2-egyenes csőszakasz, ford/perc), felújítva a felületet, 3- könyökcső, 4 kilépőcsonk, 5- köpenytéri megakadályozva ezzel a kilépőcsonk, 6-összekötőcsonk, 7- köpenytéri lerakodást, vagy annak belépőcsonk [Fonyó-Fábry]. vastagodást. Ilyen készüléket alkalmaznak a konzerviparban pasztaszerű anyagok bepárlására vagy kristályosítására. Egy ilyen hőcserélő hőátadási felülete kb. 0,6-1 m 2, míg hőátbocsátási tényezője 3700 W/(m 2 K) is lehet. Amikor a csőkígyó beszerelés valamilyen okokból nem lehetséges (lerakodás veszély, korróziós állapot, anyagproblémák), akkor a keverő edények hőelvonását vagy hő bevitelét a külső falra szerelt- hegesztett vagy préselt - csőkígyóval oldhatjuk meg (lásd az 5.14. c és d ábrákat). Minél jobban érintkezik a csőkígyó a tartály külsőfalával annál jobb a hőátbocsátási tényező. A hőátvitel jobbik változata a külső falra hegesztett fél csövek (5.14. e-g), vagy köpenyek -duplikaturák (5.14. a-b). A köpenyfűtéses készülékeket a technológiai folyamat homogénezés, oldás, emulgálás, polimerizálás, melegítés, kristályosítás, stb.- gyorsítására - 99 -

Hőcserélők keverőkkel látják el, így a hőátadási együttható értékét növelve. A hőátadási felület mindenesetben magába foglalja a két szerkezeti anyag érintkezési felületét is, a hegesztési varratot beleértve. Amikor az érintkezési felület nagyon kicsi, akkor ajánlott a jó hővezetési tényezővel rendelkező anyag használata, mint például a rézalátét alkalmazása az 5.14. d esetében. Mint minden bonyolult szerkezet esetében, mivel a tisztítási lehetőség korlátozott, jó minőségű hőhordozókra van szükség. 5.13. ábra. Kapartfalú hőcserélő [Fonyó-Fábry]. A csőkígyó nagyon sok változatban fordul elő, úgy a laboratóriumi üvegberendezésekben, mint a hűtőtechnika több területén. Itt találkozunk például a Linde típusú cső a csőben csőkígyóval is (lásd az 5.15. ábrát). Ennek ez egyik változata a Hampson féle hőcserélő (5.15b) és a többszörösen tekercselt csőspirál. A nagyobb nyomású gáz a csőkígyó belsejében áramlik a kisebb nyomású a köpenytérben. A csőátmérő kb. 10-25 mm, a hőcserélő többszörösen keresztáramlású. Egy ilyen modernebb hőcserélő, amely 175 db., 87,5 m hosszú 19 mm átmérőjű csőből készült 915 m 2 hőátbocsátási felülettel rendelkezik. Mivel az ilyen hőcserélő tisztítása elég sok nehézségbe ütközik, a beáramló közegek tisztaságát szűréssel biztosítják. - 100 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban Amikor a hő-átbocsátásban az egyik közeg hőátadási együtthatója a másikhoz képest nagyon kicsi, például a folyadék-gáz hőcsere esetén, akkor a csövek külsőfelületét célszerű növelni. A bordázás segítségével a felület 10-20 szorosra is megnövekszik. A külső bordázat általában akkor célszerű, ha 1 R k 1 R b 5.14. ábra. Külső csőkígyó megoldások és duplikaturák [Fonyó- Fábry]: a- folytonos köpeny- duplikátor, b- szakaszos Samkaköpeny, c- hegesztett csőkígyó, d- rézalátétre préselt csőkígyó, e-ghegesztett fél csőkígyók, h- feltágított csőrendszer. k b 2 (5.27) Vagyis, ha a külső oldali hőátadási ellenállás és a belső oldali hőátadási ellenállás aránya nagyobb kettőnél. A bordázás különböző típusú lehet: - külső vagy belső; - hossz vagy haránt; - álló vagy forgó. - 101 -

