Аппараты со смешиванием теплоносителей (без разделительной стенки)

В промышленности нашли широкое применение смесительные теплообменные аппараты, в которых тепло- и массообмен между теплоносителями происходят непосредственно, без теплопроводной стенки между ними. В большинстве случаев это аппараты непрерывного действия. В зависимости от назначения они имеют различные технические названия. Для осушения или увлажнения воздуха в установках кондиционирования применяются кондиционеры; очистка воздуха или газа от пыли, золы, смолы путем промывки их водой осуществляется в скрубберах; нагрев жидкости за счет тепла воздуха, газа или пара осуществляется в смесительных подогревателях или конденсаторах; охлаждение больших количеств циркуляционной воды от конденсаторов паровых турбин электрических станций достигается тепло- и массообменом ее с воздухом в градирнях и т.д.

По конструктивным признакам различают следующие типы теплообменников смешения:

1. Полые, или безнасадочные, колонны или камеры (рис.2-8,а), в которых жидкость распыливается форсунками в газовую среду; соприкосновение между жидкостью и газом происходит на поверхности образовавшихся при распыливании капель жидкости.

2. Насадочные колонны (рис.2-8,в), в которых соприкосновение газа с жидкостью происходит на смоченной поверхности насадки (кольца Рашига, куски кокса, деревянные доски, рейки и другие устройства, обеспечи-вающие пленочное стекание жидкости)

Преимуществом насадочных колонн по сравнению с безнасадочными являются меньшие геометрические размеры их. Их недостаток состоит в большом расходе электроэнергии на вентилятор, причем он может увеличиваться по мере забивания насадки различными твердыми отложениями, содержащимися в газах или распыляемых растворах.

3. Каскадные аппараты, имеющие внутри горизонтальные либо наклонные полки или перегородки, благодаря которым жидкость постепенно пере-текает с полки на полку, как это показано на рис.2-8,б.

4. Струйные смесительные аппараты, в которых происходит нагревание воды эжектируемым или эжектирующим паром (рис.2-8,г). Разность между температурой насыщенного эжектирующего пара и температурой нагретой эжектируемой воды в односопловых струйных смесительных аппаратах составляетт 15-20^оС, а в двухсопловых около 10^оС.

5. Пленочные смешивающие подогреватели (рис.2-8,д). Нагревание воды водяным паром в них происходит почти до температуры насыщения пара. Преимущество этой конструкции по сравнению с поверхностными подогревателями заключается в простоте, компактности, меньшем весе и независимости коэффициента теплообменаот чистоты поверхности, т.е. от загрязнения ее накипью, маслом и т.п. Такие аппараты обычно работают с незначительным избыточным давлением (0,01-0,05 ат).

Недостатком пленочных подогревателей является коррозия поверхности аппаратов и трубопроводов из-за наличия в воде и частично в конденсирующемся паре значительного количества кислорода.

Рис.2-8. Типы смесительных теплообменников.

а – безнасадочный форсуночный; б – каскадный; в – насадочный; г – струйный;

д – пленочный с насадкой из цилиндров;

1 – форсунки; 2 – трубы, распределяющие воду; 3 – каскады; 4 – насадка; 5 и 6 – сопла первой и второй ступеней струйного смесителя; 7 – насос; 8 и 9 – центробежный и осевой вентиляторы; 10 – электродвигатель; 11 – концентрические цилиндры; 12 – иллюминаторы – сепараторы влаги; 13 – подогреватель воздуха.

5. Пенные аппараты получили применение для улавливания из газов плохо смачиваемой (гидрофобной) пыли. Принципиальная схема трехполочного пенного аппарата приведена на рис.2-9. Скорость набегающего потока газа на решетку обычно составляет 2-2,5 м/сек. При большей скорости усиливается унос воды в виде брызг, а при меньшей скорости уменьшается пенообразование и значительная часть жидкости (более 50%) сливается через отверстия решетки. В нормальных условиях работы половина жидкости сливается через отверстия в решетке и половина через сливной порог. Степень очистки газа в пенных аппаратах может составлять 90-95%.

Р ис.2-9. Принципиальная схема многополочного пенного аппарата:

1 - корпус; 2 - решетки; 3 - приемная коробка; 4 - порог; 5 - сливная коробка;

6 - гидравлический затвор.