Теплообменники других типов

Блочные теплообменники. Для процессов теплообмена, протекающих в химически агрессивных средах, в ряде случаев используют теплообменни­ки из неметаллических материалов. Обыч­но такие материалы (стекло, керамика, тефлон и др.) обладают более низкой, чем у металлов, теплопроводностью. Ис­ключение составляет графит, который для устранения пористости предваритель­но пропитывают феноло-формальдегидными смолами. Пропитанный графит явля­ется химически стойким материалом в весьма агрессивных средах (например, в горячей соляной, разбавленной серной, фосфорной кислоте и др.) и отличается высокими коэффициентами теплопровод­ности, равными 92—116 вт/(м-град), или 70—90 ккал/(м-ч-град).

Типичными теплообменными аппара­тами из графита являются блочные теплообменники (рис. VIII-27), состоя­щие из отдельных графитовых блоков 1, имеющих сквозные вертикальные каналы 2 круглого сечения и перпендикулярные им каналы 3. Теплоноситель / движется по вертикальным каналам, а теплоноси­тель // — по горизонтальным каналам 3, проходя последовательно все блоки, как показано на рис. VIII-27. Горизонтальные каналы различных блоков сообщаются друг с другом через боковые переточные камеры 4. Графитовые блоки уплотняются между собой прокладками из резины или тефлона и стягиваются торцовыми крышками 5 на болтах.

Кроме прямоугольных блоков применяют также цилиндрические бло­ки, в которых горизонтальные каналы располагаются радиально.

Рабочее давление в блочных теплообменниках не превышает 2,9-10⁵ н/м² (3 ат).

Шнековые теплообменники. При тепловой обработке высоковязких жидкостей и сыпучих материалов, обладающих низкой теплопроводностью, теплоотдача может быть интенсифицирована путем непрерывного обнов­ления поверхности материала, соприкасающегося со стенками аппарата. Это достигается при механическом перемешивании и одновременном пе­ремещении материала с помощью шнеков (рис. VIII-28). Материал посту­пает у одного конца корпуса 1 с рубашкой 2 и перемешивается вращаю­щимися навстречу друг другу шнеками 3 и 4, которые транспортируют его к противоположному, разгрузочному концу корпуса. Иногда для уве­личения поверхности теплообмена шнеки изготавливают полыми и в них через полые валы, снабженные сальниками 5, теплоноситель подается в полые витки шнеков.

Рис. VIII-28. Шнековый теплообменник:

1 — корпус; 3 — рубашка; 3, 4 — полые шнеки; 5 — сальники полых валов.

Сравнительная характеристика теплообменных аппаратов

Конструкция теплообменника должна удовлетворять ряду требований, зависящих от конкретных условий протекания процесса теплообмена (тепловая нагрузка аппарата, температура и давление, при которых осу­ществляется процесс, агрегатное состояние и физико-химические свойст­ва теплоносителей, их химическая агрессивность, условия теплоотдачи, возможность загрязнения рабочих поверхностей аппарата и др.). При выборе теплообменника необходимо учитывать также простоту устройст­ва и компактность аппарата, расход металла на единицу переданного тепла и другие технико-экономические показатели. Обычно ни одна из конструкций не удовлетворяет полностью всем требованиям и приходится ограничиваться выбором наиболее подходящей конструкции.

В одноходовых кожухотрубчатых теплообменниках суммарное поперечное сечение труб относительно велико, что позволяет получать доста­точно высокие скорости в трубах только при больших объемных расходах движущейся в них среды. Поэтому такие аппараты рационально исполь­зовать, когда скорость процесса определяется величиной коэффициен­та теплоотдачи в межтрубном пространстве, а также в процессе испа­рения жидкостей.

Многоходовые (по трубному пространству) кожухотрубчатые теплооб­менники применяются главным образом в качестве паровых подогрева­телей жидкостей и конденсаторов. Именно в этих случаях взаимное на­правление движения теплоносителей в многоходовых теплообменниках (смешанный ток) не приводит к снижению средней движущей силы срав­нительно с противотоком, по принципу которого работают одноходовые теплообменники. Многоходовые теплообменники целесообразно исполь­зовать также для процессов теплообмена в системах жидкость — жид­кость и газ — газ при больших тепловых нагрузках. Если же требуемая поверхность теплообмена невелика, то для указанных систем более при­годны элементные теплообменники. Особое значение имеют трубчатые теплообменники нежесткой конструкции (в том числе многоходовые) в тех случаях, когда разность температур теплоносителей значительна и необ­ходима компенсация неодинакового теплового расширения труб и кор­пуса аппарата. Однако эти аппараты дороже теплообменников жесткой конструкции.

Теплообменники с двойными трубами применяются в основном в кон­тактно-каталитических и реакционных процессах, протекающих при вы­соких температурах, когда необходимо надежно обеспечить свободное удлинение всех труб, не считаясь с удорожанием аппарата и более труд­ным его монтажом.

Змеевиковые теплообменники (погружные, оросительные, змеевики, приваренные к наружным стенкам аппаратов) наиболее эффективно ис­пользуют для охлаждения и нагрева сильно агрессивных сред, когда не­обходимо применение химически стойких материалов, из которых за­труднительно или невозможно изготовить трубчатые теплообменники. Кроме того, эти аппараты пригодны для процессов теплообмена, проте­кающих под высоким давлением. Однако аппараты таких конструкций работают лишь при умеренных тепловых нагрузках

Как указывалось, основными преимуществами спиральных и пла­стинчатых теплообменников являются компактность и высокая интен­сивность теплообмена. Вместе с тем их применение ограничено небольши­ми разностями давлений и температур обоих теплоносителей. Спираль­ные теплообменники используются для нагрева и охлаждения жидкостей, газов и паро-газовых смесей. Область применения пластинчатых тепло­обменников — процессы теплообмена между жидкостями.

Важным фактором, влияющим на выбор типа теплообменника, яв­ляется стоимость его изготовления, а также эксплуатационные расходы, складывающиеся из стоимости амортизации аппарата и стоимости энер­гии, затрачиваемой на преодоление гидравлических сопротивлений.

Теплообменные аппараты всех типов должны работать при оптималь­ном тепловом режиме, соответствующем сочетанию заданной производи­тельности и других показателей, определяемых технологическими усло­виями, с минимальным расходом тепла.