Hőcserélők A bordázat elkészítési módja is változó. Lehet rátekercselt (5.16. a), horonyba tekercselt (5.16. b), csőre húzott (5.16. c) vagy csőfalba hengerelt típusú (5.16. d). 5.15. ábra. Mélyhőmérsékletű technikában használatos hőcserélők [Fonyó és Fábri után]: a- Linde típusú, b- Hampson féle, c- többszörösen tekercselt [Fonyó-Fábry]. 5.2.4. Csőköteges hőcserélők A nagy felületet igénylő hőcsere és a jó térkihasználás megkövetelte a csőköteges hőcserélők kifejlesztését. E megoldás lehetővé tette, hogy ugyanolyan csőhossz esetén, mint a cső a csőben típusú hőcserélőknél, sokkal nagyobb fajlagos - 102 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban felületet érjünk el. A csőköteges hőcserélő (lásd az 5.17. ábrát) főbb elemei a következők: - a két csőköteg falba szerelt csövek; - köpenytér; - beömlő kamra; - kiömlő vagy fordulókamra; - beömlő és kiömlő csonkok; - szellőztető csapok - és gyakran használatos terelőlemezek. Kivitelezés szempontjából a csőkötegek lehetnek: - merev; - úszófejes; - U- csöves- hajtűcsöves. Ami az elhelyezésüket illeti, a csőköteges hőcserélők lehetnek vízszintes, függőleges vagy dőlt állásúak. A vízszintes elhelyezés kerülendő a nagyon kis átmérőjű és könnyen behajló csövek esetén (ilyenkor a függőleges állás ajánlott). A vízszintes 16 ábra. Bordázottcsöves hőcserélő. elhelyezés mindég kötelező a kondenzációs hőcsere alkalmával, ezzel küszöbölve ki a lecsurgó hártya hőátbocsátási ellenállását, mely kitevő a függőleges cső esetében. 5.17. ábra. Merev csőköteges hőcserélő: 1, 7 meleg közeg csonkja, 2,5 hideg közeg csonkja, 3- csőköteg fal, 4-forduló kamra, 6-csőköteg, 8 elválasztó lemez. - 103 -

Hőcserélők Ha a hőcserében mindkét közeg folyadék, akkor, mint az álló, mint a fekvő elhelyezés használatos. Ilyenkor a telepítésükre fennálló hely szabja meg a pozíciójukat. A vízszintes elhelyezésű hőcserélők könnyebben takaríthatók, akkor is, ha helyszűke miatt, a köpenyükre helyezett nyergek segítségével, egymásra vannak helyezve. A csőköteges hőcserélők esetén a sok cső, megszabott elosztásban tömören illeszkedik a csőfalban. Az illesztés lehet hegesztve, sajtolva vagy sajtolva és hegesztve is. Az elosztás lehet háromszögosztás, négyzetosztás vagy hexagonális csőkiosztás (lásd az 5.18. ábrát). A csőköteges hőcserélők sokrétű kialakítási lehetősége ellenére gyártási célok figyelembe vétele s, nem utolsó sorban, áruk csökkentésére szabványosítást vezettek be. c) 5.18. ábra. Csőelrendezés: háromszög, b- négyszög, c- hatszög. Az USA csőköteges hőcserélők gyártóinak a szabványa a TEMA. E szerint, egy hőcserélő kód megnevezése tartalmaznia kell a köpeny, beömlő és fordulókamra típusait (lásd az 5.19. ábrát). Az 5.17. ábrán látható, merev, csőköteges hőcserélő kódja BEM. A csövek elrendezése olyan, hogy minimumra csökkentse a csőköteg kikerülésének lehetőségét. A sajtolt csőköteges hőcserélőt csak 80 atm nyomásig alkalmazzuk, a más megoldással beillesztett csövek esetén a nyomás határt a cső határozza meg. A sajtolási hossz kb. 50 mm. A sajtolt rész nem nyúlhat túl a csőköteg fal köpenyoldali