Основные виды теплообменников, теплоносителей, схемы теплообменников

Общее определение теплообменников

Теплообменники представляют собой аппараты, которые передают тепло от одних сред к другим, т.е. передают тепло от горячих теплоносителей к холодным. Существует разнообразие теплообменных аппаратов, которые классифицируются по функциональному и конструктивному признаку, а также по способу передачи тепла. Теплообменники широко используются в химической промышленности, где они применяются в следующих процессах:

• нагревания и охлаждения веществ в различных агрегатных состояниях;

• испарения жидкостей и конденсации паров;

• перегонки и сублимации;

• абсорбции и адсорбции;

• расплавления твердых тел и кристаллизации;

• отвода и подвода тепла при проведении определенных реакций.

Площадь теплообмена. Коэффициент теплопередачи. Эффективность теплообменников. Уравнение теплового баланса

Эффективность теплообменного аппарата, определяется количеством энергии Q, которое он передает за установленное время. Данный показатель, в свою очередь, зависит от таких параметров как: коэффициент проницаемости тепла k, площадь теплообменной поверхности A и средняя разность температур Δt_m.

Q=k·A·Δt_m

Коэффициент проницаемости тепла k напрямую зависит от конструкции теплообменника, типа материала из которого изготовлен аппарат, а также специфики протекания веществ в теплообменнике.

k=[(1/α₁)+(s/λ)+(1/α₂)]^-1

Накипь, корка соли, а также другие типы отложений на трубах отрицательно влияют на эффективность работы теплообменника. По этой причине, необходимо регулярно удалять отложения и предотвращать их образование.

Разность температур теплоносителей как движущая сила теплообмена

Разность температур теплоносителей (t₁-t₂) является движущейся силой процесса теплообмена. Как правило, уровень температуры потоков веществ (или хотя бы одного из потоков) меняется по мере протекания по поверхности теплообмена, вследствие чего изменяется и разность температур от сечения к сечению Δt=t₁-t₂. Таким образом, уравнение теплопередачи должно быть написано применительно к общему случаю в дифференциальной форме для элемента поверхности dF/dQ=k·Δt·dF, откуда при K=const

Q=k·∫₀^F(Δt·)dF=K·Δ_ср·F

где Δ_ср - средняя разность температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена

Задача технологического расчета теплообменника заключается:

• в определении необходимой поверхности теплообмена F при заданных водяных эквивалентах (W₁и W₂) и температурах обоих теплоносителей (t'₁, t"₁, t'₂, t"₂);

• либо в нахождении возможного теплового потока Q в аппарате с поверхностью F при заданных значениях остальных величин.

В обоих случаях необходимо знать величину средней разности температур.

Виды промышленных теплоносителей

Промышленные теплоносители можно разделить на следующие основные виды:

• водяной пар;

• топочные газы;

• высококипящие промышленные теплоносители (органические, ионные, жидкометаллические);

• неорганические.

Водяной пар широко применяется на предприятиях химической отрасли. Данный теплоноситель обладает высоким удельным теплосодержанием (скрытая теплота испарения при нормальном уровне давления составляет 2256,8 кДж/кг) и высоким коэффициентом теплоотдачи, при конденсации. Нагревание водяным паром становится экономически невыгодным для получения температур выше 200 °C. При высоких уровнях температур, аналогичными недостатками обладает вода, при этом еще уступая водяному пару по значению коэффициента теплоотдачи.

При использовании топочного газа, можно достигать высоких температур, посредством сжигания газообразных, жидких и твердых топлив. К недостаткам данного вида теплоносителя относится низкий уровень теплоотдачи. Как следствие, необходимы большие поверхности нагрева, что не позволяет тонко регулировать падение температуры.

Для работы с температурами более 200 °C используются высококипящие органические и неорганические теплоносители. Группа органических теплоносителей включает в себя циклические, ациклические и смешанные соединения с температурами кипения до 380-420 °C, ароматизированные, цилиндровые и компрессорные минеральные масла. По показателю коэффициента теплоотдачи, пары органических теплоносителей уступают водяному пару и сопоставимы с жидкими теплоносителями при условии скорости циркуляции около 3-4 м/с.

Органические теплоносители горючи и взрывоопасны, но не агрессивны к обычным конструкционным материалам (кроме хлорпроизводных соединений). Наиболее используемым органическим теплоносителем в промышленности является эвтектическая смесь дифенила и дифенилового эфира (40% установок).

Ионные теплоносители используют в жидком и парообразном состоянии. Теплоносители данного вида имеют высокие температуры плавления и кипения, поэтому их применение в промышленности ограниченно. По структурному признаку, ионные теплоносители разделяют на две группы:

• соли и их эвтектические сплавы;

• кремнийорганические соли.

В данное время наиболее широкое применение в промышленности получили ароматические эфиры и ортокремниевые кислоты.

В группу жидкометаллических теплоносителей входят металлы и их сплавы, которые используются в жидком и парообразном состоянии (редко). В связи с тем, что данные теплоносители наиболее термостойкие, они характеризуются повышенной агрессивностью к материалам конструкций, поэтому максимум температур жидкометаллических теплоносителей ограничивается их коррозийным действием.

Такие теплоносители токсичны в парообразном состоянии, взрывоопасны в смеси с воздухом, а также интенсивно окисляются при рабочих температурах.

Выбор теплоносителя зависит от следующих факторов:

• требуемой рабочей температуры;

• плотности;

• вязкости;

• удельной теплоемкости;

• коэффициента теплопроводности.

Схемы движения теплоносителей

На практике существует четыре схемы движения теплоносителей:

• прямоток - параллельное движение в одном направлении;

• противоток - параллельное движение на встречу;

• перекрестный ток - движение в перпендикулярном направлении;

• смешанные токи - один или более теплоносителей делают несколько ходов в аппарате, омывая, при этом, часть поверхности по схеме прямотока, а другую часть - согласно схеме противотока или перекрестного тока.

Схемы движения теплоносителей

Виды теплообменников

В соответствии со своим функциональным назначением, теплообменники бывают следующих видов:

• подогреватели;

• холодильники;

• испарители;

• конденсаторы;

• дисляторы;

• сублиматоры;

• плавители и т.п.

В соответствии с типом конструкции, теплообменники бывают следующих видов:

• нагревающие/охлаждающие рубашки, оснащенные мешалкой;

• трубчатые (в т.ч. кожухотрубные);

• теплообменники типа «труба в трубе»;

• спиральные;

• пластинчатые;

• пластинчато-ребристые;

• блочные графитовые;

• воздушные охладители с ребристыми трубами;

• оросительные;

• башенные.

Виды теплообменников по способу передачи тепла

В соответствии со способом передачи тепла теплообменные аппараты могут быть:

• поверхностными;

• смесительными.

Поверхностные теплообменники передают тепло посредством разделительных твердых стенок. Смесильные теплообменники передают тепло посредством непосредственного контакта холодных и горячих сред (т.е. смешения).

Поверхностные аппараты подразделяются на следующие виды:

• рекуперативные;

• регенеративные.

Рекуперативные теплообменники передают тепло посредством разделяющей стены со специальной теплообменной поверхностью (или нагревательной поверхностью). Регенеративные теплообменники также оснащены нагревающейся стенкой, но процесс передачи тепла отличается от рекуперативного теплообменника. В аппаратах данного типа оба теплоносителя по очереди контактируют с одной и той же стенкой, которая аккумулирует тепло по мере прохождения горячего потока и отдает тепло при прохождении холодного потока. Регенераторы способны функционировать только в периодическом режиме. Рекуператоры способны работать в обоих режимах: непрерывном и периодическом.

