Apparaty

20. Кожухотрубный теплообменник.

Кожухотрубчатые теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, собранных при помощи труб­ных решеток, и ограниченные кожухами и крышками со штуцерами. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств может быть разделено при помощи перегородок на несколько ходов. Перегородки устанавливаются с целью увеличения скорости, а следовательно, и интенсивности теплообмена теплоносите­лей. Теплообменники этого типа предназначаются для теплообмена между различными жидкостями, между паром и жидкостями или между жидкостями и газами. Они применяются тогда, когда требуется большая поверхность теплообмена.Трубки теплообменников изготовляются прямыми (за исключением теплообменников с U-образными трубками); поэтому они легко доступны для очистки и замены в случае течи.В большинстве случаев пар (греющий теплоноситель) вводится в межтрубное пространство, а нагреваемая жидкость протекает по труб­кам. Конденсат из межтрубного пространства выходит к конденсатоотводчику через штуцер, расположенный в нижней части кожуха. Для компенсации температурных удлинений, возникающих между кожухом и трубками, предусматривается возможность свободного удлинения труб за счет различного рода компенсаторов.Особенностькожухотрубчатых теплообменников состоит в том, что проходное сечение межтрубного пространства велико по сравнению с проходным сечением трубок и может быть больше последнего в 2,5— 3 раза.Кожухотрубчатые аппараты могут быть вертикальными и горизон­тальными. Вертикальные аппараты имеют большее распространение, так как они занимают меньше места и более удобно располагаются в рабочем помещении. Для удобства монтажа и эксплуатации макси­мальную длину трубок для них следует брать не больше 5 м.Во избежание резкого снижения теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке в корпусе теплообменника должны быть предусмотрены краны для выпуска воздуха как из нижней части аппарата над поверх­ностью конденсата, так и из верхней его части.Вкожухотрубных ТА трубы могут быть располо­жены по сторонам шестиугольников или, что одно и то же, равносторон­них треугольников (треугольной) или по концентрическим окружностя

\

21. Многоходовыйкожухотрубный теплообменник

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.

22. Теплообменник типа «труба в трубе»

теплообменные аппараты этого типа состоят из ряда последовательно соединенных звеньев. Каждое звено представляет собой две соосные трубы. Для удобства чистки и замены внутренние трубы обычно соединяют между собой «калачами» или коленами. Двухтрубные теплообменные аппараты, имеющие значительную поверхность нагрева, состоят из ряда секций, параллельно соединенных

коллекторами. Если одним из теплоносителей является насыщенный пар, то его, как правило, направляют в межтрубное (кольцевое) пространство. Такие теплообменные аппараты часто применяют как жидкостные или газожидкостные. Подбором диаметров внутренней и наружной труб можно обеспечить обеим рабочим средам, участвующим в теплообмене, необходимую скорость для достижения высокой интенсивности теплообмена.

Преимущества двухтрубного теплообменника: высокий коэффициент теплоотдачи, пригодность для нагрева или охлаждения сред при высоком давлении, простота изготовления, монтажа и обслуживания.

Недостатки двухтрубного теплообменника — громоздкость, высокая стоимость вследствие большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене, сложность очистки кольцевого пространства.

23. Оросительный теплообменник

Оросительные теплообменные аппараты представляют собой ряд расположенных одна над другой прямых труб, орошаемых снаружи водой. Трубы соединяют сваркой или на фланцах при помощи «калачей». Оросительные теплообменные аппараты применяют главным образом в качестве холодильников для жидкостей и газов или как

конденсаторы. Орошающая вода равномерно подается сверху через желоб с зубчатыми краями. Вода, орошающая трубы, частично испаряется, вследствие чего расход ее в оросительных теплообменниках несколько ниже, чем в холодильниках других типов. Оросительные теплообменные аппараты — довольно громоздкие аппараты; они характеризуются низкой интенсивностью теплообмена, но просты в изготовлении и эксплуатации. Их применяют, когда требуется небольшая производительность, а также при охлаждении химически агрессивных сред или необходимости применения поверхности нагрева из специальных материалов (например, для охлаждения кислот применяют аппараты из кислотоупорного ферросилида, который плохо обрабатывается).

24. Пластинчатый теплообменник

Через патрубок для подачи теплоносителя, располагающийся на неподвижной плите для опоры, в устройство входит нагреваемая среда. Затем она уходит в продольный коллектор через угловое отверстие. По нему она достигает последней пластины и равномерно распределяется по всем межпластинным каналам. Межпластинные каналы соединяются с угловым коллектором благодаря специальной схеме размещения уплотнений.

Двигаясь по межпластинному каналу, нагреваемая среда проходит по волнистой поверхности пластин, которые с обратной стороны нагреваются горячим теплоносителем. Затем нагреваемая среда оказывается в нижнем коллекторе и через патрубок для выхода теплоносителя покидает аппарат.

Греющая среда, поступающая через специальный патрубок для подачи горячего теплоносителя, всегда движется навстречу нагреваемой среде. Через нижний коллектор греющая среда распределяется и проходит по каналам. Выходит из пластинчатого теплообменника она через верхний коллектор и особый патрубок выхода.