homloklapján. A csövek közötti teret külső köpenylemez zárja, kialakítva a köpenyteret. A köpenytérhez csatlakozik a két kamra, a beömlő és kiömlő. Az ilyen egyjáratúnak nevezett hőcserélőnek a legkisebb a közegellenállása. Mivel a csövek hossza korlátozott, nagyobb hőcserélő felület - 104 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban létrehozására a csőkötegeket több párhuzamos csoportra osztjuk, kialakítva a több járatot (lehet 2-8 járatig el). Ilyenkor a kiömlő és beömlő kamra mellett forduló kamrákat alakítunk ki. A járatok számát nem tanácsos növelni, hisz a kamrákból való ki és beömlés elég nagy helyi ellenállást jelent. 5.19. ábra. A csőköteges hőcserélők TEMA kódjai [Fonyó-Fábry]. - 105 -

Hőcserélők A csőköteges hőcserélő esetében a köpenytér áramlási keresztmetszete nagyobb mint a csőtéri keresztmetszet. A jó hőátvitel céljából arra kell törekedni, hogy a két közeg minél nagyobb sebességgel áramoljon, de ez ne eredményezze az energia fogyasztás túlzott növelését. A folyadék-folyadék hőcsere alkalmával arra kell törekedni, hogy a két térben áramló közeg sebessége megegyező legyen és kb. 0,5 2,0 m/s között mozogjon. Gázok esetén a tömeg áramsűrűség kb. 6000-80000 kg/(m 2 s) között mozoghat. A merev csőköteges hőcserélő egyik nagy hátránya, hogy nem képes nagy hőmérséklet különbséggel dolgozni (kb. 50 K ajánlott). Ennek oka a hő-kitágulási tényező. Épp e helyzet kiküszöbölésre szolgálnak a tágulást kompenzáló megoldások. Ilyen megoldás például a lencse alakú kompenzáció, a hajtűcsöves vagy az úszófejes hőcserélő. A lencse 5.20. ábra. Lencse alakú alakú kompenzátor (lásd az 5.20. ábrát) a kompenzátor. köpenybe beépített tágulást elésegítő rész, mely megóvja a csövek csőfalból való kilazulását, s ezzel a két közeg érintkezését, vagy a csövek elhajlását. 5.21. ábra. U-csöves hőcserélő: 1, 6- fűtőközeg csonkok, 2,3 hidegközeg csonkok, 4- csőköteg foglaló, 5-csökötegfal, 7- U csövek Az U - csöves vagy hajtűcsöves hőcserélő esetében a csőfalba beépített U - csövek hőtágulásának nem lehet káros hatása, hisz a köpenytérben elég nagy helyet hagynak, ahol a csőköteg szabadon mozoghat (lásd az 5.21. ábrát.). Az ilyen kivitelezés elősegíti a könnyű szerelést, a köteg külső felének egyszerű tisztítását. - 106 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban A belső tisztítást, a beömlő s kiömlő kamra könnyű leszerelése ellenére, megakadályozza a 180 fokos fordulat. Az úszófejes hőcserélők esetében a fordulókamra közösen mozoghat a csőköteggel a külső állófejen, megoldva így a hőtágulás kompenzációját. A külső fej leszerelése után a forduló kamra is leszerelhető, sőt a beömlő és kiömlő kamra leszerelésével a csőköteg kiemelhető a köpenytérből, így csövek mind kívül, mint belől tisztíthatók. Az 5.22 ábrán bemutatott kétjáratú úszófejes hőcserélő köpenyterében való áramlás szabályzására terelő lemezeket használnak. Ezek 5.22. ábra. Úszófejes hőcserélő [Fonyó-Fábry]: 1-köpeny, 2- külső állófej, 3, 4- - szerelési karima, 5, 20- köpenyoldali csonk, 6- úszófej csőkötegfal, 7-úszófej, 8-úszófejkarima, 9-gyürű, 10- mervcsőkötegfal, 11- beömlő illetve kiömlő kamra, 12-elosztókamra