Кожухотрубчатий одноходовий теплообмінник

Теплообмінні апарати

    Теплообмінниками називають апарати, призначені для передачі тепла від одних речовин до інших. Речовини, що приймають участь в процесі передачі тепла, називають теплоносіями. Теплоносії, що мають більш високу температуру, ніж середовище яке нагрівається, і які віддають тепло, прийнято називати назріваючими агентами, а теплоносії, з більш низькою температурою, ніж середовище, від якого вони сприймають тепло, - охолоджуючими агентами.

    В залежності від способу передачі тепла розрізняють два основні типи теплообмінників:

1) поверхневі теплообмінники, в яких переніс тепла між середовищами, які обмінюються теплом проходить крізь розділяючи їх поверхню – глуху стінку;

2) теплообмінники змішування, в яких тепло передається від одного середовища до іншого при їх безпосередньому контакті.

Набагато рідше використовують в хімічній промисловості регенеративні теплообмінники, в яких нагрівання рідких середовищ проходить за рахунок їх контакту з раніше нагрітими твердими тілами – насадкою, яка заповнює апарат і періодично нагрівається другим теплоносієм.

Кожухотрубчатий теплообмінник з лінзовим компенсатором

 

    Призначення. Даний тип тепло-обмінника використовується у випадку коли середня різниця температур труб і кожуха складає 50°С. Це призводить до того, що труби і кожух видовжуються нерівномірно.

Принцип дії. Зображений на рисунку теплообмінник є представником кожухотрубних однорідних тепло-обмінників, але має лінзовий компенсатор 1, що зазнає до пружної деформації.

Преваги. Простота конструкції. Легкість монтажу та ремонту. Надійність конструкції при перепадах температур.

Недоліки. Максимальний тиск в між трубному просторі неповинен переви-щувати 6 атм.

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.

СУШИЛЬНІ апарати

Видалення вологи з твердих і пастоподібних матеріалів дозволяє здешевити їх транспортування, надати їм необхідні властивості, а також зменшити корозію апаратури і трубопроводів при зберіганні чи подальшій обробці цих матеріалів.

По способу підведення теплоти виділяють наступні механічні методи сушіння:

1. Конвективне сушіння – коли відбувається контакт сушильного агенту з матеріалом, який висушується. Найчастіше в якості сушильного агенту використовують повітря або пічні гази. В цьому випадку установка складається з калорифера, сушильної камери і вентилятора, який відганяє відпрацьований сушильний агент.

2. Контактне сушіння – коли тепло підводиться до матеріалу через стінку, що їх розділяє.

3. Спеціальні види сушіння. Використовуються значно рідше через їх високу собівартість. Тут можна виділити такі види

а. Радіаційне сушіння – сушіння матеріалу під впливом інфрачервоних хвиль.

б. Діелектричне сушіння – сушіння матеріалу в полі струмів високої частоти.

в. Сублімаційне сушіння – коли волога із твердого стану переходить в газоподібний минаючи рідку фазу.

Камерна сушка

Призначення. Використовуються на виробництві малого масштабу для матеріалів, що допускають невисоку температуру сушіння, наприклад фарбників.

    Принцип дії. Матеріал в цих сушках сушиться на лотках (деках), що встановлені на стелажах чи вагонетках, що знаходяться всередині сушильної камери 1. На каркасі між вагонетками 2 встановлені козирки 3, які як би ділять простір камери на три розміщені одна в одній зони, вздовж яких послідовно рухається сушильний агент. Свіже повітря, нагрітий в зовнішньому калорифері 4, засмоктується вентилятором 5 і подається вниз камери сушарки. Тут він рухається (рух повітря зображено стрілками), двічі змінюючи напрям і двічі нагріваючись в проміжних калориферах 6 і 7. Частина відпрацьованого повітря за допомогою шибера 8 направляється на змішування зі свіжим. Таким чином, сушарка працює з проміжним підігрівом і частковою рециркуляцією повітря, тобто по варіанту, що забезпечує низьку температуру і більш м’які умови сушіння.

Переваги. Сушарка малогабаритна, може використовуватись на малих підприємствах. Простота конструкції. М’який режим сушіння, низька температура.

    Недоліки. Періодична дія. Внаслідок сушіння в нерухомому товстому шарі, сушарки цього типу мають низьку продуктивність і тривалість сушіння в них велика. Крім того сушіння в них нерівномірне із-за нерівномірності температур в камері., що виникає внаслідок часткового проходу повітря в вище розміщені зони найкоротшим шляхом (крізь зазори). Обслуговування потребує великих затрат ручної праці.