Простейший теплообменник

Нагревающие/охлаждающие рубашки являются простейшим видом теплообменных аппаратов. Такие рубашки окружают корпус аппарата и образуют кольцевое пространство, где перемещается необходимый теплоноситель (пар или вода). Данные аппараты оснащаются механическими мешалками для интенсификации процессов теплообмена.

Простейший теплообменник (аппарат с теплообменными рубашками)

Описание трубчатых теплообменников

Трубчатые теплообменные аппараты характеризуются простой конструкцией, малыми габаритами, высоким уровнем теплопередающей мощности и адекватной ценой. Такой тип теплообменников получил широкое применение в области химического производства. Конструкция трубчатого теплообменника состоит из резервуара, выполненного в форме цилиндра, в который встроена трубная секция. Трубная секция представляет собой блок из параллельно проложенных трубок, которые закреплены в трубных решетках или досках. Трубчатый теплообменник оснащен двумя камерами (полостями): трубной полостью и полостью корпуса. В трубной секции течет одно вещество, а в межтрубном пространстве корпуса - другое. Эффективность процесса теплообмена повышается посредством поворота направляющих щитков в корпусе, что способствует изменению направления течения среды.

В теплообменном аппарате, оснащенном двумя трубными решетками, среды могут течь в двух режимах:

• Перекрестно-противоточном;

• Перекрестно-прямоточном.

В данной конструкции, доступ к трубкам снаружи затруднен, поэтому среда, находящаяся внутри корпуса, не должна способствовать образованию отложений. Трубки в таких аппаратах можно очистить только предварительно удалив боковые обечайки.

Конструкция теплообменного аппарата с U-образными трубками представляет собой одну трубную решетку, в которую вварены U-образные трубки. Округленная часть трубки свободно опирается на поворотные щитки в полости корпуса. К плюсам такого типа конструкции можно отнести возможность линейно расширять трубки, что обеспечивает возможность работ при большем перепаде температур. Для того, чтобы очистить трубки, необходимо вынуть из корпуса всю трубную секцию. Очищение возможно только путем химической очистки.

Теплообменный аппарат с U-образными трубками

Трубчатые теплообменные аппараты могут применяться в качестве конденсаторов. В таких случаях, теплообменники располагают в вертикальном или наклонном положении. В полость корпуса поступает пар, где он и конденсируется. Конденсат накапливается в углублении, после чего подается наружу. Пары, которые не конденсируются, выводятся посредством вытяжного клапана. Охлаждающая среда течет по трубам.

Теплообменный аппарат, используемый в качестве конденсатора

Трубчатые теплообменные аппараты часто используются в испарителях, где устанавливаются в вертикальном или наклонном положении. Испаряющаяся среда течет вниз по открытым трубкам. Она закипает и в виде пузырьков пара разбрызгивается в камере испарителя. Греющий пар находится внутри полости корпуса. В соответствии с выбранным режимом, испарители могут быть:

• проточными аппаратами (жидкость протекает через испаритель только один раз);

• аппаратами естественной циркуляции (жидкость течет в замкнутом цикле по рециркуляционной трубке).

Виды трубчатых теплообменных аппаратов, используемых в составе испарителей

Кожухотрубчатые теплообменники

Широкое распространение получили кожухотрубные теплообменники. Данные аппараты применяются для осуществления теплообмена между потоками веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях:

• пар-жидкость;

• жидкость-жидкость;

• газ-газ;

• газ-жидкость.

Конструкция аппарата включает пучок труб, который располагается внутри цилиндрического корпуса. Корпус кожутрубного аппарата чаще всего сварен из листовой стали, реже изготовлен методом литья.