fedele, 13- elosztókamra csonk, 14-terelőlemez, 15- terelőlemez tartó rúd, 16- védőterelő lemez, 17-elosztólemez, 18-légtelenitő csonk, 19-cső, 21 tartóláb. különböző kivitelezésűek lehetnek, kezdve az egyes szegmens, kettős szegmens és hármas szegmens típusúakig (lásd az 5.23. ábrát). A terelőlemezek beszerelésével elősegítik a keresztáramlás kialakulását, és az áramlási sebesség növelését. Ahhoz, hogy az áramlási sebesség elősegítse a hőátadást, a legkisebb osztástávolság a köpenytéri átmérő 1/5-e, de nem kisebb mint 50 mm. A terelőlemezek elosztása egyenletes kell legyen, s ügyelni kell arra hogy a ki és beömlő csonkokhoz ne kerüljön ilyen lemez. A terelőkben a hőcserélő csövek részére lyukakat fúrunk, melynek átmérője, 900 mm osztástávolságig és 32 mm csőátmérőn felül 0,8 mm-el haladja túl a csőátmérőt, vagy ha a csőátmérő 32 mm kisebb, akkor a lyuk és - 107 -

Hőcserélők csőátmérő közötti különbség 0,4 mm. A terelők távolságtartására, valamint a csőköteg ki és beszerelésének könnyítésére távtartó rudakat vagy csúszó léceket alkalmazunk. A terelőket és a csúszó léceket hegesztéssel kapcsolják össze. Minden hőcserélő köpenyterének legmagasabb pontján légtelenítő csonkot vagy menetes dugót/szelepet kell beszerelni, légtelenítés céljából. A legalacsonyabb ponton vakkarimával lezárt csonkot kell alkalmazni leürítés céljából. A hőcserélő működése megköveteli a rendszeres karbantartást. Ez főleg akkor érvényes, ha az 5.23- ábra. Terelőlemez típusok: a- egyes-, áramló közegekből b- kettős- c- hármas-szegmens [Fonyó-Fábry]. lerakodások képződnek, melyek egy év után kb. 0,0004 Km 2 /W hőellenállást okoznak. Ilyenkor a hőcserélő tisztítása kötelezővé válik. Tisztításra ajánlott a meleg víz, mosóolaj, párlat nagy sebességű áramoltatása, nagynyomású vízsugár, vegyszeres vízkő eltávolítás vagy legvégső esetben csőgörények, forgó drótkefék vagy egyéb mechanikus módszerek alkalmazása. Mechanikus tisztításkor vigyázni kell a megrongálódás lehetőségére. Nem tanácsolt a gőz fúvatás alkalmazása, mert a cső túlhevülését okozhatja. 5.2.5. Lamellás hőcserélők A csőköteges hőcserélőhőz nagyon hasonló kivitelezésű a lemellás, Ramén hőcserélő. Itt a közegek a páronként 5.24 ábra. Lamellás hőcserélő. összehegesztett, lamellákból kialakított csatornák és ezek kötegének köpenybe való helyezésekor kialakult külső terében - 108 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban áramolnak (lásd az 5.24. ábrát). A lamellaköteg és köpeny különböző hőtágulását tömszelence alkalmazásával kompenzálják. Az ilyen típusú hőcserélő nagy felületű (kb. 1000 m 2 ) és nagy térkihasználású (170 m 2 /m 3 ). Ez a hőcserélő is megtartja a csőköteges hőcserélő hátrányát, vagyis jó minőségű fluidumokat igényel, főleg a köpenytérben. 5.2.6. Lemezes hőcserélők Ennek a hátránynak a kiküszöbölésére vezették be még a 19. század végén (az első szabadalom 1878-ból származik) a lemezes hőcserélőket. A hőcserélő rendszerint téglalap alakú, azonos méretű hullámosított lemezek sokaságából áll. A lemezek közti távolság kb. 1,6.6 mm. A lemezek négy sarkán lévő lyukak képezik az átömlő nyílásokat, ezekből alakítván ki a csatornákat. 5.25. ábra. Lemezes hőcserélő [Fonyó-Fábry]: a) lemezei és b) elvi működése. - 109 -