Тунельна сушарка

Призначення. Використовуються для сушіння великої кількості штучних матеріалів, наприклад керамічних виробів.

    Принцип дії. З’єднані між собою вагонетки поступово пересуваються на рейках вздовж дуже довгої камери прямокутного перерізу – (коридору). На вході і виході коридор має герметичні двері, які одночасно періодично відчиняються для завантаження і вивантаження матеріалу: вагонетка з висушеним матеріалом видаляється з камери, а з іншого боку в неї надходить нова вагонетка з вологим матеріалом. Переміщення вагонеток проводиться за допомогою троса і механічної лебідки. Сушильний агент рухається прямо током або протитоком до матеріалу, що висушується.

Переваги. Рівномірний режим сушіння. Безперервність дії.

    Недоліки. Низька продуктивність і тривалість сушіння. Довга і нерівномірна сушка. Обслуговування потребує великих затрат ручної праці.

Стрічкова сушарка

 

                                               

Призначення. Для висушування матеріалів.

    Принцип дії. В цих сушарках сушіння матеріалів проводиться безперервно при атмосферному тиску. В камері 1 сушарки шар матеріалу, що висушується рухається на нескінченній стрічці 2, натягнутій між ведучим 3 і відомим 4 барабанами. Вологий матеріал подається на один кінець стрічки, а підсушений видаляється з іншого боку. Сушка виконується гарячим повітрям або пічними газами, які рухаються протитоком або перехресним током по напрямку до руху матеріалу.

Переваги. При пересипанні матеріалу зі стрічки на стрічку збільшується поверхня його дотикання з сушильним агентом, що сприяє зростанню швидкості і рівномірності сушіння. Стрічкові сушарки можуть працювати по різним варіантам сушильного процесу.

    Недоліки. Стрічкові сушарки громіздкі складні в обслуговуванні головним чином із-за перекосів і розтягів стрічок. Їх питома продуктивність (на 1  стрічки) невелика, а питомі витрати тепла (на 1 кг випареної вологи) досить високі. Крім того, вони непридатні для сушіння пастоподібних матеріалів.

Петлева сушарка

 

Призначення. Сушіння пастоподібних матеріалів, а також тонких листових (наприклад паперу).

    Принцип дії. Безперервно діюча сушарка, що працює під атмосферним тиском. В сушарці для паст живильник 1 подає матеріал на нескінченну гнучку сітчату стрічку 2, яка проходить між вальцями 3, що обігріваються парою, що вдавлюють пасту всередину комірок стрічки.

    Стрічка з впресованим матералом потрапляє в сушильну камеру, де утворює петлі. Це досягається за допомогою шарнірно з’єднаних ланок стрічки і розташованих на ній через певні проміжки поперечних рейок, що спираються на ланцюговий конвеєр 4. За допомогою направляючого ролика 5 стрічка відводиться до автоматичного ударного пристрою 6, за допомогою якого висушений матеріал скидається зі стрічки і виводиться із сушарки розвантажувальним шнеком 7.

    Циркуляція повітря (або газів) виконується за допомогою осевих вентиляторів 8, частина яких (з одного боку камери) зображена на рис., причому гаряче повітря чи газ рухається поперек стрічки 2. Сушарка зазвичай працює по варіанту з проміжним підігрівом повітря і частковою рециркуляцією його по зонам.

Переваги. Сушіння проводиться в шарі невеликої товщини (рівній товщині ланок стрічки, що складають 5-20 мм) при двосторонньому омиванні стрічки гарячим повітрям і прогріві запресованого матеріалу металічним каркасом (сіткою), нагрітим вальцями 3. Це забезпечує велику швидкість сушіння.

    Недоліки. Складність конструкції. Значні експлуатаційні затрати.

 

 

                                          

 

 

Барабанна сушарка

 

 

Призначення. Для безперервного сушіння при атмосферному тиску кускових, зернистих і сипучих матеріалів (мінеральних солей, фосфоритів і ін.).

