I. Теплообменные аппараты

1.Классификация теплообменных аппаратов

Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Такие аппараты многочисленны и по своему технологическому назначению и по конструктивному оформлению очень разнообразны. По принципу действия теплообменные аппараты делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными называются аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку. Например: парогенераторы, подогреватели, конденсаторы, отопительные печи и т.д.

Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости или горячего газа теплота воспринимается (аккумулируется) стенками аппарата, при протекании холодного теплоносителя эта аккумулированная теплота ему отдается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и т.п.

В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи теплоты связан с поверхностью твердого тела, поэтому такие аппараты называются поверхностными.

В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Например, башенные охладители (градирни), скрубберы, домашний смеситель и др.

Специальные названия теплообменных аппаратов обычно определяются их назначением, например, парогенераторы, печи, водоподогреватели, испарители, перегреватели, конденсаторы, деаэраторы, экономайзеры и т.д.

2 Рекуперативные теплообменные аппараты.

2.1 Основные понятия и определения.

Процесс теплообмена в рекуперативных типах аппаратов протекает непрерывно и имеет обычно стационарный характер.

Стенка, которая омывается с обеих сторон теплоносителями, называется рабочей поверхностью нагрева.

Рекуперативные теплообменные аппараты подразделяют в зависимости от направления движения теплоносителя на прямоточные (рис. 2.1,а), противоточные (рис. 2.1,б), перекрестные (рис. 2.1,в) и более сложные: одновременно прямоток и противоток (рис. 2.1,г), многократно перекрестный ток (рис. 2.1,д,е,ж) и т.д.

Рис. 2.1. Схемы движения рабочих жидкостей

Конструкции современных рекуперативных теплообменных аппаратов очень разнообразны. Наиболее широкое распространение в промышленных установках получили кожухотрубные рекуперативные теплообменники. Они могут работать в широком диапазоне температур и давлений и применяются как в качестве индивидуальных аппаратов, так и в виде элементов различных теплообменных установок (выпарных, ректификационных, холодильных). Они представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, скрепленных при помощи трубных решеток (досок) и ограниченных кожухами и крышками с патрубками (рис. 2.2). Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Перегородки предназначены для увеличения скорости, а значит и коэффициента теплоотдачи. Теплообменники этого типа предназначаются для теплообмена между различными жидкостями, между жидкостью и паром, между жидкостями и газом.

Разработано большое число теплообменников, поверхность теплообмена которых выполнена из листовой стали - гофрированных пластин. Эти теплообменники очень компактны и по технико-экономическим показателям, превосходят лучшие кожухотрубные теплообменники.

Рис. 2.2. Схема кожухотрубного теплообменного аппарата:

1 - кожух; 2 - трубная решетка; 3 - трубы; 4 - перегородки; 5 - камера; 6 - перегородки в камерах; 7 - перегородки в межтрубном пространстве