Вопрос 4. Основные типы конденсаторов

По способу охлаждения различают конденсаторы смешения и поверхнос­тные конденсаторы.

Смесительные теплообменные аппараты. Смесительные теплообмен-ные аппараты, в которых осуществляется конденсация каких-либо паров холодной жидкостью, называют конденсаторами смешения. В них переда­ча теплоты от одного теплоносителя к другому происходит при их непос­редственном соприкосновении и смешении. Для улучшения теплообмена между водой и паром поверхность соприкосновения между ними увеличи­вают путем распределения воды в паровом пространстве в виде капель, струек и т. д.

В зависимости от способа отвода воды, конденсата и неконденсирую­щихся газов конденсаторы смешения делятся на мокрые и сухие. В мок­рых конденсаторах охлаждающая вода, образующийся конденсат и некон­денсирующиеся газы (воздух) откачиваются из аппарата мокровоздушным насосом совместно.

В сухих конденсаторах охлаждающая вода и конденсат выводятся из ниж­ней части аппарата самотеком по одной трубе, а неконденсирующиеся газы откачиваются отдельно вакуум-насосом из верхней части аппарата.

По конструктивному устройству смесительные теплообменные аппараты разделяют на полочные, насадочные, полые с разбрызгивателями охлажда­ющей жидкости и струйные.

Сухой противоточный полочный барометрический конденсатор с сегмен­тными полками работает при противоточном движении охлаждающей воды и пара (рис. 4, а). В цилиндрический корпус 1 с сегментными полками 2 снизу через штуцер поступает пар. Охлаждающая вода подается в конденса­тор через штуцер, расположенный в верхней части, и каскадно перетекает по полкам 2, имеющим невысокие борта.

Рис.4. Сухой противоточный барометрический конденсатор:

Пар подается через патрубок в нижней части конденсатора и движется в аппарате противото­ком к охлаждающей воде. При соприкоснове­нии с водой пар конденсируется.

Основная масса воды вытекает через отверс­тия в полке тонкими струями. Часть воды пере­текает через борт на нижележащую полку.

Вода и конденсат выводятся из нижней час­ти аппарата по барометрической трубе, а воздух отсасывается из верхней части.

В барометрических конденсаторах иногда вмес­то сегментных полок применяются полки, пред­ставляющие собой чередующиеся круглые диски и кольца (рис.4, б), а также ситчатые сегментные полки. Через отверстия последних вода стекает каплями, вследствие чего увеличивается поверх­ность ее соприкосновения с паром, но отверстия ситчатых тарелок могут легко засоряться.

В сухом насадочном конденсаторе охлаж­дающую воду подают через распределитель­ное устройство 3 в верхней части аппарата (рис. 5).

Рис.5. Сухой насадочный конденсатор:

Далее она растекается по насадке 2, при этом поверхность воды значительно увеличи­вается. Пар движется противотоком к воде. Вода и конденсат выводятся из нижней час­ти аппарата, а воздух отсасывается из верх­ней части.

Полые аппараты с разбрызгивателями ох­лаждающей жидкости применяют для конден­сации паров и охлаждения газов (рис.6). Мокрый полый конденсатор с разбрызгивателем воды 2 выполнен в виде вертикальной трубы с отверстиями. Охлаждающая вода вытекает из отверстий в виде тонких струй, образующих в аппарате сплошную водяную завесу. Пар на кон­денсацию вводится в верхнюю часть аппарата. Вода, конденсат и воздух откачиваются совмест­но из нижней части аппарата мокровоздушным насосом. Конструктивное оформление разбрыз­гивателей весьма разнообразно.

Рис.6. Мокрый конденсатор с разбрызгивателем:

1-корпус; 2-разбрызгиватель воды

В качестве конденсаторов часто используют одноходовые и многоходовые кожухотрубные теплообменники.