    Принцип дії. Сушарка має циліндричний барабан 1, встановлений з невеликим нахилом до горизонту (1/15 – 1/50), який спирається за допомогою бандажів 2 на ролики 3. Барабан приводиться в обертання електродвигуном через зубчату передачу 4 і редуктор. Число обертів барабану зазвичай не перевищує 5-8 ; його положення в осьовому напрямку фіксується упорними роликами 5. Матеріал подається в барабан живильником 6, попередньо підсушується, перемішується лопатнями 7 приймально-гвинтової насадки, а потім подається на внутрішню насадку, розташовану вздовж майже всієї довжини барабану. Насадка забезпечує рівномірний розподіл і хороше перемішування матеріалу по перерізу барабана, а також його тісний контакт при пересипанні з сушильним агентом – пічними газами. Гази і матеріал особливо часто рухаються прямо током, що допомагає запобігти перегріву матеріалу, так як в цьому випадку найбільш гарячі гази дотикаються до матеріалу, що має найбільшу вологість. Щоб запобігти підсиленого виносу пилу з газами останні просмоктуються крізь барабан вентилятором 8 з середньою швидкістю, що не перевищує 2-3 м/с. Перед викидом в атмосферу відпрацьовані гази очищують від пилу у циклоні 9. На кінцях барабану часто встановлюють ущільнюючі прилади (наприклад лабіринтні), що ускладнюють витоки сушильного агенту.

    Біля розвантажувального кінця барабану є підпірний пристрій у вигляді суцільного кільця або кільця, утвореного кільцеподібно розміщеними поворотними лопатками (у вигляді жалюзі). Призначення цього кільця – підтримувати певну ступінь заповнення барабану матеріалом; як правило, ступінь заповнення не перевищує 20%. Час перебування зазвичай регулюється часом обертання барабану і рідше – зміною кута його нахилу. Висушений матеріал видаляється з камери 10 крізь розвантажувальний пристрій 11, за допомогою якого герметизується камера 10 і попереджається потрапляння в неї повітря ззовні. Якби повітря потрапило в камеру, це призвело б до некорисному збільшенню продуктивності і енергії, що споживається вентилятором 8.

Переваги. Рівномірний безперервний режим сушіння.

    Недоліки. Складність конструкції та чистки.

 

                                

Сушарка з киплячим шаром

Призначення. В хімічній технології не лише для сушіння сильно сипучих зернистих матеріалів (наприклад мінеральних і органічних солей), але і матеріалів, що схильні до кумкання, наприклад для сульфату амонію, а також пастоподібних матеріалів, розчинів, розплавів. суспензій.

    Принцип дії. Матеріал, що висушується, подається з бункера 1 живильником 2 в шар матеріалу, «киплячого» на газорозподіляючій решітці 3 в камері 4 сушарки. Сушильний агент – гаряче повітря або пічні гази, розбавлені повітрям, який подається у змішувальну камеру 5 вентилятором 6, - проходить з заданою швидкістю крізь отвори решітки 3 і підтримує на ній матеріал в киплячому (псевдозрідженому) стані. Висушений матеріал висипається крізь штуцер 7 дещо вище гратки 3 і видаляється транспортером 8. Відпрацьовані гази очищуються від внесеного пилу в циклоні 9 і батарейному пиловловлювачі 10, після чого викидаються в атмосферу.

Переваги. Рівномірний та швидкий режим сушки. Матеріал з усіх боків контактує з сушильним агентом.

     Недоліки. Складність конструкції та очистки. Можливість забиття фільтрів пилом.

 

 

Вакуум-сушильна шафа

Призначення: Використо-вується для сушіння речовин, що легко окислюються, а також є вибухонебезпечними або виділяють шкідливу чи цінну пару.

Принцип дії: Вакуум-сушильна шафа являє собою циліндричну камеру 1, в якій розміщені пологі плити 2, які обігріваються парою або гарячою водою. Матеріал що висушується знаходиться в лотках, встановлених на плитах. Дід час роботи камера герметично зачинена і з’єднана з установкою для створення вакууму, наприклад з поверхневим конденсатором і вакуум-насосом. Завантаження та розвантаження матеріалу проводиться вручну.

Переваги: Економічність експлуатації. Можливість сушіння матеріалу при менших енерговитратах на нагрівання. Можливість сушіння вибухонебезпечних речовин та речовин, що легко окислюються.

Недоліки: Малоефективні, оскільки сушка в них проходить в нерухомому шарі в присутності поганих провідників тепла, щілин між деком і гріючими плитами. Використання ручної праці для розвантаження та завантаження, що значно сповільнює виробництво. Неперіодичність дії.

