Теплообменные аппараты

К теплообменным аппаратам относятся устройства, в которых один теплоноситель отдает свое тепло другому при непосредственном соприкосновении (смесительные) или через поверхность разделяющей их стенки (поверхностные). В зависимости от агрегатного состояния теплоносителей различают аппараты для теплообмена между паром и жидкостью (паровые подогреватели, конденсаторы), паром и газом (паровые подогреватели для воздуха), жидкостями (жидкостные холодильники) и др. Коэффициенты теплопередачи в теплообменной аппаратуре зависят от поверхности нагрева (охлаждения) и конструкции теплообменников.

Различают теплообменники с поверхностью, образованной стенками аппарата, т. е. паровые рубашки, трубчатые (кожухотрубные, «труба в трубе», змеевиковые погружные), с ребристой поверхностью теплообмена (калорифер) и др.

Паровые рубашки. Эти теплообменники используют для обогрева котлов, выпарных чаш, реакторов, шаровых вакуум-выпарных аппаратов. Греющий пар поступает в замкнутое пространство, т. е. отделен от обогреваемой жидкости (мазевая основа, сироп, водная вытяжка). Высота паровой рубашки должна быть не меньше высоты уровня обогреваемой жидкости. Теплопередача осуществляется через стенку с небольшой поверхностью.

Рис. 4.1. Открытая чаша с паровой рубашкой.

Типовым аппаратом с паровой рубашкой может служить открытая чаша, работающая под атмосферным давлением (рис. 4.1). На паровой рубашке устанавливают манометр и предохранительный клапан. Допустимое избыточное давление не более 5 атмосфер (4,90 · 10⁴ · Н · м²).

Рис. 4.2. Кожухотрубный теплообменник. Объяснение в тексте.

Трубчатые теплообменники. Кожухотрубный теплообменник является одним из наиболее распространенных (рис. 4.2). Представляет собой цилиндр, т. е. кожух (1), внутри которого расположен пучок труб (2). Концы труб закреплены в трубных решетках (3) путем развальцовки или сварки. Между трубными решетками образуется -камера (межтрубное пространство), в которую поступает греющий пар через штуцер (4) и выходит через штуцер (5). Нагреваемая жидкость поступает через штуцер (6) противотоком, проходит внутрь трубок (2), нагревается и выходит через патрубок (7). Кожухотрубные теплообменники могут быть с неподвижными трубными решетками или с одной подвижной, а также одноходовыми и многоходовыми для повышения скорости движения теплоносителя в межтрубном пространстве и улучшения условий теплопередачи. Недостатком таких теплообменников является трудность очистки межтрубного пространства и малодоступность для осмотра и ремонта.

Рис. 4.3. Теплообменник «труба в трубе».

Объяснение в тексте.

Теплообменник «труба в трубе» (рис. 4.3) включает несколько расположенных друг над другом элементов. Каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы (1) большого диаметра (кожух) и концентрически расположенной внутри нее трубы меньшего диаметра (2). Внутренние трубы элементов соединены друг с другом последовательно съемными коленами (3), наружные - патрубками (4). Холодная вода для нагрева поступает в трубу малого диаметра, греющий пар противотоком в трубу большого диаметра. Теплообменник обладает высоким коэффициентом теплопередачи. Недостаток - громоздкость и трудность очистки.

Секционный теплообменник «труба в трубе» может работать и как холодильник, в качестве хладоагентов используют соленые растворы.

Рис. 4.4. Змеевиковый погружной теплообменник.

Объяснение в тексте.

Змеевиковый погружной теплообменник (рис. 4.4) имеет вид цилиндрического сосуда (1), в который погружена трубка (2), изогнутая в виде змеевика. Один из теплоносителей направляется по змеевику (соковый пар), другой омывает его снаружи, входя в случае противотока в нижний штуцер (3) и выходя через верхний (4). Для прямотока должно быть обратное направление одного из теплоносителей. При больших размерах цилиндра (1) теплоноситель, омывающий змеевик, имеет незначительную скорость движения, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи. Змеевиковые теплообменники просты в обслуживании, поэтому имеют большое распространение. Недостатки - громоздкость и трудности внутренней очистки змеевика.

Рис. 4.5. Пластинчатый теплообменник (калорифер).

Объяснение в тексте.

Теплообменники с ребристыми поверхностями. Их применяют главным образом для теплообмена между газом и жидкостью или паром, а также между двумя газами. Поверхности теплообмена в них сделаны из труб с различными ребрами (поперечными или продольными) для увеличения теплоотдачи. Во всех случаях поверхность ребер должна быть параллельна направлению потока теплоносителя. Схема теплообменника с поперечными ребрами (пластинчатый калорифер) для подогрева воздуха приведена на рис. 4.5. Воздух движется с наружной стороны пучка ребристых труб (1), закрепленных в коробках (2). Горячий теплоноситель (пар, горячая вода) пропускается по трубам.

При выборе теплообменных аппаратов следует учитывать, что теплоноситель с меньшим коэффициентом теплоотдачи, высокой температурой и давлением целесообразно пропускать по трубам, чтобы уменьшить потери тепла и давление на корпус аппарата. В холодильниках горячий теплоноситель необходимо пропускать с наружной стороны труб.

Дата добавления: 2015-10-28