В одноходовом теплообменнике один поток теплоносителей движется параллельно во всех трубах, другой — в межтрубном пространстве параллельно трубам. В многоходовом (по трубному пространству) теплооб­меннике (рис.7, а) пучок труб разделен на несколько секций (ходов), по которым теплоноситель I проходит последовательно. Разбивка труб на секции осуществляется перегородками 2 в верхнем и нижнем днищах 1 теплообмен­ника. Путь теплоносителя I по четырем ходам показан стрелками.

Этим достигается повышение скорости теплоносителя, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи в трубном пространстве.

На рис. 7, б показан многоходовый горизонтальный теплообменник, в котором увеличение скорости теплоносителя I в межтрубном пространстве достигается установкой ряда направляющих перегородок 2.

Рис.7. Многоходовые кожухотрубные теплообменники:

а-вертикальный (по трубному пространству); 1-днище; 2-перегародки; б-горизонтальный (по межтрубному пространству); 1-кожух; 2-направляющие перегородки; І, ІІ-теплоносители.

Из двух теплоносителей, движущихся по трубному и межтрубному про­странствам, нужно, в первую очередь, увеличивать скорость того, который при теплообмене имеет большее термическое сопротивление и, следователь­но, обменивается теплотой при меньших значениях коэффициента теплоот­дачи. В рассмотренных кожухотрубных теплообменниках трубы жестко закреплены в трубной решетке. Вследствие разности темпера­тур между кожухом и трубами в них возникают температурные напряже­ния, которые могут привести к разрушению аппарата. Теплообменники с жестким креплением труб в трубной решетке надежно работают при разно­стях температур 25...30°С. Если эта разность превышает указанные преде­лы, применяют теплообменники с различными компенсаторами темпера­турных удлинений.

На рис.8, а, б показаны теплообменники с «плавающей» головкой, в которых одна из трубных решеток не соединена с кожухом и может свободно перемещаться вдоль оси при температурных удлинениях.

В теплообменнике на рис. 8, а «плавающая» головка открытого ти­па, на рис. 8, б — закрытого.

На рис.8, в показан теплообменник с линзовым компенсатором на корпусе. Температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением этого компенсатора. Такие теплообменники применяют при температурных деформациях, не превышающих 10...15мм, и при давлении в межтрубном пространстве не выше 0,25 МПа.

В теплообменнике с сальниковым компенсатором (рис. 8, г) одна из трубных решеток при температурных расширениях может свободно пере­мещаться вдоль оси. Уплотнение патрубка, по которому выводится из теп­лообменника теплоноситель I, достигается установкой на верхнем днище сальника 4.

В теплообменнике с U-образными трубами (рис. 8, д) оба конца труб закреплены в одной трубной решетке. Каждая труба может свободно удли­няться независимо от других; при этом температурные напряжения не воз­никают.

В теплообменнике с двойными трубами (рис. 8, е) каждый из теплооб-менных элементов состоит из двух труб: трубы 6 с закрытым нижним концом и расположенной внутри нее трубы 7 с открытыми концами. Верхний конец тру­бы 7 закреплен в верхней трубной решетке, верхний конец трубы 6 — в ниж­ней. Теплоноситель I поступает в трубу 7 сверху и, пройдя ее, движется далее по кольцевому каналу между трубами 6 и 7. Теплообмен между теплоносителями I и II осуществляется через стенку трубы 6. Каждая из труб 7 и б может свобод­но удлиняться без возникновения температурных напряжений.

Очень важным фактором, определяющим работу теплообменников, являет­ся скорость движения теплоносителей. При увеличении скорости возрастает интенсивность теплообмена, но увеличивается гидравлическое сопротивление. Оптимальные скорости обычно соответствуют устойчивому турбулентному ре­жиму движения теплоносителей и в большинстве случаев лежат в пределах 0Д...2,0м/с для жидкостей и 2...20кг/(м² • с) — для газов.

Дата добавления: 2014-01-04