 

 

Гребкова вакуум-сушка

Призначення: Даний апарат використовується для висушування чутливих до високих температур, а також токсичних та вибухонебезпечних речовин, для отримання висушених продуктів високої чистоти, а також в тих випадках, коли необхідна конденсація пари неводних розчинників, що видаляються з матеріалів.

Принцип дії: Гребкова сушарка складається з циліндричного корпуса 1 з паровою рубашкою 2 і мішалки 3. Гребки мішалки закріплені на валу взаємно перпендикулярно; на одній половині довжини барабану гребки мішалки зігнуті в одну сторону, на другій половині – в протилежну. Мішалка має реверсний привід, який автоматично змінює кожні 5-8 хв. напрям його обертання. Тому при роботі мішалки матеріал (завантажений через люк 4) періодично переміщається від периферії до середини барабану і в зворотному напрямку. Вал мішалки може бути пологим і через нього можна здійснювати нагрівання матеріалу, що висушується. Труби 5, що вільно перекочуються між гребками, сприяють руйнуванню грудок і додатково перемішують матеріал. Розвантаження висушеного матеріалу проводиться через люк 6. Корпус сушарки з’єднаний з поверхневим або барометричним конденсатором і вакуум-насосом.

Переваги: Збільшення швидкості сушіння за рахунок перемішування матеріалу, що повільно обертається горизонтальною мішалкою з гребками. Працюють автоматично.

Недоліки: Складність конструкції.

Одновалкова сушарка

Призначення: Ви-користовується для висушування рідин і текучих густих матеріалів при атмосферному тиску або при розрідженні.

Принцип дії: В одновалкових сушарках всередині обертається один пологий барабан (валок) що обігрівається зсередини. Під ним знаходиться живлячий пристрій з мішалкою (на рис. не зображений). Матеріал ретельно перемішується в ванні живильного приладу і наноситься тонким шаром (товщиною 1-2 мм) на валок.

Переваги: Можливість висушування рідин і текучих густих матеріалів при атмосферному тиску або при розрідженні. Можливість сушіння в тонкому шарі (плівці) матеріалів, що не витримують тривалого впливу високих температур, наприклад фарбників.

Недоліки: Складність конструкції.

Двохвалкова сушарка

Призначення: Використовується для висушування рідин і текучих густих матеріалів при атмосферному тиску або при розрідженні.

Принцип дії: Основною частиною двохвалкових сушок є валки -2, 3, які повільно обертаються в кожусі 1 назустріч один одному. Зверху між валками безперервно подається матеріал, що висушується. Гріюча пара поступає через пологу цапфу всередині кожного із вальців, паровий конденсат відводиться через сифонну трубку 4. Ввід пари і вивід конденсату проводиться зі сторони, протилежної приводу 5. Валки також можуть обігріватись гарячою водою або високотемпературними органічними теплоносіями.

Матеріал покриває поверхню валків тонкою плівкою. Ширина щілини між валками регулюється шляхом переміщення ведомого валька 2, який має рухомі підшипники, відносно нерухомо встановленого ведучого валка 3. Висушування матеріалу відбувається інтенсивно в тонкому шарі протягом одного неповного оберту вальців. Плівка підсушеного матеріалу знімається ножами 6, розміщеними вздовж твірної кожного валка. Матеріал після валків проходить спочатку верхній досушувач 7, потім нижній досушувач 8 (внаслідок короткочасності сушки необхідно досушування матеріалу, що здійснюється в горизонтальних лопатках з паровим підігрівом).

Переваги: Безперервна дія. Автономність розвантаження і завантаження.

Недоліки: Складність конструкції. Значні затрати пари. Складність чистки.

ВИПаРні апарати

Випарюванням називають концентрування розчинів практично нелетких або малолетких речовин в рідких летких розчинниках.

При випарюванні зазвичай здійснюється часткове видолення розчинника із всього об’єму розчина при його температурі кипіння. Тому випарювання принципово відрізняється від випаровування, котре, як відомо, проходить з поверхні розчину при будь-яких температурах нижче температури кипіння.

Отримання висококонцентрованих розчинів, практично сухих і кристалічних продуктів здешевлює і полегшує їх транспортування і зберігання.

    Різні конструкції випарних апаратів, що застосовуються в промисловості, можна класифікувати по типу поверхні нагріву (змійовики, трубчатки різних видів) і по її розміщенню в просторі (апарати з вертикальною, горизонтальною, іноді з похилою поверхнею нагріву), по роду теплоносія (водяна пара, високотемпературні теплоносії, електричний струм і ін.), а також в залежності від того, рухається теплоносій ззовні чи в середині труб назріваючої камери. Однак більш суттєвою ознакою випарних апаратів, що характеризує інтенсивність їх дії, слід приймати вид і кратність циркуляції розчину.