Кожухотрубный теплообменник

Трубки подгоняются к двум трубным решеткам посредством вальцевания или сварки. Способ подгонки зависит от типа конструкционного материала. Длина труб, как правило, составляет 5-7 м. Трубки, составляющие пучок, располагаются в шахматном порядке, по вершинам равностороннего треугольника. Шаг составляет s=(1,25-1,30)·d_П, где d_П это величина наружного диаметра труб. Теплообменник данного типа оснащается двумя крышками со штуцерами. Крышки являются съемными и предназначены для входа и выхода теплоносителя, который течет по трубам. Межтрубное и трубное пространство разделяются. Второй теплоноситель находится в межтрубном пространстве, которое также имеет входной и выходной штуцеры. Для удобства очистки, по трубам течет то вещество, которое содержит твердые включения. Вещество находится под воздействием высокого давления и обладает агрессивными свойствами, что способствует предохранению труб от коррозии. Коэффициент теплоотдачи со стороны межтрубного пространства является более низким, так как площадь проходного сечения межтрубного пространства значительно больше общего суммарного живого сечения труб. При этом, объемные расходы теплоносителей одинаковы. Чтобы устранить описанное явление, увеличивают скорость движения теплоносителя посредством размещения различных перегородок в межтрубном пространстве.

Кожухотрубные теплообменники могут располагаться в вертикальном или горизонтальном положении в зависимости от местных условий. Такие аппараты могут соединяться последовательно, если есть необходимость удлинить пути теплоносителей. Параллельное соединение используется в случаях, если размещение необходимого числа труб в одном корпусе невозможно.

Многоходовые теплообменные аппараты используются с целью увеличения скорости и интенсификации теплового обмена посредством удлинения теплоносителей.

Двухходовой кожухотрубный теплообменный аппарат

Конструкция двухходового кожухотрубного аппарата предусматривает перегородку в верхней крышке, благодаря которой, теплоноситель проходит сначала по трубам через половину пучка, а в обратном направлении - сквозь вторую половину пучка. Вторая среда перемещается в межтрубном пространстве, где путь удлиняют сегментарные перегородки. Существуют также трех- и шестиходовыетеплообменные аппараты.

В целом, все многоходовые теплообменные аппараты характеризуются жестким креплением трубного пучка и корпуса. Такие теплообменники используются при условии небольших разностей температур обоих теплоносителей. При соблюдении данного условия, термические напряжения воспринимаются без опасных деформаций. При условии большой разницы температур сред протекающих в трубах и межтрубном пространстве, многоходовые аппараты оснащаются компенсирующими устройствами.

Наиболее несложной конструкцией среди компенсаторов является линзовый компенсатор. Данный тип компенсаторов используется при низких давлениях в межтрубном пространстве (до 1 МПа).

Аппараты, оснащенные плавающей головкой, практически не имеют ограничений в области компенсации температурных удлинений. Такие аппараты имеют две решетки: одна жестко закреплена, а вторая свободно перемещается. В таких конструкциях трубный пучок может быть демонтирован для ремонта и очистки. Для максимальной надежности разобщения трубного и межтрубного пространства штуцер от плавающей головки выводят через крышку аппарата посредством сальникового уплотнения.

Пример кожухотрубного теплообменника - Кожухотрубный теплообменник для нефтяного кокса

Описание

1) Продукт:

продукт:
размер частиц:

нефтяной кокс
0 до 10 мм

влажность продукта:
расход:

0,5%
25 т/час

насыпная плотность
температура продукта:

800-1000 кг/м3

- вход
- выход

950 - 1350 ºС
80 ºС

Температура воды:

- вход
- выход

30 ºС
80 ºС

2) Энергоносители

электричество

380В - 3 фазы - 50Гц

сжатый воздух

6 бар - сухой и без смазки

охлаждающая вода

4 бара - 180м3/ч - 30ºС

3) Электродвигатель

Мощность
Класс защиты

75 кВт
IP55

4) Коксоохладитель

Барабанный охладитель Ø 2,8 х 24 м с внутренним теплообменником

Размеры

диаметр кожуха
длина кожуха

2800 мм
24000 мм

длина теплообменника
площадь охлаждения

20000 мм
около 795 м2

Объем поставки:

Барабанный охладитель Ø 2,8 х 24 м

Кожух

диаметр

2800 мм

длина кожуха

24000 мм

материал

A42CP углеродистая сталь

толщина кожуха

18 мм

укрепление под бандажом

30 мм

Внутреннее оборудование

Загрузочное устройство

Кожух оборудован загрузочным устройством изготовленным из углеродистой стали.