Hőcserélők 5.26. ábra. Lemezes hőcserélő szerkezeti felépítése: 1- tartórúd, 2- nyílások, 3- állványlap, 4- feszítő csavar, 5, 7- lemez, 6- lemezcsomag, 8- nyomófedél [Fonyó-Fábry]. A redőzött lemezekből, tömítő anyag használatával, több sávot alakítanak ki, megelőzve ezzel a holttér kialakulását. A közegek keveredésének megelőzésére csak minden második kamrarész van kapcsolatba egymással, mint ahogy az 5.25. ábrán bemutatott áramlási séma is ábrázolja. A lemezek vastagsága 0,5-1,2 mm, ami magyarázza a hullámosítás szükségességét, hisz így formaálló lesz a vékony fémlemez. Ami a szerkezeti anyagot illeti, leginkább a nemesacélt alkalmazzák. Tömítésre rugalmas polimereket, szilikon anyagokat használnak. A lemezek elhelyezése lehet párhuzamos, ferde vagy két párhuzamos hullámlemez közé ékelt lyukacsos betétlemez. Az ilyen típusú hőcserélő nagyon nagy fajlagos felületű, tehát jó helykihasználó, könnyen szét és összeszerelhető, ami a tisztítását könnyíti. Fő hátránya, hogy tömítő anyaga révén nagyon pontos összeállítást követel, kiküszöbölvén így a folyadék veszteséget (a sírást). - 110 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban A hőátadási tényező számítására Boehm a következő összefüggést ajánlja: 0,36 0,65 0,3/ 0,4 s 0,273Re Pr Nu (5.28) l ahol s-lemez szélesség, l - lemez hossz. Egy ilyen lemezes hőcserélőt mutat be az 5.26. ábra. Mint látható a hőcserélő állványból, állvány-lapokból, tartó rudakból, lemezekből, tömítő kaucsukból és szorító-nyomó csavarokból tevődik össze. Az élelmiszeriparban főleg a kis hőmérsékletű tartományban használják folyadék-folyadék hűtésre-fűtésre, de alkalmas a gőz-folyadékfőtésre is. 5.2.7. Spirállemezes hőcserélő A lemezes hőcserélő egy másik változata a spirállemezes hőcserélő. Ezeknél a hőátadó felületet a csigavonalban meghajlított fémlemezek alkotják. A kialakított téglalap keresztmetszetű csatornákat alul felül fedéllel zárják. Az egyik közeg belép a fedél csonkján és a spirál belsejében haladva, kilép a kerületen lévő csonkon. A másik közeg a spirál szabad terében áramlik, egyen vagy ellenáramlásban az előbbivel (lásd az 5.27. ábrát). 5.27. ábra. Spirállemezes hőcserélő [Fonyó-Fábry]. 5.28. ábra. Grafit lapokból készült. hőcserélő - 111 -

Hőcserélők A relatív nagy sebességgel áramló közegek, a kis folyadékréteg nagy hőátbocsátási tényezőt biztosít. Egyszerű kivitelezése lehetővé teszi a folyadékok, sőt az iszapok hűtésére, illetve fűtésére. A spirális áramlásnak köszönhetően kis lerakodásra lehet számítani. Üzemi nyomása kb. 10 atmoszféra. A legkényesebb része ezen hőcserélőnek is a tömítés, ahol szivárgás és keveredés állhat be. A lemezes hőcserélők egyik iparilag alkalmazott rokona a grafitlapos vagy grafit tömbős hőcserélő. Itt a hőcserélő felületet vagy impregnált grafit lapokból alakítják ki (lásd az 5.28. ábrát), vagy pedig a grafittömbbe váltakozó haránt irányú furatokat alakítanak, melyek képezik az áramló közegek csatornáit. A legnagyobb falhőmérséklet 428 K. A 100-150 W/(mK) hővezetési együtthatójú grafit hőcserélő hőátbocsátási