Розрізняють випарні апарати з неорганізованою, або вільною, направленою, невимушеною і вимушеною циркуляцією розчину.

Випарні апарати також поділяють на апарати прямоточні, в яких випарювання розчину проходить за один його прохід крізь апарат без циркуляції розчину і апарати, що працюють з багатократною циркуляцією розчину.

Змієвиковий випарний апарат

 

Призначення. Випарювання розведених розчинів. Можливе випарювання невеликих кількостей хімічно агресивних речовин.

    Принцип дії. В корпусі 1 такого апарата розміщені парові змійовики 2, а в паровому просторі встановлено бризкоуловлювач 3. При проходженні крізь бризко-уловлювач потік вторинної пари змінює напрямок свого руху, і з нього виділяються унесені внесені парою краплі рідини.

Переваги. Велика поверхня теплообміну. Можливість випарю-вання хімічно агресивних речовин. Компактніші, порівняно з випарними апаратами з рубашкою і відрізняються дещо більшою інтенсивністю тепловіддачі. 

    Недоліки. Очистка і ремонт змійовиків значно ускладнені.

 

 

Теплообмінні апарати

    Теплообмінниками називають апарати, призначені для передачі тепла від одних речовин до інших. Речовини, що приймають участь в процесі передачі тепла, називають теплоносіями. Теплоносії, що мають більш високу температуру, ніж середовище яке нагрівається, і які віддають тепло, прийнято називати назріваючими агентами, а теплоносії, з більш низькою температурою, ніж середовище, від якого вони сприймають тепло, - охолоджуючими агентами.

    В залежності від способу передачі тепла розрізняють два основні типи теплообмінників:

1) поверхневі теплообмінники, в яких переніс тепла між середовищами, які обмінюються теплом проходить крізь розділяючи їх поверхню – глуху стінку;

2) теплообмінники змішування, в яких тепло передається від одного середовища до іншого при їх безпосередньому контакті.

Набагато рідше використовують в хімічній промисловості регенеративні теплообмінники, в яких нагрівання рідких середовищ проходить за рахунок їх контакту з раніше нагрітими твердими тілами – насадкою, яка заповнює апарат і періодично нагрівається другим теплоносієм.

Кожухотрубчатий одноходовий теплообмінник

 

       Призначення. Такі апарати раціонально використовувати коли швидкість процесу визначається величиною коефіцієнта тепловіддачі в між трубному просторі, а також в процесі випарювання рідини.

    Принцип дії. На рисунку зображено кожухотрубчатий тепло-обмінник жорсткої конструкції, який складається з корпуса, або кожуха 1, і приварених до нього трубних решіток 2. В тубних решітках закріплено пучок труб 3. До трубних решіток кріпляться (на прокладках і болтах) кришки 4.

У кожухотрубчатому тепло-обміннику один із теплоносіїв І рухається всередині труби (в трубному просторі), а інший теплоносій ІІ – у між трубному просторі. Теплоносії зазвичай направляють протитоком один до одного. При цьому теплоносій, який нагрівається направляють знизу догори, а теплоносій, що віддає тепло – в зворотному напрямку. Такий напрямок руху кожного з теплоносіїв співпадає з напрямком, в якому намагається рухатись даний теплоносій під впливом зміни його густини при нагріванні чи охолодженні.

    Крім того, при вказаних напрямках руху теплоносіїв досягається більш рівномірний розподіл швидкостей і ідентичні умови теплообміну по площі поперечного перерізу апарата. В протилежному випадку, при подачі більш холодного теплоносія згори теплообмінника, більш нагріта частина рідини, як більш легка, може збиратися в верхній частині апарата, створюючи «застійні» зони.

Преваги. Простота конструкції. Легкість монтажу та ремонту. Природний рух теплоносіїв. Великі швидкості рідини в трубах при великих об’ємних видатках.

    Недоліки. Для збільшення ефективності теплообміну необхідно збільшувати швидкість руху теплоносіїв. Це можна досягти зменшуючи діаметр трубок, але при цьому збільшиться довжина теплообмінника що погіршить умови монтажу та збільшить витрати матеріалу на виготовлення даної конструкції.