Теплообменник

Внутренний теплообменник изготовлен из 4 узлов по 60 труб. Трубы из углеродистой стали, тип продольношовный сварной. Каждый трубный узел присоединен к коллектору расположенному в кожухе. Коллектор подсоединен к емкости, используемой при впрыске и циркуляции воды с помощью радиальных труб.

Теплообменник имеет поддерживающие опоры расположенные по окружности, опоры приварены к кожуху. Каждая опора изготовлена из секторов, чтобы минимизировать деформацию от температурного расширения и допустить разгрузку продукта.

Впрыск воды и ее выход происходит при помощи вращающегося уплотнения с углеродистыми кольцами, расположенными на разгрузочном конце.

Теплообменник изготовлен в соответствии с PED 97/23.

Бандажи / шины и ролики

Бандажи

количество

2

материал

кованая сталь 35 CD4 скрепленная болтами

смазка

масляно-капельная

Шарнирные ролики

количество

4

материал

кованая сталь 42 CD4

тип крепления

каждый ролик посажен на вал, который имеет опору из двух двухрядных роликоподшипников

опорная рама

из углеродистой стали

Упорный ролик

кол-во

2

материал

литая сталь 42CD4

тип крепления

каждый ролик посажен на вал, который имеет опору из двух двухрядных роликоподшипников

Привод

Зубчатый венец

материал

ХС 48

Шестерня

материал

ХС 48

тип крепления

шестерня посажена на низкоскоростной вал редуктора.

смазка

масляно-капельная

Цепь

длина

около 13000 мм

шаг

127 мм

Натяжное устройство

Натяжение цепи обеспечивается при помощи холостой шестерни. Натяжение цепи регулируется.

Приводной узел

один двигатель 75 кВт
один скоростной редуктор
одна муфта
одна опорная рама из углеродистой стали Е24-2

Защитный экран

Изготовлен из углеродистой стали.

Поставляется с:
- одним герметичным узлом
- одним выходным воздушным патрубком
- одной опорной рамой из углеродистой стали Е 24-2
Входной экран также поддерживает питательный желоб. Этот желоб из углеродистой стали и с рубашкой.

Один выходной резервуар

Используется для разгрузки продукта, входа воды и расхода из теплообменника. Из углеродистой стали.

Поставляется с:
-одним ротационным уплотнением для входа и выхода воды.
-один смотровой лючок
-одна опорная рама из углеродистой стали Е 24-2
-одно уплотнение для воздухонепроницаемости между кожухом и резервуаром

Защитные устройства

Вращающиеся части такие как ролики, кольца и шестерни будут защищены предохранительными устройствами из углеродистой стали.

Теплообменник типа «труба в трубе»: описание, принцип работы, достоинства, применение

Конструкция теплообменника типа «труба в трубе» включает в себя сдвоенные трубки, которые располагаются в несколько рядов в одном пакете друг над другом. Текущие среды теплообменного аппарата относительно друг друга находятся в противотоке. В результате подогрева жидкого вещества греющим паром, оно притекает внизу и по внутренней трубке поднимается вверх. Пар в полости корпуса подается в верхней части и затем опускается вниз, в самое глубокое место, где отводится конденсат. В целях поддержания нужной температуры охлаждающей жидкости, она притекает в нижней части корпуса. Очищаются теплообменные поверхности только механически и на прямом участке. Данный вид теплообменных аппаратов наиболее часто используется для работ под открытым небом.

