Конструкции теплообменных аппаратов

       2 Смесительные (контактные) теплообменники 

       Смесительные  теплообменники являются высокоинтенсивными аппаратами, так как в них теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении  теплоносителей, т.е. в смесительных теплообменниках отсутствует термическое  сопротивление стенки. Эти теплообменники применяют в тех случаях, когда допустимо смешение теплоносителей или когда это смешение определяется технологическими условиями.

       Наиболее  часто смесительные теплообменники применяют для конденсации водяного пара, нагревания и охлаждения воды и газов (обычно воздуха). По принципу устройства смесительные теплообменники подразделяют на барботажные, полочные, насадочные, полые (с разбрызгиванием жидкости).

       На  рисунке 17, а, показан полочный барометрический противоточный конденсатор смешения, предназначенный для создания вакуума в аппаратах с паровой средой, в частности в выпарных установках. В этом аппарате пар вводят в корпус 1 конденсатора с сегментными перфорированными полками 2. Воду подают на верхнюю полку, откуда она каскадно перетекает по полкам 2, имеющим небольшие борта. Основная часть воды вытекает тонкими струйками через отверстия в полках, а остальная перетекает через борт на нижерасположенную полку. При контакте с водой пар конденсируется, вследствие чего в конденсаторе и аппарате создается разрежение. Образовавшаяся смесь конденсата и воды самотеком сливается в барометрическую трубу 3 высотой около 10м и затем в емкость 4. Барометрическая труба 3 и емкость 4 образуют гидрозатвор, который препятствует прониканию наружного воздуха в аппарат. Из емкости 4 воду удаляют в линию оборотной воды или канализацию. Не сконденсировавшийся воздух, находившийся в паре и охлаждающей воде, пропускают через ловушку 5 и отсасывают вакуум-насосом. Это необходимо потому, что присутствие газов (воздуха) в конденсаторе может вызвать резкое снижение в нем разрежения. Конструкции барометрических конденсаторов могут быть различными. Наиболее распространенными являются рассмотренный (рисунок 17, а) и конденсатор с кольцевыми полками 6 (рисунок 17, б).

       1 - корпуса; 2 - перфорированные полки; 3 – барометрические трубы; 4 - емкости; 5 - ловушка; 6 - кольцевые полки

       Рисунок 17 – Схема противоточного полочного барометрического конденсатора (а) и противоточного барометрического конденсатора с кольцевыми полками (б)

       Насадочные смесительные теплообменники (рисунок 18) представляют собой цилиндр, заполненный различными по конфигурации телами - насадкой, которая служит для развития поверхности контакта. Поскольку эти аппараты применяют для конденсации паров и охлаждения газов какой-либо жидкостью, обычно водой, то эту жидкость через распределительное устройство 3 подают на насадку; под действием силы тяжести жидкость растекается по поверхности насадки 2, увеличивая поверхность контакта с поднимающимся снизу паром или газом. В полых аппаратах (цилиндрах) устанавливают специальные, весьма разнообразные разбрызгиватели для увеличения поверхности контакта между водой и паром или газом. В этих аппаратах контакт между фазами происходит на поверхности капель.

       1 – корпус; 2 – насадка; 3 – распределительное устройство

       Рисунок 18 – Схема насадочного теплообменника конденсатора 
 
 
 
 
 

       3 Регенеративные теплообменники 

       Регенеративные теплообменники (рисунок 19) обычно состоят из двух аппаратов цилиндрической формы, корпуса которых заполняют насадкой в виде свернутой в спираль гофрированной металлической ленты, кирпича, кусков шамота, листового металла и других материалов. Эта насадка попеременно нагревается при соприкосновении с горячим теплоносителем, затем, соприкасаясь с холодным теплоносителем, отдает ему свою теплоту.

       В период нагрева насадки через  аппарат 1 пропускают горячий газ, который  охлаждается и поступает на дальнейшую переработку, а через другой аппарат 2 - холодный газ, отнимающий теплоту у насадки, разогретой в предыдущем цикле. Каждый цикл, таким образом, состоит из двух периодов: разогрева насадки и се охлаждения. Переключение аппаратов после каждого периода нагревания и охлаждения, длящегося обычно по нескольку минут, происходит автоматически с помощью клапанов 3 и 4.

       1, 2- регенеративные теплообменники с насадкой; 3, 4 - клапаны; I и II -холодный и горячий теплоносители

       Рисунок 19 – Схема работы регенераторов с неподвижной насадкой

       Заключение 

       Итак, мы рассмотрели основную классификацию  теплообменных аппаратов и ознакомились с их конструкциями.

       Теплообменными  называют аппараты, предназначенные  для передачи теплоты от более  нагретого теплоносителя к менее  нагретому.

       Известны  три основных вида переноса теплоты: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Теплообмен всех этих видов может происходить одновременно, но при анализе процессов теплопередачи каждый из них целесообразно рассматривать в отдельности.

       Теплообмен  применяется для осуществления  различных технологических процессов: нагревания, охлаждения, конденсации, испарения и т. д.

       Теплообменные аппараты классифицируются по различным  признакам: назначению, компоновке, роду рабочих сред, способу передачи теплоты и др. Наиболее распространена классификация теплообменников по способу передачи теплоты, согласно которому они подразделяются на следующие типы:

       1) поверхностные, в которых оба  теплоносителя разделены поверхностью  теплообмена различной конфигурации;

       2) регенеративные, в которых процесс  передачи теплоты от горячего  теплоносителя к холодному происходит  с помощью теплоаккумулирующей массы, называемой насадкой;

       3) смесительные, в которых теплообмен  происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.

       К поверхностным теплообменникам  относятся: трубчатые (кожухотрубные, типа «труба в трубе», оросительные, погружные, наружные, с оребренной поверхностью теплообмена); с плоской поверхностью (пластинчатые, спиральные, аппараты с рубашками).

       При выборе типа и конструкции теплообменника учитываются следующие факторы:

• назначение аппарата и протекающие в нем процессы;
• удельная теплопроизводительность аппарата (количество теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при заданном тепловом режиме);
• гидравлическое сопротивление;
• химическая агрессивность теплоносителей к конструкционному материалу;
• степень загрязненности теплоносителей и характер отложений;
• термодинамические параметры (температура, давление, объемы и агрегатное состояние теплоносителей);
• физико-химические свойства;
• температурные напряжения, возникающие при различном тепловом удлинении различных частей теплообменника;
• конструктивное совершенство: простота устройства, малые масса и габаритные размеры, технологичность конструкции, высокий КПД;
• себестоимость продукции.

             Предварительный выбор  типа теплообменника можно сделать, ориентируясь на данные, приведенные в Таблице 1 и Таблице 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 1 – Ориентировочные условия работы теплообменных аппаратов [6]

Таблица 2 – Сравнительная характеристика теплообменных аппаратов различных типов [6]