Каналы для греющего и нагреваемого теплоносителей между собой чередуются, поэтому самый простой пластинчатый теплообменник должен состоять хотя бы из трех пластин, которые должны образовывать между собой два канала: один для нагревающей среды, другой – для нагреваемой.

Жидкость, проходящая по каналам, совершает трехмерное извилистое движение, обеспечивающее турбулизацию потока. При прохождении через угловые отверстия гидравлическое сопротивление на входе и выходе в канал снижается, вся площадь пластины для теплообмена благодаря этому используется рационально.

25.Спиральный теплообменник.

Спиральные теплообменники – аппараты, состоящие из 2-х каналов прямоугольного сечения, образованных свернутыми в спирали двух листов металла. Листы служат поверхностями теплообмена. Внутренние концы спиралей соединены разделительной перегородкой, а расстояние между ними фиксируется штифтами. Изготавливают их вертикальными или горизонтальными с шириной спирали 0,2-1,5 м, поверхностью нагрева 3,2-100 м² и расстоянием между листами 8-12 мм. Предельное давление 1 МПа.

Достоинства – компактность, пониженное по сравнению с кожухотрубчатыми многоходовыми теплообменниками гидравлическое сопротивление. Недостатки – сложность изготовления и ремонта, возможность применения при сравнительно низких давлениях теплоносителей, относительная сложность обеспечения герметичности

.

26. Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой

Рис. 13-3. Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой:

1 – корпус; 2 – кипятильные трубы; 3 – циркуляционная труба; 4 – сепаратор; 5 – отбойник.

Греющая камера состоит из ряда вертикальных кипятильных труб 2, обогреваемых снаружи паром. По оси греющей камеры расположена циркуляционная труба 3 значительно большего диаметра, чем кипятильные трубы. Хотя в таком аппарате циркуляционная труба обогревается снаружи паром, раствор нагревается в ней значительно меньше, чем в кипятильных трубах. Это объясняется тем, что поверхность трубы пропорциональна ее диаметру, а объем жидкости в ней пропорционален квадрату диаметра; таким образом, в циркуляционной трубе объем жидкости на единицу поверхности трубы значительно больше, чем в кипятильных трубах.

В аппаратах большой производительности вместо одной циркуляционной трубы устанавливают несколько труб меньшего диаметра.

Аппарат с центральной циркуляционной трубой отличается простотой конструкции и легкодоступен для ремонта и очистки. В то же время наличие обогреваемой циркуляционной трубы снижает интенсивность циркуляции.

27.Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой и естественной циркуляцией раствора

1 – кипятильник; 2 - труба для парожидкостной смеси; 3 – сепаратор; 4 – циркуляционная труба.

Рисунок 5. Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой

Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой состоит из нагревательной камеры (кипятильника) 1, представляющей собой пучок труб,

сепаратора 3 и циркуляционной трубы 4, присоединенной к нижней растворной камере. Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубкам,

нагревается и по мере подъема вскипает. Образовавшаяся парожидкостная смесь направляется в сепаратор, где происходит разделение жидкой и паровой фаз. Вторичный пар, пройдя сепаратор и брызгоуловитель,

освобождается от капель, а раствор возвращается по циркуляционной трубе в греющую камеру.

28.Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией раствора

Рис. 13-7. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией:

1 – кипятильник; 2 – циркуляционный насос; 3 – циркуляционная труба; 4 – сепаратор.

Циркуляция жидкости производится пропеллерным или центробежным насосом 2. Свежий раствор подается в нижнюю часть кипятильника, а упаренный раствор отводится из нижней части сепаратора. Уровень жидкости поддерживается несколько ниже верхнего обреза кипятильных труб. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачивается не на подъем жидкости, а лишь на преодоление гидравлических сопротивлений. Давление внизу кипятильных труб больше, чем вверху, на величину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Ввиду этого на большей части высоты кипятильных труб жидкость не кипит, а перегревается по сравнению с температурой кипения, соответствующей давлению в сепараторе. Закипание происходит только на небольшом участке верхней части трубы. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количество испаряемой воды; поэтому отношение массы жидкости к массе пара в парожидкостной смеси, выходящей из кипятильных труб, очень велико.

Достоинствами аппаратов с принудительной циркуляцией являются высокие коэффициенты теплопередачи (в 3 – 4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а также отсутствие загрязнений поверхности теплообмена при выпаривании кристаллизующихся растворов и возможность работы при небольших разностях температур

Недостаток этих аппаратов – необходимость расхода энергии на работу насоса.Применение принудительной циркуляции целесообразно при изготовлении аппарата из дорогостоящего материала (в этом случае весьма существенно сокращение поверхности теплообмена вследствие повышения коэффициентов теплопередачи), при выпаривании кристаллизующихся растворов (сокращаются простои во время очистки аппарата) и при выпаривании вязких растворов (что при естественной циркуляции требует наличия большой разности температур).