Теплообменный аппарат типа «труба в трубе»

Спиральные теплообменники: описание, принцип работы, достоинства, применение

Спиральные теплообменные аппараты оснащены двумя плоскими клапанами для протекающей среды. Эти клапаны образованы стальными листами, которые скручены в спираль на равноудаленном расстоянии друг от друга. С обеих сторон спирали защищены боковинами, которые снимают для осуществления процесса очистки. Одна из сред движется по центру и стекает по периметру, движение второй происходит наоборот. Спиральные теплообменные аппараты наиболее часто работают теплообменными процессами жидкостей. Такие агрегаты способны работать в двух режимах:

• прямоточном;

• противоточном.

Спиральные теплообменные аппараты

Пластинчатые теплообменники: описание, принцип работы, достоинства, применение

Смонтированная и готовая к работе пластинчатая теплообменная установка отличается небольшими габаритами и высоким уровнем производительности. Так, удельная рабочая поверхность такого аппарата может достигать 1,500 м²/м³ .Конструкция таких аппаратов включает набор гофрированных пластин, которые отделяются друг от друга прокладками. Прокладки образуют герметичные каналы. Среда, отдающая тепло течет в пространстве между полостями, а внутри полостей находится среда, которая поглощает тепло или наоборот. Пластины монтируются на штанговой раме и расположены плотно относительно друг друга.

Пластинчатый теплообменный аппарат с частично открытыми пластинами

Каждая пластина оснащена следующий набор прокладок:

• прокладка по периметру, которая ограничивает канал для теплоносителя и два отверстия его входа и выхода;

• две малые прокладки, которые изолируют два других угловых отверстия для прохода второго теплового носителя.

Таким образом, конструкция имеет четыре раздельных канала для входа и выхода двух сред, участвующих в теплообменных процессах. Данный тип аппаратов способен распределять потоки по всем каналам параллельно или последовательно. Так, при необходимости, каждый поток может проходить по всем каналам или определенным группам.

К достоинствам данного типа аппаратов принято относить интенсивность теплообменного процесса, компактность, а также возможность полного разбора агрегата с целью очистки. К недостаткам причисляют необходимость скрупулезной сборки для сохранения герметичности (как результат большого количества каналов). Кроме того, минусами такой конструкции является склонность к коррозии материалов, из которых изготовлены прокладки и ограниченная тепловая стойкость.

В случаях, когда возможно загрязнение поверхности нагрева одним из теплоносителей, используют агрегаты, конструкция которых состоит из попарно сваренных пластин. Если загрязнение нагреваемой поверхности исключено со стороны обоих теплоносителей, применяются сварные неразборныетеплообменные аппараты (как, например, аппарат с волнообразными каналами и перекрестным движением теплоносителей).

Пластинчатый теплообменник для дизельного топлива

Пластинчатый теплообменник для сырой нефти

Пластинчатый теплообменник

Пластинчатый теплообменник для пропана

Описание пластинчато-ребристых теплообменных аппаратов

Удельная рабочая поверхность данного аппарата может достигать 2,000 м²/м^3. К плюсам таких конструкций принято относить:

• возможность теплообмена между тремя и более теплоносителями;

• небольшой вес и объем.

Конструктивно пластинчато-ребристые теплообменники состоят из тонких пластин, между которыми находятся гофрированные листы. Данные листы припаяны к каждой пластине. Таким образом, теплоноситель разбивается на мелкие потоки. Аппарат может состоять из любого числа пластин. Теплоносители могут перемещаться:

• прямотоком;

• перекрестным потоком.

Существуют следующие типы ребер:

• гофрированные (рифленые), образующие волнистую линию вдоль потока;

• прерывистые ребра, т.е. смещенные относительно друг друга;

• чешуйчатые ребра, т.е. имеющие прорези, которые отогнуты в одну или разные стороны;

• шиповидные, т.е. изготовленные из проволоки, которые могут располагаться в шахматном или коридорном порядке.