tényezőjének értéke 800-2200 W/(m 2 K) között mozog. Annak ellenére, hogy a titán alapú anyagok hátérbe szorították, klórral szembeni jó ellenálló képessége lehetővé teszi alkalmazását a klór és klórozott termékek gyártásban. Különleges korrózió állóságot követelő szerkezeti anyagok esetén célszerű a fluorozott műanyag használata. Ilyen termék például az 5.29. ábrán bemutatott teflon csőpászmás hőcserélő. A kb. 2-8 m 2 /elem hőátbocsátási felülettel rendelkező hőcserélőt 10 mm belsőátmérőjű 1 mm falvastagságú rugalmas, spirálison felcsavart, tefloncsövekből készítik. Ennek egy rugalmasabb változata a DuPont cég 2,5 mm átmérőjű, 0,25 mm falvastagságú tefloncsőből készített hőcserélőeleme, melynek csatlakoztatására gyűrűket használnak. Ilyen elemekből különböző hőcserélőket lehet kivitelezni (1 méter hosszú hőcserélő felülete kb. 1,2 m 2 ). 5.29. ábra. Teflon hőcserélő [Fonyó-Fábry]. 5.30. Ábra. A regenerátor működési elve. - 112 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban 5.2.8. Regenerátor A nagyon nagy és nagyon alacsony hőmérséklet zónában alkalmas a váltóüzemű hőcserélő, más néven a regeneratív hőcserélő. A regenerátor két hőhalmozó / hideghalmozó töltettel teli kamrából áll. Az 5.30. ábra szerint az A közeg belép a balfelőli kamrába, és ott leadja hőtöbbletét, felmelegítve a töltetet. Közbe a másik kamrában a B közeg áramlik, mely átveszi a töltet hőenergiáját, lehűtvén azt. Egy bizonyos t idő múlva, a tolattyú elfordításával, a felmelegített kamrába áramlik a B, és a lehűtött kamrába az A közeg. Az ilyen hőcserélő főleg nagy átáramló gázmennyiségek esetén előnyős, mint például az üvegipari levegő előmelegítésére szolgáló hőállótéglával töltött regenerátorok. A regenerátor töltetbe még csőkígyót is be lehet szerelni, így jobban hasznosítva az égési gázok entalpiáját. Ugyancsak jól működnek a regenerátorok az alacsony hőmérsékleten. Például a gázcseppfolyósítási technikában kvarcit őrleménnyel, bordázott alumíniumszalag, vagy finom huzalszövettel töltött regenerátor kamrákat alkalmaznak. Az ilyen kamrák kis nyomásesés mellett nagy fajlagos felülettel rendelkeznek (általában ez meghaladja az 1000 m 2 /m 3 ). Az 5.31.a. ábra egy belsőcsöves töltetes regenerátort mutat be. 5.31. ábra. Belsőcsöves regenerátor (a ) és Revex hőcserélő (b-c-d). - 113 -

Hőcserélők 5.2.9. Revex hőcserélő A gáz és levegő cseppfolyósításban bevezetett rendkívül kompakt hőcserélő a vékony alumínium lemezekből készült Revex. Mint az 5.31. b ábrán is látható, az alsó és felső 0,8-1,2 mm vastagságú síklemez és a két oldalt záró léc között egy nagyon vékony (0,2 mm vastag) hullámlemez van. Az összeépített és előmelegített hőcserélőt só fürdőbe merítik, ahol a plattírozás megolvad és összeforrnak az elemek, kialakítva egy hőcserélőegységet. A főjáratok és a váltójáratok felváltva, hol a levegőt hűtik, hol pedig a hideg nitrogént vezetik át rajtuk. Míg a regenerátor váltóüzemű hőcserélő a Revex váltójáratú hőcserélő, hisz itt egymás mellet egyidejűleg halad át a levegő és a kifúvató gáz. 5.2.10. Hő cső Egy nagyon egyszerű és biztonságos hőátviteli szerkezet a hő cső. A mindkét végén zárt csőből készült szerkezet belső munkaközeget és folyadékáramlást biztosító porózus töltetet tartalmaz. Mint, ahogy az 5.32. ábrán is látható, a hő cső ügy működik, mint egy termoszifon. 