Материал: PAKhT_LEKTsII_1sem

2) Спиральные теплообменники обеспечивают высокий коэффициент теплопередачи,

благодаря высокой скорости теплоносителей в каналах (1÷2 м/с), при сравнительно невысоких для таких скоростей гидравлических сопротивлениях.

:

1)Невозможность работы при высоких давлениях (не более 1 МПа) из-за недостаточной герметичности прокладок.

2)Сложны в изготовлении.

Аппараты с двойными стенками (рубашками)

Устройство и принцип работы

Теплообменные аппараты с рубашками (рис.16.16) используются в химической технологии как обогреваемые или охлаждаемые сосуды для проведения химических реакций. Как правило, они работают под избыточным давлением и в зависимости от характера технологического процесса носят название автоклавов, нитраторов,

полимеризаторов, варочных аппаратов и др.

На рис.16.16 представлен аппарат с греющей рубашкой. Корпус 1 аппарата снабжѐн с наружной стороны рубашкой 2, в которую сверху подаѐтся пар. К корпусу рубашку крепят с

16

помощью сварки или болтами (шпильками). В случае, когда рубашка приварена, еѐ очистка и ремонт затруднены.

Рис.16.16. Аппарат с греющей рубашкой :

1 – корпус аппарата; 2 – греющая рубашка

Достоинства аппаратов с рубашками:

1)Удобство доступа к внутренней поверхности аппарата для еѐ очистки.

2)Простота устройства.

3)Высокий коэффициент теплоотдачи при использовании пара в качестве теплоносителя

Недостатки аппаратов с рубашками:

1)Небольшая поверхность теплопередачи (менее 15 м2).

2)Ограниченность давления в рубашке (до 1 МПа) вследствие того, что стенка рубашки может деформироваться под действием высоких давлений.

3)Низкий коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны корпуса аппарата, для повышения которого используется перемешивание с помощью мешалок или барботажом сжатого воздуха или пара.

4)Невысокий коэффициент теплоотдачи в рубашке при использовании жидкого теплоносителя из-за его низких скоростей течения.

17

Блочные теплообменники

Устройство и принцип работы

Основным элементом блочного теплообменника (рис.16.17) является блок 2,

имеющий форму параллелепипеда, в котором просверлены вертикальные 4 и

горизонтальные 3 сквозные непересекающиеся отверстия. Теплообменный аппарат состоит из одного или нескольких блоков, помещѐнных в корпус 1. Теплоноситель II, движущийся по

вертикальным каналам-отверстиям, может иметь один или два хода, в зависимости от конструкции крышки и днища. Теплоноситель I, движущийся по горизонтальным каналам-отверстиям, имеет число ходов на единицу большее, чем число блоков в теплообменнике.

Рис.16.17. Схема устройства блочного теплообменника:

1 – корпус аппарата; 2 – блоки; 3 –

горизонтальные каналы; 4 – вертикальные каналы;

I, II - теплоносители

Достоинства блочных теплообменников:

1)Химическая стойкость материала теплообменника (чаще всего, графита) позволяет использовать теплообменник для нагрева или охлаждения химически агрессивных жидкостей, когда использование теплообменников из других материалов невозможно.

2)Высокая теплопроводность графита (92÷116 Вт/(м·К)), благодаря которой значительная толщина стенок между каналами не ухудшает теплопередачу.

Недостатки блочных теплообменников:

1)Блочные теплообменники более громоздки, чем сравнимые по площади поверхности теплопередачи кожухотрубчатые и пластинчатые.

2)Более высокая стоимость блочного теплообменника ограничивает его использование (блочные теплообменники целесообразно использовать только в том случае,

если использование других теплообменных аппаратов невозможно из-за химической

агрессивности теплоносителей).

18

Градирни

Устройство и принцип работы

Одними из самых распространенных смесительных теплообменников являются градирни - устройства для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями (англ. cooling tower).

Рис.16.18. Градирни с естественной (а) и принудительной (б) тягой:

1 – поддоны; 2 – слои насадки; 3 – распределители охлаждающей воды; 4 – полая часть градирни для обеспечения естественной тяги; 5 – осевой вентилятор; 6 – брызгоотбойник

Градирни (рис.16.18) представляют собой полые башни, в которых сверху разбрызгивается охлаждаемая вода, а снизу вверх движется воздух. Движение воздуха обеспечивается либо естественной тягой, либо, если размеры градирни недостаточны для возникновения тяги, с помощью вентилятора. Расположенная внутри градирни насадка 2

служит для увеличения поверхности контакта между водой и воздухом. Вода в градирне охлаждается не столько за счѐт передачи теплоты более холодному воздуху, сколько за счѐт испарительного охлаждения – охлаждения большей части воды за счѐт испарения меньшей еѐ части. Так испарение 1 % воды приводит к охлаждению остальной части воды примерно на 5,5 °С.

Наиболее широко градирни используются в водооборотных циклах химических

предприятий, где служат для охлаждения отработанной воды, после которого вода может

19

быть повторно использована как хладагент, что значительно сокращает расходы на

водоподготовку.

Достоинства градирен:

1)Низкая стоимость процесса охлаждения (благодаря тому, что в качестве хладагента выступает воздух).

2)Простота конструкции.

3)Относительно невысокая стоимость обслуживания.

4)Большая производительность по охлаждаемой воде.

Недостатки градирен:

1)Громоздкость конструкции (особенно у градирен с естественной тягой).

2)Невосполнимые потери воды вследствие испарения.

3)Небольшая глубина охлаждения (в градирне вода охлаждается не более чем на 15– 20 градусов от своей первоначальной температуры).

Регенеративные теплообменники

Устройство и принцип работы

Регенеративные теплообменники периодического действия (рис.16.19) обычно состоят из двух аппаратов цилиндрической или прямоугольной формы, корпуса которых заполнены насадкой в виде свѐрнутой в спираль гофрированной металлической ленты,

кирпича, кусков шамота, листового металла и других материалов. Цикл работы каждого из аппаратов состоит из двух периодов: периода нагрева насадки и периода еѐ охлаждения. В то время как в первом аппарате происходит нагрев насадки путѐм пропускания через неѐ горячего теплоносителя, во втором аппарате насадка охлаждается, отдавая теплоту проходящему через неѐ холодному теплоносителю.

Затем с помощью клапанов происходит переключение аппаратов и в первый аппарат поступает холодный теплоноситель, контактируя с нагретой в предыдущем периоде насадкой, а во второй аппарат – горячий теплоноситель, нагревая остывшую насадку. Таким образом, в целом установка работает непрерывно, благодаря автоматическому переключению потоков.

20