Основные способы увеличения интенсивности теплообмена

1. Уменьшение толщины теплового пограничного слоя в результате турбулизации за счет повышения скорости движения потоков или другого вида воздействия (например, разбивкой пучка трубок на ходы и установкой межтрубных перегородок).

2. Улучшение условий отвода неконденсирующихся газов или конденсата при паровом обогреве.

3. Создание благоприятных условий для обтекания потоком поверхности нагрева, при которых она вся активно участвует в теплообмене.

4. Обеспечение оптимальных значений температур, термических сопро­тивлений и т. д.

Эффективность кожухотрубчатых теплообменных аппаратов повышается с увеличением скорости движения теплообмениваюшихся потоков и степени их турбулентности.

При неизменной производительности аппарата увеличение скорости движения жидкости в трубках достигается размещением в крышках распределительной камеры перегородок, что изменяет число ходов потока жидкости, проходящей через трубки. В промышленной практике используют аппараты с различным числом ходов, исходя из технологической потребности установки.

Для повышения скорости движения потоков в межтрубном пространстве и обтекаемости поверхности теплообмена, создания большей турбулентности потоков и организации движения теплоносителя в направлении, перпендикулярном оси труб, в кожухотрубчатых теплообменных аппаратах устанавливают специальные поперечные перегородки. Они выполняют также роль опор трубчатого пучка, фиксируют трубы на заданном расстоянии одна от другой и уменьшают вибрацию труб.

Теплообменники типа «труба в трубе» состоят из ряда наружных труб большего диаметра и расположенных внутри их труб меньшего диаметра (рис.9.11). Внутренние и внешние трубы элементов соединены друг с другом последовательно с помощью колен и патрубков. Один из теплоносителей - I - движется по внутренней трубе, а другой – II – по кольцевому каналу, образованному внутренней и внешней трубами. Теплообмен осуществляется через стенку внутренней трубы.

В этих теплообменниках достигаются высокие скорости теплоносителей как в трубах, так и в межтрубном пространстве. При необходимости создания больших площадей поверхностей теплопередачи теплообменник составляют из нескольких секций, получая батарею.

а

б

Рис. 9.11. Теплообменник типа «труба в трубе»:

1 – наружная труба; 2 – внутренняя труба; 3 – колено; 4 - патрубок; 5 – фланец.

Преимущества этих теплообменников: высокий коэффициент теплопередачи вследствие большой скорости обоих теплоносителей, простота изготовления.

Недостатки этих теплообменников заключаются в громоздкости, высокой металлоемкости, трудности очистки межтрубного пространства.

Теплообменники типа «труба в трубе» применяют при небольших расходах теплоносителей для теплообмена между двумя жидкостями и между жидкостью и конденсирующимся паром.

Погружные змеевиковые теплообменники представляют собой трубу, согнутую в виде змеевика и погруженную в аппарат с жидкой средой (рис.9.12). Теплоноситель движется внутри змеевика. Змеевиковые теплообменники изготовляют с плоским змеевиком или со змеевиком, согнутым по винтовой линии.

Рис.9.12. Змеевиковый теплообменник:

1 – змеевик; 2 – корпус; 3, 4, 5, 6 - патрубки.

Преимущество змеевиковых теплообменников – простота изготовления. В то же время такие теплообменники громоздки и трудно поддаются очистке. Погружные теплообменники применяют для охлаждения и нагрева конденсата, а также для конденсации паров.

Спиральные теплообменники состоят из двух спиральных каналов прямоугольного сечения, образованных металлическими листами (рис.9.13). Внутренние концы спиралей соединены перегородкой. С торцов каналы закрыты крышками и уплотнены прокладками. У наружных концов каналов предусмотрены патрубки для входа и выхода теплоносителей, два других патрубка приварены к плоским боковым крышкам.

Рис. 9.13. Спиральный теплообменник:

1 – крышка; 2 – перегородка; 3, 4 – металлические листы.

Такие теплообменники используют для теплообмена между жидкостями и газами. Эти теплообменники не забиваются твердыми частицами, взвешенными в теплоносителях, поэтому их применяют для теплообмена между жидкостями со взвешенными частицами, например для охлаждения бражки на спиртоперегонных заводах.

Спиральные теплообменники компактны, позволяют проводить процесс теплопередачи при высоких скоростях теплоносителей с высокими коэффициентами теплопередачи; гидравлическое сопротивление спиральных теплообменников ниже сопротивления многоходовых аппаратов при тех же скоростях теплоносителей.

Недостаток спиральных теплообменников – сложность изготовления, ремонта и очистки.

Пластинчатые теплообменники (рис. 9.14а) монтируют на раме, состоящей из верхнего и нижнего несущих брусков, которые соединяют стойку с неподвижной плитой. По направляющим стяжным шпилькам перемещается подвижная плита. Между подвижной и неподвижной плитами располагается пакет стальных штампованных гофрированных пластин, в которых имеются каналы для прохода теплоносителей. Уплотнение пластин достигается с помощью заглубленных прокладок, которые могут выдерживать высокие рабочие давления. Теплоносители к каналам образованным пластинами, проходят по чередующимся каналам сквозь разделенные прокладками отверстия.

Рис.9.14. Пластинчатый теплообменник (а) и принцип его действия (б)

Принцип действия пластинчатого теплообменника показан на рис. 9.14, б. Как видно из этой схемы, теплообмен происходит в противотоке, причем каждый теплоноситель движется вдоль одной стороны пластины.

Пластинчатые теплообменники используют в качестве нагревателей, холодильников, а также комбинированных теплообменников для пастеризации и стерилизации. Эти теплообменники можно собирать в виде многоступенчатых агрегатов.

Пластинчатые теплообменники компактны, обладают большой площадью поверхности теплопередачи, что достигается гофрированием пластин.

Значительная эффективность обусловлена большой величиной отношения площади поверхности теплопередачи к объёму теплообменника. Это достигается благодаря высоким скоростям теплоносителей, а также турбулизации потоков гофрированными поверхностями пластин и низкому термическому сопротивлению стенок пластин.

Эти теплообменники изготавливают в виде модулей, из которых может быть собран теплообменник с площадью поверхности теплопередачи, необходимой для осуществления технологического процесса.

К недостаткам относятся сложность изготовления, возможность забивания поверхностей пластин взвешенными в жидкости твёрдыми частицами.

Ключевые слова и выражения

Теплоносители; нагревающий агент; охлаждающий агент; «глухой» и «острый» пар;теплообменники-кожухотрубчатые, типа «труба в трубе», змеевиковые, пластинчатые.

Вопросы для самопроверки:

1. Дайте классификацию теплообменных аппаратов?

2. Опишите устройство и принцип действия кожухотрубчатых теплообменников (одноходовых и многоходовых)?

3. Перечислите области применения змеевиковых и пластинчатых теплообменников.

4. Опишите устройство и принцип действия спиральных теплообменников?

Лекция №10

ВЫПАРИВАНИЕ

ПЛАН:

1. ВЫПАРИВАНИЕ

2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ.