3.2.5. Спіральні теплообмінники

До компактних апаратів, що забезпечують високі швидкості теплоносіїв (для рідини 1–2 м/с) за невеликого гідравлічного опору (порівняно з трубчастими теплообмінниками інших типів), належать спіральні теплообмінники. Для нагрівання і охолодження газів використовують спіральні теплообмінники з перехресними потоками. Однак ширше використовуються протитокові апарати, схему яких показано на рис. 3.13. Їхня поверхня теплообміну утворюється двома металевими листами 1 і 2, згорнутими по спіралі, внутрішні кінці яких приварені до суцільної перегородки 3, а зовнішні – приварені одні до других. Кінці спіралі закриті встановленими на прокладках плоскими кришками 4 і 5. Тобто всередині апарата утворюється два ізольованих один від одного спіральних канали (2–8 мм завширшки), якими рухаються теплоносії. Теплоносій І надходить через нижній штуцер і видаляється через боковий в правій кришці теплообмінника, а теплоносій ІІ входить в лівий боковий штуцер і видаляється через верхній.

Рис. 3.13. Спіральний теплообмінник: 1, 2 – листи, що згорнуті по спіралі; 3 – перегородка; 4, 5 – кришки

Спіральні теплообмінники характеризуються такими недоліками: вони є складними у виготовленні, працюють за обмежених надлишкових тисків (не вище ніж 10 атм), оскільки намотка спіралей ускладнюється із зростанням товщини листів, а також виникають проблеми із створенням щільного з’єднання між спіралями і кришками.

3.2.6. Теплообмінні пристрої реакційних апаратів

Одним з пристроїв, який використовується як теплообмінний елемент стінки апарата для її нагрівання або охолодження, є сорочка 2 (рис. 3.14), яка кріпиться до фланця корпусу апарата 1 на прокладці і болтах. Інколи для кріплення сорочки використовують зварювання, але тоді ускладнюється її обслуговування. Теплоносій рухається простором між сорочкою і зовнішньою поверхнею стінок апарата. Схему нагрівання апарата парою показано на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Апарат з сорочкою: 1 – корпус апарата; 2 – сорочка; 3 – штуцер для введення пари; 4 – штуцер для виведення конденсату

Теплоносій подають в сорочку з двох боків через штуцери 3 для забезпе­чення рівномірності прогрівання, а конденсат видаляється через штуцер 4. Поверх­ня теплообміну сорочками створюється невелика (до 10 м²), вона обмежена пло­щею стінок і днища апарата. Тиск теплоносія в сорочці не повинен перевищувати 6–10 атм, оскільки виникне необхідність значно потовщити стінки апарата і сорочки.

У разі необхідності проведення процесу за високих тисків теплоносія (до 60 атм) до зовнішньої стінки апарата приварюють змійовики, виготовлені з напів­циліндрів, розрізаних по утворюючій труб (рис. 3.15, а), або кутової сталі (рис. 3.15, б).

а б в г

Рис. 3.15. Варіанти виконання змійовиків: а – з розрізаними по утворюючій (половинок) труб; б – з кутової сталі; в – з труб, приварених багатошаровим швом; г – з труб, залитих в стінки апарата

Для високих тисків (до 250 атм) до зовнішньої стінки апарата багатошарово приварюють змійовики (рис. 3.15, в) або сталеві змійовики, залиті в чавунні стінки апарата під час його виготовлення (рис. 3.15, г).

Останню конструкцію змійовиків вже майже не використовують, оскільки внаслідок різниці коефіцієнтів об’ємного розширення сталі і чавуну утворюються місцеві повітряні зазори між змійовиком і стінкою апарата, що призводить до зростання термічного опору. Виготовлення таких апаратів є складним, а ремонт неможливим.