Пластинчато-ребристые теплообменные аппараты применяют как регенеративные теплообменники.

Блочные графитовые теплообменные аппараты: описание и применение

Теплообменные аппараты, выполненные из графита, характеризуются следующими качествами:

• высокой стойкостью к коррозии;

• высоким уровнем проводимости тепла (может достигать до 100 Вт/(м·К)

Благодаря указанным качествам, теплообменники данного типа широко используются в химической промышленности. Наибольшее распространение получили блочные графитовые аппараты, основным элементом которых является графитовый блок в форме параллелепипеда. В блоке есть непересекающиеся отверстия (вертикальные и горизонтальные), которые предназначаются для движения теплоносителей. Конструкция блочного графитового теплообменника может включать в себя один и более блоков. По горизонтальным отверстиям в блоке осуществляется двухходовое движение теплоносителя, которое возможно благодаря боковым металлическим плитам. Теплоноситель, который перемещается по вертикальным отверстиям, совершает один или два хода, что определяется конструкцией крышек (верхней и нижней). В теплообменниках с увеличенными боковыми гранями, теплоноситель, двигающийся вертикально может делать два или четыре хода.

Графитовый теплообменник, пропитанный фенолоальдегидным полимером, кольцевого блочного типа, с поверхностью теплообмена 320 м²

Графитовый теплообменник кольцевого блочного типа для H2SO4

Технические характеристики:

Графитовый теплообменник для суспензии гидрата двуокиси титана и раствора серной кислоты

Технические характеристики:

Теплопроводы для химической промышленности

Теплопровод является перспективным устройством, применяемым в химической отрасли с целью интенсификации процессов теплообмена. Теплопровод это полностью герметичная труба с любым профилем сечения, выполненная из металла. Корпус трубы футерован пористо-капиллярным материалом (фитилем), стекловолокном, полимерами, пористыми металлами и т.п. Количество подаваемого теплоносителя должно быть достаточным для пропитки фитиля. Предельная рабочая температура колеблется от любой низкой до 2000 °C. В качестве теплоносителя используют:

• металлы;

• высококипящие органические жидкости;

• расплавы солей;

• воду;

• аммиак и т.п.

Одна часть трубы расположена в зоне отвода тепла, остальная - в зоне конденсации паров. В первой зоне образуются пары теплоносителя, во второй зоне они конденсируются. Конденсат возвращается в первую зону благодаря действию капиллярных сил фитиля. Большое количество центров парообразования способствует падению перегрева жидкости во время ее кипения. При этом существенно возрастает коэффициент теплоотдачи при испарении (от 5 до 10 раз). Показатель мощности теплопровода определяется капиллярным давлением.

Регенераторы

Регенератор имеет корпус, круглый или прямоугольный в сечении. Данный корпус изготавливается из листового металла или кирпича, в соответствии с температурой, поддерживаемой в процессе работы. Внутрь агрегата помещается тяжелый наполнитель:

• кирпич;

• шамот;

• рифленый металл и т.п.

Регенераторы, как правило, являются парными аппаратами, поэтому через них одновременно протекает холодный и горячий газ. Горячий газ передает тепло насадке, а холодный получает его. Рабочий цикл состоит из двух периодов:

• разогрев насадки;

• охлаждение насадки.

Насадка из кирпича может выкладываться в различном порядке:

• коридорный порядок (образует ряд прямых параллельных каналов);

• шахматный порядок (образует каналы сложной формы).

Регенераторы могут оснащаться металлическими насадками. Перспективный аппаратом считается регенератор, оснащенный падающим плотным слоем зернистого материала.

Смесительные теплообменные аппараты. Конденсаторы смешения. Барботер. Охладители

Теплообмен веществ (жидкостей, газов, зернистых материалов), при их непосредственном соприкосновении или смешении отличается максимальной степенью интенсивностью. Применение такой технологии диктуется необходимостью технологического процесса. Для смешения жидкостей применяется:

• емкостной аппарат, оснащенный мешалкой;

• инжектор (используются также для непрерывного смешения газов).