5.32. A hő cső és a termoszifon működésének hasonlósága [Fonyó-Fábry]. A fűtés alkalmával a közeg gőzhalmazállapotba tér át, elvonva a fűtőközeg entalpiáját. A cső felsőfelébe áramló gőz lehűl, kondenzálva, átadja a felvett latens hőt, és a kondenzátum lecsorog a cső aljába, és újra fellép a hő felvevés. A termoszifon csak függőleges állában működőképes. Ettől eltérően a hő cső a porózus töltetnek köszönhetően bármely, sőt fordított irányba, azaz fentről lefelé, is képes hőt szállítani. Az ábrán feltüntetett hő csőben a fűtés felül van és a hűtés pedig alul. A hűtőrészen keletkezet kondenzátum kapilláris effektusnak - 114 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban köszönhetően képes újra a gravitáció ellenében a cső felső felébe kerülni, ahol újra gőzzé alakulva bezárja a ciklust. Az 5.33. ábrán a vízszintes helyzetű hő cső szerkezeti felépítése látható. A lítium töltetű hő cső esetén a 1773 K hőmérsékleten a szállított hőáramsűrűség 2 10 8 W/m 2. A tartályanyag megválasztásával 4-2300 K hőmérséklet között lehet hő csövet készíteni. Épp ezért egyre több területen használják, kezdve a metallurgiától, az elektronikáig, a főzéstől a hő visszanyerésig és energiatakarékos technológiákig. 5.33. ábra. A vízszintes hő cső szerkezete és működési zónái [Fonyó-Fábry]. 5.2.11. Közvetlen hőcserélők A közvetlen hőcserélők egyik legtöbbet használt típusa a barometrikus keverő kondenzátor. A hűtővíz és a gőzök intimebb érintkezése céljából a hűtővizet a gőzbe fecskendezik. A felület növelése céljából a kondenzátor gyűrűs vagy szitatányéros szerelésű. A kondenzátumot a megfelelően méretezett ejtőcső vezeti el. Amint az 5.34. ábrán is látható a belépő pára ellenárama a kondenzátor felső részén adagolt hűtővíz. A nem kondenzált levegő szállítására szivattyút alkalmazunk, mely a cseppleválasztó után van bekötve. Az adagolt hűtővíz és kondenzátum adja az ejtőcsőben lévő folyadék mennyiségét. A szükséges vízmennyiséget a hőmérleg segítségével határozzuk meg. A kondenzációs berendezés számításánál ismert a belépő páragőz mennyisége (G), entalpiája (i), a 0 hűtővíz hőmérséklete ( t 0 ), fajhője ( c p ). Az ejtő-víz hőmérsékletét általában 10 fokkal kisebbnek vesszük, mint a pára hőmérséklete. Ezen adatok tudatában kiszámíthatjuk a szükséges hűtővíz mennyiségét és az elszívandó gáz mennyiségét. A pára és a levegő hőenergiája plusz a hűtővíz hőenergiája egyenlő a kondenzátum hőenergiája, levegő hőenergiája és az ejtő víz hőenergiájának összegével, vagyis: - 115 -

