10. Теплообменные аппараты

10.1 Общие сведения о теплообменных аппаратах

Во многих отраслях промышленности используют устройства, в которых осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями или между теплоносителями и твердыми телами (стенкой, насадкой)ю Такие устройства называются теплообменными аппаратами.

Теплообменный аппарат ( теплообменник ) - это устройство, предназначенное для нагревания, охлаждения или изменения агрегатного состояния теплоносителя.

Устройства, в которых осуществляется процесс массообмена (т.е. имеет место взаимное проникновение веществ), называют массобменными аппаратами. В тепломассообменных аппаратах процессы массо и теплообмена протекают одновременно.

Чаще всего в теплообменных аппаратах (ТОА) осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другому, т.е. нагревание одного теплоносителя происходит за счет охлаждения другого.

Теплообменники с двумя теплоносителями по принципу действия подразделяются на три основные группы:

1) рекуперативные;

2) регенеративные;

3. с месительные.

1) Рекуперативные ТОА - аппараты, в которых теплота от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку.

Стенка, которая омывается с обеих сторон теплоносителями, называется рабочей поверхностью теплообменника. Она выполняется из материала с хорошей теплопроводностью ( меди, стали, латуни, сплавов алюминия и т.д.).

Наиболее распространены трубчатые теплообменники, в которых один теплоноситель движется в трубах, а другой в межтрубном пространстве. В таких ТОА горячий и холодный теплоносители не контактируют, поэтому можно использовать самые разнообразные их сочетания.

Рекуперативные теплообменники подразделяются в зависимости от направления движения теплоносителей на:

а) прямоточные - если теплоносители движутся в одинаковом направлении;

б) противоточные - если теплоносители движутся в противоположном направлении;

в) с перекрестным током - если теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях. Возможен многократный перекрестный ток.

а ) б) в) г)

Р исунок 10.2 - Схемы движения теплоносителей : - горячий теплоноситель; - холодный теплоноситель.

На практике встречаются более сложные схемы движения теплоносителей , включающие различные комбинации основных .

К рекуперативным теплообменникам можно отнести также теплообменники с промежуточным теплоносителем .

2. Регенеративные ТОА- аппараты , в которых поверхность нагрева периодически омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При этом теплота, отнимаемая от греющего теплоносителя, периодически передается нагреваемой среде. В качестве поверхности нагрева в таких теплообменных аппаратах используется твердый, достаточный массивный материал (кирпичи, различные засыпки, листы металла). Режим работы генераторов в отличии от рекуператоров нестационарный, периодический .

Р

Горячие

газы

Нагретый

воздух

Охлажденные

газы

Холодный

воздух

егенераторы и рекуператоры по способу передачи теплоты относятся к поверхностным теплообменникам.

3

Рисунок 10.3 - Регенеративный подогреватель воздуха периодического действия с переключением потоков, движущихся через насадку

) Смесительные ТОА - аппараты, в которых теплота передается при непосредственном смешении охлаждаемой и нагреваемой среды (контактные теплообменники). Они просты и компактны.

Используются смесительные теплообменники для легко разделяющихся теплоносителей их тщательно перемешивают, жидкости разбрызгивают или разбивают на мелкие струи.

Из всех типов теплообменников наиболее широкое распространение получили рекуперативные.