70. Классификация и конструкция теплообменников
Теплообменники различаются по назначению, принципу действия, конструктивным и другим признакам. Рассмотрим некоторые из них:
По назначению:
подогреватели;
испарители;
паропреобразователи;
конденсаторы;
холодильники;
радиаторы и т.д.
По принципу действия:
поверхностные (рекуперативные, регенеративные);
контактные (смесительные).
В рекуперативных теплообменниках передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их стенку.
В регенеративных теплообменниках греющий и нагреваемый теплоносители поочередно омывают одну и ту же сторону поверхности нагрева. Сначала поверхность аккумулирует теплоту, а потом отдает теплоту и охлаждается.
Требования к теплообменникам:
возможность проведения технологического процесса;
высокий коэффициент теплопередачи;
низкое Δp;
устойчивость поверхности теплообмена против коррозии;
доступность поверхности теплообмена для чистки.
Рекуперативные теплообменники
Кожухотрубчатые теплообменники являются самыми распространенными. Обычно нагреваемый теплоноситель подается снизу (I), охлаждаемый (II) – сверху вниз противотоком (рис. 2.6, 2.7).
|
|
Рис. 2.6. Кожухотрубчатый теплообменник: 1 кожух, 2 трубные решетки, 3 трубы, 4 крышка, 5 днище, I, II – теплоносители |
Рис. 2.7. Многоходовые (по трубному пространству) кожухотрубчатые теплообменики |
Многоходовые теплообменники (рис. 2.8) применяются для увеличения скорости движения теплоносителя. При этом увеличивается и коэффициент теплопередачи.
Рис. 2.8. Многоходовой (по межтрубному пространству) кожухотрубчатый теплообменник
Если разность температур труб и кожуха больше 50 С, то надо учитывать, что они удлиняются неодинаково. Тогда возникают большие напряжения в трубных решетках. В таких случаях используются теплообменники с линзовым компенсатором, теплообменники с плавающей головкой, U-образные теплообменники (рис. 2.9).
линзовый компенсатор
плавающая головка
U-образный
Рис. 2.9. Кожухотрубчатые теплообменники с компенсацией температурных удлинений
Теплообменник «труба в трубе» используется для малых тепловых нагрузок.
Змеевиковые теплообменники представлены на рис. 2.10.
Рис. 2.10. Змеевиковые теплообменники: а – погружной; б – наружный;
1 Корпус аппарата; 2 змеевик.
Змеевики внутренние погружены в теплоносители. Бывают наружные змеевиковые теплообменники (до 6 МПа). Змеевиковые теплообменники просты по конструкции. Скорости теплоносителей в змеевике небольшие, поэтому коэффициенты теплопередачи небольшие.
Теплообменники с оребренными трубами. В технике имеются случаи, когда коэффициенты теплоотдачи по обе стороны поверхности теплопередачи резко отличаются по величине. Например: нагрев воздуха конденсирующим водяным паром.
В этом случае оребрение труб со стороны воздуха резко увеличивает поверхность теплообмена (рис. 2.11). Ребра должны иметь большой коэффициент теплопроводности.
Рис. 2.11. Элементы теплообменника с оребрениями
Пластинчатые теплообменники. Поверхностью теплообмена в этих теплообменниках (рис. 2.12) являются гофрированные параллельные пластины.
Рис. 2.12. Пластинчатый теплообменник
В этих теплообменниках реализуются большие скорости
,
поэтому даже при небольших Δp
реализуются большие коэффициенты
теплопередачи.Спиральные теплообменники (рис. 2.13) в отличие от пластинчатых теплообменников компактны. Однако они сложны в изготовлении и не могут работать при высоких давлениях (свыше 1 Мпа).
Рис. 2.13. Спиральный теплообменник
Теплообменники с двойными стенками (рубашками). Теплообменники с «рубашками» (рис. 2.14) используются обычно для проведения химических реакций. Они работают под избыточным давлением. В зависимости от технологического процесса они носят название: автоклавов, нитраторов, полимеризаторов, варочных аппаратов и т.д. Для увеличения коэффициента теплоотдачи от стенки к содержимому аппарата внутри него устанавливают мешалки (механические, пневматические).
Рис. 2.14. Теплообменник с греющей «рубашкой»