Лекція 2.

Теплообмінні апарати.

Конструкції теплообмінників.

Кожухотрубні.

• широко використовують в харчовій промисловості

• дають можливість створювати великі поверхні теплообміну в одному апараті, прості у виготовленні і надійні в експлуатації.

Рис. 1. Схема кожухотрубного одноходового теплообмінника:

1 – корпус, 2 – трубні решітки, 3 – пучки труб, 4 – кришка.

Рис. 2. Схема кожухотрубного багатоходового теплообмінника.

Рис. 3. Схеми розмішення труб у трубних решітках.

Через малу швидкість руху теплоносіїв одноходові теплообмінники працюють з низьким коефіцієнтом тепловіддачі. Щоб збільшити швидкість руху теплоносіїв, застосовують багатоходові, в яких пучок труб за допомогою поперечних перегородок 1, встановлених в кришках, розділений на кілька секцій, по яких теплоносій I проходить послідовно. Швидкість руху теплоносія II в міжтрубному просторі підвищують, встановлюючи ряд сегментних перегородок 2.

Труби в трубних решітках розміщують переважно по периметру правильного шестикутника. Для даного випадку, обчислюючи загальну кількість n труб в теплообміннику, виходять з кількості труб а, розміщених на стороні найбільшого шестикутника:

Кількість труб, розміщених по діагоналі найбільшого шестикутника, знаходять

При закріпленні труб у трубних решітках розвальцюванням крок t розміщення труб вибирають залежно від їхнього зовнішнього діаметра в межах:

При закріпленні труб зварюванням крок розміщення труб вибирають меншим . Діаметр D теплообмінника визначають із співвідношення:

При проектуванні кожухотрубних теплообмінників теплоносій, що найбільше забруднює поверхню, спрямовують у труби, бо їх легше очищати.

Теплообмінники типу «труба в трубі».

Теплообмінники цього типу складаються з кількох послідовно з’єднаних елементів, утворених двома концентрично розміщеними трубами. Один теплоносій рухається у внутрішніх трубах, а другий – в кільцевому зазорі між внутрішніми 1 і зовнішніми 2 трубами.

Рис. 4. Схема теплообмінника типу «труба в трубі».

Внутрішні труби окремих елементів сполучені послідовно колінами 3, а зовнішні – патрубками 4. Завдяки невеликим поперечним перерізам в цих теплообмінниках досягають високих швидкостей руху теплоносіїв і високої інтенсивності теплообміну. Проте теплообмінники “труба в трубі” громіздкі та металомісткі, тому їх використовують лише при малих об’ємних виитратах теплоносія і незначних поверхнях теплообміну.

Заглибні теплообмінники.

Виготовляють у вигляді змійовиків. Змійовик 3, занурений в рідину, яку нагрівають або охолоджують теплоносієм, що рухається всередині змійовика. Коефіцієнт теплопередачі в цих теплообмінниках порівняно низький, але через простоту виготовлення вони набули значного поширення.

Рис. 5. Схема заглибного змійовикового теплообмінника.

Щоб збільшити щвидкість руху рідини в корпусі встановлюють витіснювальний стакан 1.

Швидкість руху рідин у них витримують 0,3-0,8 м/с.

Спіральні теплообмінники.

Поверхню теплообміну утворюють два зігнуті у вигляді спіралей металеві листи 1 і 2, внутрішні кінці яких приварені до перегородки 3. Зовнішні кінці листів зварені один з одним. Між листами утворюються канали прямокутного перерізу, в яких рухаються теплоносії I і II. З торців канали закриті плоскими кришками 4 на прокладках.

Рис. 6. Схема спірального теплообмінника.

Перевага спіральних теплообмінників – їх компактність, можливість пропускання обох теплоносіїв зв исокими швидкостями, що забезпечує великий коефіцієнт теплопередачі. При рівних швидкостях робочих середовищ у спіральних теплообмінниках гідравлічний опір менший, ніж у кожухотрубних. До недоліків спіральних теплообмінників слід віднести складність виготовлення, низький робочий тиск.

Пластинчасті теплообмінники.

Рис. 7. Просторова схема руху робочих середовищ в однопакетному пластинчастому теплообміннику.

Для пастеризації і охолодження молока, пива, вина та нагрівання інших продуктів використовуються пластинчасті теплообмінники. Поверхню теплообміну в них створюють гофровані паралельні пластинки, встановлені на горизонтальних штангах. Завдяки рифленій поверхні пластин при порівняно малій швидкості руху рідини за рахунок штучної турбулізації потоку досягають високих коефіцієнтів теплопередачі при незначному гідравлічному опорі.

Недолік їх – велика кількість довгих ущільнювальних прокладок.

В харчовій промисловості зустрічаються ще зрошувальні, ребристі, оболонкові.

Порівняльна характеристика та області застосування різних теплообмінників.

Різноманітність конструкцій теплообмінників, а також вимог, які до них ставляться, утруднюють вибір апаратів для різних конкретних умов перебігу процесу.

Одноходові теплообмінники застосовуються, як кип’ятильники.

Багатоходові кожухотрубні теплообмінники застосовують як паро рідинні підігрівники і конденсатори.

Теплообмінники “труба в трубі” застосовують при незначних кількостях теплоносіїв для теплообміну між двома рідинами і між рідиною та парою, їх легко виготовляти, вони дають можливість здійснити чисту протитечію і досягти високих швидкостей руху для теплоносіїв. Проте при значних теплових навантаженнях вони громіздкі і матеріаломісткі. Спіральні та пластинчасті теплообмінники використовують у випадку теплообміну між двома рідинами, а також між рідиною і парою, що конденсується. Вони компактні, інтенсивність теплообміну в них висока.

Заглибні теплообмінники використовують як підігрівники і холодильники.

Зрошувальні, – як холодильники, зокрема для теплоносіїв, що спричиняють корозію апаратури, і як конденсатори.

Ребристі призначені переважно для теплообміну між газом і рідиною.

Оболонкові (переважно періодичної дії) застосовують при малих теплових навантаженнях для охолодження або нагрівання в’язких рідин або середовищ, які активно хімічно впливають на матеріал поверхні теплообміну.

Теплообмінні апарата усіх типів повинні працювати в оптимальних теплових режимах.