3.2.7. Теплообмінники інших типів

Блочні теплообмінники. Апарат містить окремі графітові блоки з наскрізними вертикальними каналами круглого перерізу і перпендикулярні до них канали. Теплоносій І рухається вертикальними каналами, а теплоносій ІІ – горизонтальними каналами, проходячи послідовно всі блоки. Горизонтальні канали різних блоків з’єднуються між собою боковими перетічними камерами. Графітові блоки ущільнюються між собою гумовими або тефлоновими прокладками і стягуються торцевими кришками на болтах. Такі апарати працюють за тисків, що не перевищують 3 атм, однак вони придатні для процесів, які здійснюються в хімічно агресивних середовищах.

Графіт характеризується високою теплопровідністю (92–116 Вт/(м·град). Для підвищення його хімічної стійкості і усунення пористості графіт попередньо просочують феноло-формальдегідними смолами, що дає змогу використовувати його у сильно агресивних середовищах – гарячій соляній, розбавленій сірчаній, фосфорній кислотах тощо.

Використовують також теплообмінники з інших неметалевих матеріалів: скла, кераміки, тефлону тощо.

Шнекові теплообмінники. Інтенсифікація тепловіддачі високов’язких рідин і сипких матеріалів з низькою теплопровідністю може бути здійснена забезпе­ченням неперервного поновлення поверхні матеріалу. Для цього використовують механічне перемішування і одночасне переміщення матеріалу шнеками у шнекових теплообмінниках (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Шнековий теплообмінник: 1 – корпус; 2 – сорочка; 3, 4 – порожні шнеки; 5 – сальники порожніх валів

Матеріал надходить з одного кінця корпусу 1 з сорочкою 2 і перемішується шнеками 3 і 4, що обертаються один назустріч іншому, транспортуючи його до протилежного кінця апарата на вивантаження. Для збільшення поверхні тепло­обміну виготовляють шнеки порожніми і заповнюють їх теплоносієм.

3.2.8. Порівняльна характеристика теплообмінних апаратів

Залежно від конкретних умов проведення процесу теплообміну здійснюють вибір конструкції теплообмінника, що відповідає вимогам цього процесу: теплове навантаження апарата; температура і тиск, за яких здійснюється процес теплообміну; агрегатний стан і фізико-хімічні властивості теплоносіїв, їхня хімічна агресивність, умови тепловіддачі тощо. Важливими чинниками є простота пристрою, компактність апарата, витрата металу на одиницю переданого тепла та інші техніко-економічні показники. Оскільки кожний апарат має певні недоліки, вибір конструкції здійсню­ють з урахуванням останніх і обираючи найбільш придатну конструкцію.

Одноходові апарати доцільно використовувати, коли швидкість процесу визначається величиною коефіцієнта тепловіддачі в міжтрубному просторі, а також в процесі випаровування рідин, оскільки сумарний поперечний переріз труб є порівняно великим, що дає змогу отримувати значні швидкості в трубах тільки за великих об’ємних витрат середовища.

Оскільки взаємний напрям (змішаний) руху теплоносіїв не спричиняє зменшення середньої рушійної сили порівняно з протитоком одноходових тепло­обмінників, то їх використовують як парові підігрівачі рідин і конденсаторів, а також для процесу теплообміну в системах рідина–рідина і газ–газ під час великих теплових навантажень. Для забезпечення більшою поверхнею теплообміну задію­ють елементні теплообмінники. У тих випадках, коли різниця температур теплоно­сіїв є значною, доцільно використовувати трубчасті теплообмінники з нежорсткою конструкцією, які є дорожчими за теплообмінники з жорсткою конструкцією.

У контактно-каталітичних процесах та реакційних використовують тепло­обмінники з подвійними трубами для забезпечення вільного подовження всіх труб незважаючи на складність монтажу такої конструкції та його високу вартість.

Для здійснення процесів охолодження і нагрівання дуже агресивних середо­вищ необхідні такі хімічно стійкі матеріали, з яких виготовлення трубчастих апаратів є надто складним. Тому в цьому випадку вибирають змійовикові тепло­обмінники, які здатні працювати під високим тиском, однак за помірних теплових навантажень.

Основними перевагами спіральних і пластинчастих теплообмінників є їхня компактність і висока інтенсивність теплообміну. Однак їхнє застосування обме­жене невеликою різницею тисків і температур обох теплоносіїв. Спіральні тепло­обмінники використовують для нагрівання та охолодження рідин, газів і пароповітряних сумішей, а пластинчасті – для теплообміну між рідинами.

Для кожного теплообмінного апарата повинен бути визначений оптимальний тепловий режим, що відповідає поєднанню заданої продуктивності, технологічних параметрів, енергетичних та економічних чинників.