Теплообменные аппараты. I I II II Теплообменные аппараты

По способу передачи тепла – поверхностные теплообменники (теплопередача через стенку), смесительные (теплообмен при смешении) и регенеративные – стенка или насадка поочередно контактируют то с горячей, то с холодной средой. Регенеративные теплообменники используются редко.

Материал теплообменника выбирается с учетом его теплопроводности, термо- и коррозионной стойкости, прочности, стоимости.

Наиболее широко применяются кожухотрубные теплообменники.

Аппарат состоит из кожуха 1 и приваренных к нему трубных решеток 2 с пучком труб 3. Аппарат опирается на опорные лапы 5. Сверху и снизу кожух закрывается крышками 4. 1 – нагреваемая среда – в трубном пространстве; 11 – нагревающая среда – в межтрубном пространстве. Трубы в решетках располагают в шахматном порядке (по периметрам правильных шестиугольников). По трубам подают теплоноситель, склонный давать осадок (для удобства очистки).

При небольшой средней разности температур (<25-30˚С) корпуса и труб трубный пучок крепят жестко. При больших разностях температур корпуса и труб они удлиняются неодинаково, и термические напряжения компенсируют за счет нежесткой конструкции. Например, при давлениях в межтрубном пространстве ≤ 1,6 МПа используют линзовый компенсатор 1 на корпусе, позволяющий без деформации удлиняться пучкам.

Практически неограниченной компенсацией температурных деформаций характеризуются аппараты с плавающей головкой, у которых трубная решетка 2 подвижна.

Применяют также кожухотрубные теплообменники с U-образными трубами 3, выполняющими компенсирующую функцию.

Компенсирующей способностью и легкостью очистки отличаются трубки Фильда (двойные трубы):

Теплообменники типа «труба в трубе» (двухтрубчатые) состоят их ряда последовательных элементов, образуемых двумя соосными трубами разных диаметров. Для этих теплообменников характерны высокие скорости жидкости и высокие коэффициенты теплопередачи. Их применяют при малых расходах теплоносителей и высоких давлениях. Но они отличаются высоким гидравлическим сопротивлением и большой металлоемкостью.

Применяются также змеевиковые (погружные и оросительные), компактные спиральные, высококомпактные пластинчатые, шнековые (для высоковязких сред) теплообменники. Используют также блочные теплообменники (из графитовых блоков для агрессивных сред) и высокоэффективные пластинчато-ребристые.

Для теплообмена в реакторах применяют рубашки.

Для конденсации паров используют конденсаторы смешения – полочные, насадочные и т.д. Например, прямоточный конденсатор (полочный):

Процессы теплообмена в рекуперативных теплообменниках интенсифицируют оребрением труб, размещением спиральных вставок внутри труб, заполнением труб насадками, созданием искусственной шероховатости и т.д. Правда, все эти способы повышают гидравлическое сопротивление.

Очень перспективным является теплопровод – полностью закрытая металлическая труба, заполненная пористо-капиллярным материалом (фитилем), например, стекловатой. Фитиль пропитывается теплоносителем. Одна часть трубы – в зоне отвода тепла, другая часть – в зоне конденсации. Образовавшиеся в 1 зоне пары теплоносителя, конденсируются во 11 зоне и возвращаются под действием капиллярных сил.

Регенераторы устанавливаются по два:

.

В первом периоде в теплообменник 1 подается горячий газ, в теплообменник 2 – холодный. Во втором периоде в 1 – холодный, в 2 – горячий, далее цикл повторяется. Т.е. насадка поочередно контактирует то с горячим, то с холодным потоком.