4.6. Теплообменные аппараты
К теплообменным аппаратам относятся устройства, в которых один теплоноситель отдает свое тепло другому при непосредственном соприкосновении (смесительные) или через поверхность разделяющей их стенки (поверхностные). В зависимости от агрегатного состояния теплоносителей различают аппараты для теплообмена между паром и жидкостью (паровые подогреватели, конденсаторы), паром и газом (паровые подогреватели для воздуха), жидкостями (жидкостные холодильники) и др. Коэффициенты теплопередачи в теплообменной аппаратуре зависят от поверхности нагрева (охлаждения) и конструкции теплообменников.
Различают теплообменники с поверхностью, образованной стенками аппарата, т. е. паровые рубашки, трубчатые (кожухотрубные, «труба в трубе», змеевиковые погружные), с ребристой поверхностью теплообмена (калорифер) и др.
Паровые рубашки. Эти теплообменники используют для обогрева котлов, выпарных чаш, реакторов, шаровых вакуум-выпарных аппаратов. Греющий пар поступает в замкнутое пространство, т. е. отделен от обогреваемой жидкости (мазевая основа, сироп, водная вытяжка). Высота паровой рубашки должна быть не меньше высоты уровня обогреваемой жидкости. Теплопередача осуществляется через стенку с небольшой поверхностью.
Рис. 4.1. Открытая чаша с паровой рубашкой.
Типовым аппаратом с паровой рубашкой может служить открытая чаша, работающая под атмосферным давлением (рис. 4.1). На паровой рубашке устанавливают манометр и предохранительный клапан. Допустимое избыточное давление не более 5 атмосфер (4,90 · 104 · Н · м2).
Рис. 4.2. Кожухотрубный теплообменник. Объяснение в тексте.
Трубчатые теплообменники. Кожухотрубный теплообменник является одним из наиболее распространенных (рис. 4.2). Представляет собой цилиндр, т. е. кожух (1), внутри которого расположен пучок труб (2). Концы труб закреплены в трубных решетках (3) путем развальцовки или сварки. Между трубными решетками образуется -камера (межтрубное пространство), в которую поступает греющий пар через штуцер (4) и выходит через штуцер (5). Нагреваемая жидкость поступает через штуцер (6) противотоком, проходит внутрь трубок (2), нагревается и выходит через патрубок (7). Кожухотрубные теплообменники могут быть с неподвижными трубными решетками или с одной подвижной, а также одноходовыми и многоходовыми для повышения скорости движения теплоносителя в межтрубном пространстве и улучшения условий теплопередачи. Недостатком таких теплообменников является трудность очистки межтрубного пространства и малодоступность для осмотра и ремонта.
Рис. 4.3. Теплообменник «труба в трубе».
Объяснение в тексте.
Теплообменник «труба в трубе» (рис. 4.3) включает несколько расположенных друг над другом элементов. Каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы (1) большого диаметра (кожух) и концентрически расположенной внутри нее трубы меньшего диаметра (2). Внутренние трубы элементов соединены друг с другом последовательно съемными коленами (3), наружные - патрубками (4). Холодная вода для нагрева поступает в трубу малого диаметра, греющий пар противотоком в трубу большого диаметра. Теплообменник обладает высоким коэффициентом теплопередачи. Недостаток - громоздкость и трудность очистки.
Секционный теплообменник «труба в трубе» может работать и как холодильник, в качестве хладоагентов используют соленые растворы.
Рис. 4.4. Змеевиковый погружной теплообменник.