Нагревание жидкостей может осуществляться посредством конденсации в них пара. Пар вводится сквозь множественные отверстия в трубе, которая изогнута в форме окружности или спирали и находится в нижней секции аппарата. Устройство, обеспечивающее протекания данного технологического процесса, называется барботером.

Охлаждение жидкости до температуры близкой к 0 °C, может осуществляться посредством ввода льда, который способен поглотить при таянии до 335 кДж/кг тепла либо сжиженных нейтральных газов, характеризующихся невысокой температурой испарения. Иногда применяют холодильные смеси, которые поглощают тепло после растворения в воде.

Жидкость может подогреваться посредством контакта с горячим газом и охлаждаться, соответственно, посредством контакта с холодным. Такой процесс обеспечивается скрубберами (вертикальными аппаратами), где навстречу восходящему потоку газа стекает поток охлаждаемой или нагреваемой жидкости. Скруббер можно наполнять различными насадками с целью увеличения поверхности контакта. Насадки разбивают поток жидкости на маленькие струйки.

К группе смесительных теплообменников также относятся конденсаторы смешения, функция которых состоит в конденсации паров посредством их прямого контакта с водой. Конденсаторы смешения могут быть двух типов:

• прямоточные конденсаторы (пар и жидкость движутся в одном направлении);

• противоточные конденсаторы (пар и жидкость движутся в противоположных направлениях).

Для увеличения площади контакта пара и жидкости, поток жидкости разбивается на мелкие струйки.

Воздушный охладитель с ребристыми трубами

Многие химические установки генерируют большое количество вторичного тепла, которое не регенерируется в теплообменниках и не может быть повторно использовано в процессах. Данное тепло выводится в окружающую среду и поэтому существует необходимость минимизировать возможные последствия. Для этих целей применяют различные типы охладителей.

Конструкция охладителей с ребристыми трубами состоит из ряда ребристых труб, внутри которых течет охлаждаемая жидкость. Наличие ребер, т.е. ребристость конструкции, значительно увеличивает поверхность охладителя. Ребра охладителя обдувают вентиляторы.

Данный тип охладителей используется в случаях, когда отсутствует возможность забора воды для целей охлаждения: например на месте монтажа химических установок.

Оросительные охладители

Конструкция оросительного охладителя представляет собой ряды последовательно смонтированных змеевиков, внутри которых движется охлаждаемая жидкость. Змеевики постоянно орошаются водой, за счет чего и происходит орошение.

Оросительные охладители

Башенные охладители

Принцип действия башенного охладителя заключается в том, что подогретая вода разбрызгивается в верхней части конструкции, после чего стекает вниз по набивке. В нижней части конструкции за счет естественного подсоса, мимо стекающей воды струится поток воздуха, который поглощает часть тепла воды. Плюс, часть воды испаряется в процессе стекания, результатом чего также является потеря тепла.

К недостаткам конструкции относятся ее гигантские габариты. Так, высота башенного охладителя может достигать 100 м. Несомненным плюсом такого охладителя является функционирование без вспомогательной энергии.

Башенные охладители, оснащенные вентиляторами, работают по аналогии. С той разницей, что воздух нагнетается посредством данного вентилятора. Следует отметить, что конструкция с вентилятором значительно компактнее.

Теплообменник с поверхностью теплообмена 71,40 м²

Техническое описание:

Поз.1: Теплообменник

Работа теплообменника

Описание теплообменника

Положение

Горизонтальное

Число единиц в параллели

1

Число единиц в серии

1

Габариты

L1 :

2200 мм

L2 :

1094 мм

L3 :

1550 мм

LF :

1094 мм

Вес :

1547 кг

Вес с водой :

3366 кг