Кожухотрубчатий теплообмінник з U - подібними трубками

    Призначення. Використовують в тих випадках коли різнийя температур теплоносіїв значна і необхідна компенсація неоднакового теплового розширення труб і корпуса апарата.  

    Принцип дії. В кожухо-трубчатому теплообміннику з U-подібними трубками самі трубки виконують функцію компенсуючих пристроїв.

    Переваги. Полегшується і спрощується конструкція апарата, що має лише одну нерухому трубну решітку. Зовнішня поверхня труб може бути легко очищена якщо витягти всі трубки з корпуса апарата. Крім того, в теплообмінниках такої конструкції, які являються двох або багатоходовими, досягається досить інтенсивний теплообмін.

    Недоліки. Складність очистки внутрішньої поверхні труб. Складність розміщення великої кількості труб в трубній решітці. Висока собівартість.

 

                                                                      

Кожухотрубчатий теплообмінник з подвійними трубами

 

Призначення. Застосовують в контактно-каталітичних і реакційних процесах, що протікають при високих температурах, коли необхідно забезпечити вільне видовження всіх труб.

Принцип дії. З однієї сторони апарата розміщені дві трубні решітки, причому в решітці 1 закріплено пучок труб 2 меншого діаметру, відкритих з обох боків, а в решітці 3 – труби 4 більшого діаметру з закритими лівими кінцями, що встановлено концентрично відносно труб 2. Теплоносій І рухається по кільцевому простору між трубами 2 і 4 і виводиться з між трубного простору теплообмінника по трубам 2. Теплоносій ІІ рухається згори донизу в між трубному просторі корпуса теплообмінника, омиваючи труби 4 ззовні.

    Переваги. В теплообміннику такої конструкції труби можуть видовжуватись під дією температури незалежно від корпуса теплообмінника.

    Недоліки. Складність конструкції та ремонту. Висока собівартість.

Двохтрубчатий теплообмінник

 

Призначення. Ефективно працюють коли потрібна невелика поверхня теплообміну, а також при високих тисках.

Принцип дії. Теплообмінник цієї конструкції, який також називається «труба в трубі», складається з декількох послідовно з’єднаних трубчастих елементів, утворених двома концентрично розташованими трубами. Один теплоносій рухається по внутрішнім трубам 1, а інший – по кільцевому зазору між внутрішніми 1 і зовнішніми 2 трубами. Внутрішні труби (зазвичай діаметром 57-108 мм) з’єднуються калачами 3, а зовнішні, що мають діаметр 76-159 мм, - патрубками 4.

    Переваги. Завдяки невеликим поперечним перерізам трубного і між трубного простору у двохтрубчатих теплообмінниках навіть при невеликих видатках досягаються доволі високі швидкості рідини, що рівні приблизно 1-1,5 м/с. Це дозволяє отримувати більш високі коефіцієнти теплопередачі і досягати більш високих температурних навантажень на одиницю маси апарата, ніж в кожухотрубчатих теплообмінниках. Крім того зі збільшенням швидкостей руху теплоносіїв зменшується можливість відкладення забруднень на поверхні теплообмінника.

    Недоліки. Складність конструкції та ремонту.

Змієвиковий теплообмінник

 

Призначення. Для охолодження і нагріву сильно агресивних середовищ. Використовуються при поверхнях нагріву до 10-15 м ².

Принцип дії. В зануреному змієвиковому теплообміннику крапельна рідина, газ або пар рухаються по спіральному змійовику 1, виконаному з труб радіусом 15-75 мм, який занурений в рідину, що знаходться в корпусі 2 апарата.
    Переваги. Великий об’єм рідини, що заповнює корпус, забезпечує більш стійку роботу теплообмінника при коливаннях режиму. Простота конструкції. Дешевизна. Доступність для очистки і ремонту. Зручність роботи при високих тисках і в хімічно активних середовищах.

    Недоліки. Внаслідок великого об’єму корпуса, в якому знаходиться змійовик, швидкість рідини в корпусі незначна, що зумовлює низькі значення коефіцієнта тепловіддачі ззовні змійовика. Для його збільшення збільшують швидкість рідини в корпусі шляхом встановлення в ньому внутрішнього стакану 3, але при цьому значно зменшується об’єм апарата, який корисно використовується. Також тепловіддача в між трубному просторі занурених теплообмінників малоінтенсивна, оскільки тепло передається практично за рахунок вільної конвекції. Тому теплообмінники цього типу придатні лише для малих навантажень.

Зрошувальний теплообмінник

Призначення. Зро-шувальні теплообмінники використовуються голо-вним чином в якості холодильників і конден-саторів, при чому біля половини тепла відводиться при випаровуванні води, яка охолоджує.

Принцип дії. Такий теплообмінник являє собою змійовик 1 з розміщених одна над одною прямих труб, котрі з’єднані між собою калачами 2. Труби зазвичай розміщені у вигляді паралельних вертикальних секцій (на рисунку зображена лише одна секція) з спільними колекторами для подачі і відводу середовища для охолодження. Зверху змійовики зрошуються водою, яка рівномірно розподіляється у вигляді крапель і струменів за допомогою жолоба 3 з зубчастими краями. Відпрацьована вода відводиться з піддону 4, який розташований під змійовиками.

Переваги. Відносно малі витрати води. Простота конструкції. Легкість очистки зовнішньої поверхні.

