Теплообмінні апарати

Теплообмінниками називають апарати, призначені для передачі тепла від одних речовин до інших. Речовини, що приймають участь в процесі передачі тепла, називають теплоносіями. Теплоносії, що мають більш високу температуру, ніж середовище яке нагрівається, і які віддають тепло, прийнято називати назріваючими агентами, а теплоносії, з більш низькою температурою, ніж середовище, від якого вони сприймають тепло, - охолоджуючими агентами.

В залежності від способу передачі тепла розрізняють два основні типи теплообмінників:

1. поверхневі теплообмінники, в яких переніс тепла між середовищами, які обмінюються теплом проходить крізь розділяючи їх поверхню – глуху стінку;

2. теплообмінники змішування, в яких тепло передається від одного середовища до іншого при їх безпосередньому контакті.

Набагато рідше використовують в хімічній промисловості регенеративні теплообмінники, в яких нагрівання рідких середовищ проходить за рахунок їх контакту з раніше нагрітими твердими тілами – насадкою, яка заповнює апарат і періодично нагрівається другим теплоносієм.

Кожухотрубчатий одноходовий теплообмінник

Призначення. Такі апарати раціонально використовувати коли швидкість процесу визначається величиною коефіцієнта тепловіддачі в між трубному просторі, а також в процесі випарювання рідини.

Принцип дії. На рисунку зображено кожухотрубчатий тепло-обмінник жорсткої конструкції, який складається з корпуса, або кожуха 1, і приварених до нього трубних решіток 2. В тубних решітках закріплено пучок труб 3. До трубних решіток кріпляться (на прокладках і болтах) кришки 4.

Кожухотрубчатий теплообмінник жорсткої конструкції: 1 – кожух; 2 – трубні решітки; 3 – труби; 4 – кришки; І і ІІ – теплоносії.

У кожухотрубчатому тепло-обміннику один із теплоносіїв І рухається всередині труби (в трубному просторі), а інший теплоносій ІІ – у між трубному просторі. Теплоносії зазвичай направляють протитоком один до одного. При цьому теплоносій, який нагрівається направляють знизу догори, а теплоносій, що віддає тепло – в зворотному напрямку. Такий напрямок руху кожного з теплоносіїв співпадає з напрямком, в якому намагається рухатись даний теплоносій під впливом зміни його густини при нагріванні чи охолодженні.

Крім того, при вказаних напрямках руху теплоносіїв досягається більш рівномірний розподіл швидкостей і ідентичні умови теплообміну по площі поперечного перерізу апарата. В протилежному випадку, при подачі більш холодного теплоносія згори теплообмінника, більш нагріта частина рідини, як більш легка, може збиратися в верхній частині апарата, створюючи «застійні» зони.

Преваги. Простота конструкції. Легкість монтажу та ремонту. Природний рух теплоносіїв. Великі швидкості рідини в трубах при великих об’ємних видатках.

Недоліки. Для збільшення ефективності теплообміну необхідно збільшувати швидкість руху теплоносіїв. Це можна досягти зменшуючи діаметр трубок, але при цьому збільшиться довжина теплообмінника що погіршить умови монтажу та збільшить витрати матеріалу на виготовлення даної конструкції.