Теплообмінники типу «труба в трубі»

Теплообмінники типу «труба в трубі» (рис. 14.3) змонтовані з труб 1, кожна з яких встановлена усередині труби 2 більшого діаметру. Одне середовище I тече по внутрішній трубі, інше II — по кільцевому каналу. Внутрішні труби сполучені послідовно «калачами» 3, зовнішні — патрубками 4.

У теплообмінниках типу «труба в трубі», створюючи різні гідродинамічні умови, можна набувати високі значення коефіцієнта теплопередачі. Недоліком таких теплообмінних апаратів є велика витрата металу на одиницю теплопередавальної поверхні, що приводить до значного збільшення вартості апарату.

 

14.4 Змієвиковий теплообмінник

Змієвиковий теплообмінник (рис. 14.4) є зігнутою у вигляді спіралі трубою (змійовик) 1, встановлену усередині судини 2. Одне з середовищ I.

проходить по змійовику, інше II — омиває його зовні.

Змієвикові теплообмінники мають звичайно низькі коефіцієнти теплопередачі, величина яких лімітується значенням якнайменшого часткового коефіцієнта тепловіддачі середовища, що омиває змійовик зовні. В цьому випадку їх звичайно забезпечують мішалками, які не тільки інтенсифікують технологічний процес, але і підвищують загальний коефіцієнт теплопередачі в результаті збільшення швидкості руху середовища.

У ряді випадків апарати місткостей обігріваються або охолоджуються через стінку 1, забезпечену зовнішньою оболонкою 2 (рис. 14.5). По самій конструкції оболонкового теплообмінного апарату швидкість середовища I усередині його невелика, тому коефіцієнт теплопередачі визначатиметься саме цим малим коефіцієнтом тепловіддачі. Крім того, вони мають невелику поверхню нагріву на одиницю об'єму апарату. Оболонкові апарати застосовуються головним чином для здійснення хімічних реакцій, процесів кристалізації, розчинення, вимагаючих нагріву або охолоджування в ході їх проведення.

 

14.5 Пластинчасті теплообмінники

 

Пластинчасті теплообмінники (рис. 14.6, а) мають щілиноподібні канали в паралельно встановлених пластинах 1. Пластини підвішуються на направляючих балках (штангах) 2 між нерухомою 5 і рухомою 3 плитами.

Рис. 14.4. Схема апарату місткості із змієвиковим теплообмінником:

1 — змійовик; 2 — судина; І — середовище, що знаходиться в змійовику; II— середовище, що омиває змійовик зовні

Остання притискує пластини одна до одної і герметизує простір між ними. У кожній пластині (рис. 14.6, б) і плитах просвердлені співпадаючі отвори, створюючі суцільні канали: два — для підведення і відведення одного з середовищ I, що обмінюються, два — для іншої II. Перше середовище, поступаючи через патрубок 4 в плиті 3 в один їх цих каналів, прямує в канали між непарними пластинами, що чергуються (через одну), і, переміщаючись по них, виходить у відвідний канал.

Рис. 14.5 Схема апарату місткості з теплообмінною оболонкою:

1 — стінка; 2 — сорочка; /, II — теплоносії

 

 

Друге середовище рухається також по парних каналах, що чергуються. Для створення жорсткості, збільшення теплопередавальної поверхні і турбулентності потоку пластини забезпечені штампованими виступами.

До достоїнств пластинчастого теплообмінника відносяться:

• велика питома теплопередавальна поверхня (200 м²/м³ і більш), компактність і значна економія матеріалу;

• великі значення коефіцієнтів тепловіддачі, а отже, і коефіцієнта теплопередачі завдяки використовуванню фасонної форми пластин;

• легкість зміни величини теплопередавальної поверхні в результаті установки відповідного числа пластин;

• легкість розбирання і збірки теплообмінника, забезпечуючі можливість чищення теплопередавальної поверхні.

 

 

Рис. 14.6. Схема пластинчастого теплообмінника:

а — складальна схема; б — пластина; 1 — пластини; 2 — балка; 3, 5 — рухома і нерухома плити; 4 — патрубок; I, II — теплоносії

 

 

Блокові теплообмінники

Блокові теплообмінники показані на рис. 14.7, виконані з графітних прямокутних або циліндрових блоків 8, що мають проточні вертикальні 5 і горизонтальні 1 канали для охолоджуючого і нагріваючого теплоносія. Блоки встановлюються один на іншому з прокладками 2 між ними.

По сторонах блоків є прокладки 3 і 7 перед розподільними кришками 4 і 6, які притискаються за допомогою болтів. Як прокладки застосовують теплостійку гуму, комбіновані прокладки з гуми і фторопласту, а також фторопластовий матеріал ущільнювача (ФУМ), що допускає температуру агресивного середовища в межах -18°... +150 °С. Робочий тиск гріючої пари — не більш 0,3 МПа. До переваг цих апаратів відносяться порівняльна простота виготовлення і мпактність, висока теплопровідність графіту і його корозійна стійкість.

Рис. 14.7. Вертикальний прямокутно-блоковий теплообмінний апарат:

1, 5 — горизонтальний і вертикальний канали; 2, 3, 7 — прокладки; 4, 6 розподільні кришки; 8 — блок; I,II — теплоносії

 

 

Теплоносій

 

Рис. 14.8. Схема шнекового теплообмінника:

/ — корпус теплообмінника; 2 — оболонка; 3, 4 — шнеки

 

 

Шнекові теплообмінники

У шнекових теплообмінниках (рис. 14.8) інтенсифікація теплообміну здійснюється шляхом безперервного оновлення поверхні матеріалу, що нагрівається або охолоджується (високов'язкі середовища, суспензії, пасти і ін.), який стикається із стінками апарату. Оновлення поверхні відбувається в результаті обертання гвинтоподібних валів назустріч один одному з одночасним перемішуванням і переміщенням матеріалу уздовж шнека.

Ці пристрої призначені в першу чергу для теплової обробки високов'язких рідин і сипких матеріалів, що володіють низькою теплопровідністю.

Матеріал поступає через завантажувальний отвір в корпус 1 теплообмінника з оболонкою 2 і переміщається за допомогою шнеків 3 і 4 до протилежного кінця корпусу, тобто до розвантажувального бункера. При цьому відбувається теплова обробка (нагрівання або охолоджування) матеріалу.

Іноді для збільшення поверхні теплообміну вали шнеків роблять порожнистими і всередину по всій довжині шнека і в порожнисті витки також подають теплоносій.

Шнекові теплообмінники займають мало місця, високоефективні і можуть бути пристосовані до різних виробничих умов шляхом об'єднання декількох апаратів в один агрегат. Проте шнекові теплообмінники вимагають витрат порівняно великої кількості енергії.