    Недоліки. Громіздкість. Нерівномірність змочування зовнішньої поверхні труб, нижні кінці яких при зменшенні витрат води зрошується дуже мало і майже не беруть участь в теплообміні. Корозія труб в кисні повітря. Наявність крапель і бризок, які потрапляють в навколишнє середовище. Невисокий коефіцієнт теплопередачі.

Пластинчатий теплообмінник

 

Призначення. Процес теплообміну між рідинами.

Принцип дії. В пластинчастому теплообміннику поверхня теплообміну створюється гофрованими паралельними пластинами 1, 2 за допомогою котрих створюється система вузьких каналів шириною 3-6 мм з хвилястими стінками. Рідини, між якими проходить теплообмін, рухаються в каналах між суміжними пластинами, омиваючи протилежні бокові сторони кожної пластини.

На рисунку рух рідини І зображено схематично пунктирною лінією, а рідини ІІ – суцільною лінією. Рідин І потрапляє крізь штуцер 3, рухається по непарним каналам (рахуюючи справа на ліво) і видаляється крізь штуцер 4. Рідина ІІ подається крізь штуцер 5, рухається по парним каналам і видаляється крізь штуцер 6.

Пакет пластин затискається між нерухомою плитою 7 і рухомою плитою 8 за допомогою гвинтового затискача 9.

Переваги. Внаслідок значних швидкостей, з якими рухаються рідини між пластинами, досягаються високі коефіцієнти теплопередачі, при малому гідравлічному опорі. Легкість обслуговування та чистки.

    Недоліки. Неможливість роботи при високих тисках. Складність вибору еластичних хімічно стійких матеріалів для прокладок.

Пластинчатий калорифер

 

Призначення. Вик-ористовується як калорифер для нагріву повітря.

Принцип дії. Для нагріву повітря зазвичай використовують насичену водяну пару, яка потрапляє у колектор 1 і далі в пучок оребрених трубок 2. Конденсат відводиться із колектора 3.

Переваги. Збільшення теплового навантаження за рахунок оребрення поверхні з боку теплоносія з низьким коефіцієнтом тепловіддачі. 

    Недоліки. Складність конструкції та виготовлення. Значні розміри.

Спіральний теплообмінник

 

 

                                                    

Призначення. Для нагріву рідин, парів і паро-газових систем.

Принцип дії. В спіральному теплообміннику поверхня теплообміну створюється двома металевими листами 1 і 2, згорнутими по спіралі. Внутрішні кінці листів приварені до внутрішньої перегородки 3, а їх зовнішні кінці згорнуті один з одним. З торців спіралі закриті встановленими на прокладках плоскими кришками 4 і 5. Таким чином, в середині апарата утворюються два ізольовані один від одного спіральні канали (шириною 2-8 мм), по котрим, зазвичай протитоком, рухаються теплоносії. Як показано на рисунку, теплоносій І потрапляє крізь нижній штуцер і видаляється крізь боковий штуцер в правій кришці теплообмінника, а теплоносій ІІ входить в верхній штуцер і видаляється крізь боковий штуцер в лівій кришці. 

Переваги. Компактність. Висока швидкість руху теплоносіїв (для рідин 1-2 м/с) і мають менший гідравлічний опір, при рівних швидкостях руху теплоносіїв, ніж трубчасті теплообмінники різних типів. Висока інтенсивність теплообміну.

    Недоліки. Складність виготовлення. Нормальний режим роботи реалізується лише при малих надлишкових тисках, що не перевищують 10 ат, так як намотка спіралей ускладнюється зі збільшенням товщини листів, крім того виникають складності при створенні щільного з’єднання між спіралями і кришками.

Блочний теплообмінник з графіту

 

Призначення. Для процесів теплообміну, що протікають в хімічно агресивних середовищах

Принцип дії. Тепло-обмінник складається з окремих графітових блоків 1, що мають наскрізні вертикальні канали 2 круглого перерізу і пер-пендикулярні їм канали 3. Теплоносій І рухається по вертикальним каналам 2, а теплоносій ІІ – по горизонтальним каналам 3, проходячи послідовно всі блоки, як зображено на рисунку. Горизонтальні канали всіх блоків сполучаються між собою крізь бокові переточні камери 4. Графітові блоки ущільнюються між собою прокладками з резини або тефлона і стягуються торцевими кришками 5 на болтах.

Переваги. Можливість використання теплообмінного апарата для хімічно агресивних середовищ

    Недоліки. Складність виготовлення. Нормальний режим роботи реалізується лише при малих надлишкових тисках, що не перевищують 3 ат. Складність чистки.

Шнековий теплообмінник

Призначення. При тепловій обробці високов’язких рідин і сипучих матеріалів, які мають низьку теплопровідність.

Принцип дії. Матеріал потрапляєз одного кінця корпуса 1 з рубашкою 2 і перемішується шнеками 3 і 4, які обертаються назустріч один одному, які транспортують його до протилежного, розвантажувальному кінцю корпуса. Іноді для збільшення поверхні теплообміну шнеки виготовляють з порожнинами і в них крізь вали з порожнинами, що мають сальники 5, теплоносій подається в порожнини у витках шнеків.

Переваги. Можливість використання теплообмінного апарата для обробки високов’язких рідин і сипучих матеріалів, які мають низьку теплопровідність хімічно агресивних середовищ

    Недоліки. Складність виготовлення. Складність конструкції та чистки.