Классификация теплообменных аппаратов. Кожухотрубный и пластинчатый теплообменник, сравнительная характеристика.
Теплообменные аппараты (теплообменники) – устройства для передачи тепла от горячих сред к холодным. По способу передачи тепла – поверхностные теплообменники (теплопередача через стенку), смесительные (теплообмен при смешении) и регенеративные – стенка или насадка поочередно контактируют то с горячей, то с холодной средой. Регенеративные теплообменники используются редко. Материал теплообменника выбирается с учетом его теплопроводности, термо- и коррозионной стойкости, прочности, стоимости. Наиболее широко применяются кожухотрубные теплообменники.
Аппарат состоит из кожуха 1 и приваренных к нему трубных решеток 2 с пучком труб 3. Аппарат опирается на опорные лапы 5. Сверху и снизу кожух закрывается крышками 4. 1 – нагреваемая среда – в трубном пространстве; 11 – нагревающая среда – в межтрубном пространстве. Трубы в решетках располагают в шахматном порядке (по периметрам правильных шестиугольников). По трубам подают теплоноситель, склонный давать осадок (для удобства очистки). Для увеличения скорости теплоносителя в трубах применяют многоходовые теплообменники, устанавливая в крышках перегородки и деля теплообменники на секции (ходы). Для ускорения теплоносителя в межтрубном пространстве в нем помещают сегментные перегородки.
При небольшой средней разности температур (<25-30˚С) корпуса и труб трубный пучок крепят жестко. При больших разностях температур корпуса и труб они удлиняются неодинаково, и термические напряжения компенсируют за счет нежесткой конструкции. Например, при давлениях в межтрубном пространстве ≤ 1,6 МПа используют линзовый компенсатор 1 на корпусе, позволяющий без деформации удлиняться пучкам. Практически неограниченной компенсацией температурных деформаций характеризуются аппараты с плавающей головкой, у которых трубная решетка 2 подвижна.
В пластинчатом теплообменнике поверхность теплообмена образуется гофрированными параллельными пластинами 1, 2 с помощью которых создается система узких каналов шириной 3-6мм с волнистыми стенками. Жидкости, между которыми происходит теплообмен, движутся в каналах между смежными пластинами. Пластина имеет 3 прокладки: большая ограничивает канал движения жидкости между пластинами, две малые кольцевые прокладки уплотняют отверстия через которые поступает и удаляется жидкость. Движение жидкости Iпоказано пунктиром, а жидкости II – плошной линией. Жидкость I поступает через штуцер 3, движется по нечетным каналам и удаляется через штуцер. Жидкость II подается через штуцер 5,движется по четным каналам и удаляется через штуцер 6. Вследствии значительных скоростей, с которыми движутся жидкости между пластинами, достигаются высокие коэффициенты теплопередачи. Недостатки: невозможность работы при высоких давлениях и трудность выбора эластичных химически стойких материалов для прокладок. Преимущества: Экономичность, низкая стоимость монтажных работ и обслуживания; Возможность изменения площади теплообмена; Долгий срок службы, Устойчивость к вибрациям.
Одноходовые КТА рационально использовать, когда скорость процесса опр-ся величиной коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве, а также в процессе испарения жидкостей.
Многоходовые теплообменники целесообразно использовать для процессов теплообмена в системах ж-ж и г-г при больших тепловых нагрузках.
Область применения пластинчатых теплообменников – процессы теплообмена между жидкостями.