Конструкции теплообменных аппаратов

В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников:

1) поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющие их поверхности – глухую стенку;

2) теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении.

Значительно реже применяются в химической промышленности регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами – насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем.

Трубчатые теплообменники

Кожухотрубчатые теплообменники. Он состоит из корпуса или кожуха 1, и приваренных к нему трубных решеток 2. В трубных решетках закреплен пучок труб 3. К трубным решеткам крепятся крышки 4. В данном теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри трубы, а другая в межтрубном пространстве. Обычное направление противоток.

где 1 – корпус; 2 – трубные решетки;

3 – трубы; 4 – крышки; 5 – перегородки в

крышках; 6 – перегородки в межтрубном

пространстве.

Данный теплообменник одноходовой. В многоходовом теплообменнике с помощью поперечных перегородок 5, устанавливаемых в крышках теплообменника, трубы разделены на секции, или ходы, по которым последовательно движется жидкость, протекающая в трубном пространстве теплообменника. При необходимости обеспечения больших перемещений труб и кожуха используют теплообменники с плавающей головкой. Нижняя трубная решетка 2 является подвижной, что позволяет всему пучку труб свободно перемещаться независимо от корпуса аппарата. Иногда в кожухотрубчатом теплообменнике используют U – образные трубы, конструкция аппарата упрощается т.к. имеется только одна трубная решетка, но недостаток: трудность очистки внутренней поверхности труб. Здесь достигается очень интенсивный теплообмен.

Для повышения скорости движения среды в межтрубном пространстве применяют элементные теплообменники без перегородок в межтрубном пространстве.

Двухтрубчатый или теплообменник типа «труба в трубе» состоит из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов, образованных двумя концентрически расположенными трубами. Они используются при высоких давлениях. Недостаток – громоздки.

Змеевидные теплообменники

Погружные теплообменники. В них жидкость или газ движутся по спиральному змеевику, выполненному из труб диаметром 15-75 мм, которые погружены в жидкость находящуюся в корпусе аппарата. Такие теплообменники работают при низких тепловых нагрузках т.к. процесс малоинтенсивен.

Оросительные. Он состоит из змеевика, сверху орошается водой, которая с помощью желоба равномерно стекает в виде струи и капель на змеевик. Основное достоинство: простота изготовления и легкость очистки.

Пластинчатые теплообменники. Здесь поверхность теплообмена образуется гофрированными параллельными пластинами, с помощью которых создается система узких каналов шириной 3 – 6 мм с волнистыми стенками. Жидкости, между которыми происходит теплообмен, движутся в каналах между смешанными пластинами. Достоинства: высокие скорости движения жидкости, высокие коэффициенты теплопередачи, низкие гидравлические сопротивления. Недостатки: невозможность работы при высоких давлениях.

Оребренные теплообменники. Применение оребрения со стороны теплоносителя, отличающегося низкими значениями коэффициента теплоотдачи (газы, сильно вязкие жидкости), позволяет значительно повысить тепловые нагрузки аппаратов.

Спиральные теплообменники. Здесь поверхность теплообмена образуется двумя металлическими листами, свернутыми по спирали. Они компактны и работают при высоких скоростях теплоносителей. Однако они трудны в изготовлении.