Hőcserélők G i L c t ö plevegő L V c b pvíz t 0 Vc p t ev L c plevegő t L (5.29) Tudva, hogy az ejtő víz tömegárama egyenlő a hűtővíz és a kondenzátum tömegáramainak összegével, felírható: V V G (5.30) b A hűtővíz tömegárama: V b 0 i c pvizt G (5.31) 0 c ( t t ) pviz ev Az elszívandó gáz mennyisége, pedig: T L' CLG (5.32) p ahol: 0 l 0 L C L = (6,75...9,18)10-5, 0 TL - a 0 levegő hőmérséklete, K, pl - a levegő parciális nyomása, K. Általában a hőcserélő számításakor adottak a közegek anyagáramai és hőmérsékletei. Ezekből kell meghatározni a hőátadási felületet, a főbb geometriai méreteket és legfontosabb üzemi jellemzőket. Mint ismeretes, a közegek tulajdonságait a közegek átlag hőmérsékletén számítjuk. Miután eldöntöttük a hőcserélő típusát, az áramlás jellegét, megrajzoltuk a hőlefutást és kiszámítottuk a végeken mért hőmérséklet megközelítést, kiszámítjuk a közepes hőmérséklet különbséget. Ezután kiszámítjuk a cserélendő hőmennyiséget: Q m c ' ' T T m c ( T ) 1 p1 1 2 2 p2 1 T2 5.34. ábra. A barometrikus kondenzátor: 1- tányéros kondenzátor, 2- cseppleválasztó, 3- ejtőcső ( H 0 10 m, h s 0,5 m ), 4- medence. [Fonyó-Fábry]. (5.33) - 116 -

Műveletek a kémiai és biokémiai folyamatokban Figyelembe véve a hőátbocsátási összefüggést, kiszámítjuk a hőátbocsátási Q felületet: A (5.34) K Tm Mivel nincs semmi információnk a két tér méretéről, a hőátadási tényezőket ( 1,2 ), s így a hőátbocsátási tényezőt se ismerjük. Épp ezért megbecsült értékekkel dolgozunk. Ezeket a közegek minőségétől függően választjuk ki a tapasztalt átlagértékek közül (lásd az 5.2. táblázatot). 5.2. Táblázat. Tapasztalatra alapozott K értékek. Közeg minősége K, W/(m 2 K) Köpenyoldali Csőbeli Víz Víz 1300-2800 Gőz Tej 1000-1200 Gőz Híg cukor-lé 550-850 Szerves oldószer Szerves oldószer 100-350 A megbecsült értéket finomíthatjuk, ha figyelembe vesszük a hőcserélő évi átlag lerakodások okozta hőellenállását, vagyis: 1 1 Rsz (5.35) K K sz tiszta A szennyeződés okozta hőellenállás értékét a tapasztalati adatok segítségével határozzuk meg (lásd az 5.3. táblázatot). Ezek után kiválasztva a technológiai érveknek megfelelő hosszúságot, kiszámítjuk a szükséges csőszámot és annak elrendezésével, megkapjuk a bel és kültéri szabad felületeket. A hosszúság függvényében, ugyancsak tapasztalati értékek figyelembe vételével meghatározzuk a terelőlemezek/szegmensek számát és elosztását (lásd az 5.4. táblázatot). Most már meghatározott a geometriai tér és rátérhetünk a hőátadási tényezők és végül a hőátbocsátási tényező számítására. Végül összehasonlítjuk a megbecsült és a számított hőátbocsátási tényező értékeket, s ha a különbség nagy, akkor újra kezdjük a számítást, egy újabb csőelrendezést használva. Addig fojtatjuk a számítást, míg a két érték közötti különbség megfelel az kitűzött pontosságnak. - 117 -

Hőcserélők 5.3. Táblázat Szennyeződési hőellenállás tapasztalati értékei Közeg R sz, m 2 K/W Csőköteges hőcserélő Desztillált víz 0,00008 Tengervíz 0,00008-0,0002 Folyóvíz 0,00036-0,0009 Szennyvíz 0,0011-0,0015 Tiszta vízgőz 0,00004 Fáradt gőz 0,0025-0,0036 Földgáz 0,0017-0,0022 Levegő 0,0017-0,0027 Sólé 0,00086 Lemezes hőcserélő Szennyvíz 0,00009-0,00017 Cukor lé, présvíz 0,00013-0,00017 Sólé 0,000086 Folyóvíz 0,00004-0,00009 Tisztavíz 0,000017-0,000043 Ferment lé 0,000043 Sör 0,00001-0,00003 Tej 0,00001-0,00003 5.4. Táblázat. Az alátámasztás nélküli megengedett csőhossz. A megengedett cső hossz, mm Acél, nikkel, krómnikkel-vas 20 1500 1300 25 1800 1600 30 2200 1900 38 2500 2200 57 3100 2800 A cső külső átmérője, mm Alumínium és ötvözetei, réz és ötvözetei, titán, cirkon - 118 -