Конструкции теплообменников

Основные виды и классификация теплообменного оборудования.

РЕКУПЕРАТИВНЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ.

Лекция № 1

Аппараты, в которых среды обмениваются теплотой, называются теплообменными аппаратами.

Среды обменивающиеся теплотой называются теплоносителями.

Все теплообменники по принципу действия делятся на поверхностные и контактные аппараты. В поверхностных теплообменниках теплота от среды с более высокой температурой передается твердой стене (насадке), а от нее – более холодной среде. В контактных аппаратах теплообмен осуществляется при непосредственном соприкосновении теплоносителей и, как правило, сопровождаются переносом массы.

Классификация теплообменников.

Тепломассообменные процессы и установки имеют самое разнообразное технологическое назначение при различных температурных уровнях.

Их можно разделить на высокотемпературные, среднетемпературные, низкотемпературные и криогенные.

К высокотемпературным относятся огенетехнические процессы и установки (промышленные печи и т.п.). Им соответствуют температуры от 400 до 2000^оС.

Температурный диапазон среднетемпературных процессов и установок (сушки, перегонки, выпарки) находятся в пределах 120-170^оС.

К низкотемпературным системам относятся процессы, проводимые при температурах от –50 до +120^оС.

Процессы и установки с более низкими температурами называют криогенными.

К тепломассообменным процессам относятся тепловые процессы, выпаривание, сушка, кристаллизация, массообменные процессы (перегонка, абсорбция, адсорбция)

Основными элементами тепломассообменных установок являются теплообменные и тепломассообменные аппараты, камеры и другие устройства.

Теплообменный аппарат (ТА) – устройство, в котором осуществляется передача теплоты от одной среды к другой.

Аппараты в которых среды обмениваются массой называют массообменными аппаратами.

Аппараты в которых одновременно протекают тепло и массообмены называют тепломассобменными аппаратами.

Среды, обменивающиеся теплотой называют теплоносителями.

Теплообменные аппараты различают по назначению, принципу действия, фазовому состоянию теплоносителей, конструктивным и другим признакам.

Рис. 1. Рекуперативный теплообменник

По принципу работы ТА делятся на поверхностные (рекуперативные и регенеративные) и контактные.

К рекуперативным относятся теплообменные аппараты, в которых передача теплоты от одной среды к другой осуществляется через глухую разделительную стенку (рис.1.1).

К регенеративным относятся теплообменные аппараты, в которых с одной и той же поверхности теплообмена попеременно соприкасаются два или более теплоносителей (рис.1.2).

Рис. 2 Регенеративный теплообменник:

а – технологические газы; б – дымовые газы

В регенеративном ТА поверхность теплообмена по очереди омывается то греющим агентом (дымовыми газами), то нагреваемым (технологическим газом). В качестве поверхности теплообмена используется теплоаккумулирующая насадка в виде шаров, колец, кирпичей и т.п.

Поверхность теплообмена регенеративного ТА может быть выполнена переключающейся (рис.1.2) или вращающейся.

К контактным теплообменникам относятся аппараты, в которых передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется при их непосредственном контакте (рис.1.3).

Рис. 3. Контактный теплообменник

Породу теплоносителей различают ТА: жидкость – жидкость, пар – жидкость, газ – жидкость, пар – газ, газ – газ.

В зависимости от изменения агрегатного состояния теплоносителей ТА делят:

- без изменения агрегатного состояния;

- с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя;

- с изменением агрегатного состояния обоих теплоносителей.

В ТА могут протекать различные процессы теплообмена: нагрев, охлаждение, кипение, конденсация, выпаривание и т.д.

В зависимости от этих процессов и назначения аппаратов ТА делят на подогреватели: холодильники; испарители, конденсаторы; градирни для охлаждения воды в оборотном водоснабжении предприятий; оросительные камеры кондиционеров; теплообменники – утилизаторы и т.п., радиаторы.

К теплообменным аппаратам относятся скрубберы, применяемые для осушки, увлажнения и очистки газов от пыли, сушильные камеры, градирни, ректификационные колонны, абсорберы и т.п.

В отдельную группу выделяют химические реакторы – аппараты, в которых протекают химические реакции, сопровождающиеся тепломассообменными процессами.

По роду теплового режима ТА могут быть со стационарными и нестационарными процессами теплообмена. Рекуперативные ТА в основном работают в установившемся стационарном режиме, а регенеративные – в нестационарном режиме.

По характеру движения теплоносителей относительно теплообменной поверхности ТА делят на три типа: с естественной циркуляцией; с принудительной циркуляцией; с движением сил под действием гравитации.

К ТА с естественной циркуляцией относятся испарители, выпарные аппараты. Теплоноситель движется благодаря разности плотностей жидкости.

К ТА с принудительной циркуляцией относятся рекуперативные теплообменники непрерывного действия, выпарные аппараты, испарители.

К аппаратам с движением сил под действием гравитации - конденсаторы, оросительные теплообменники. По режиму работы: аппараты периодического и непрерывного действия.

В зависимости от взаимного перемещения теплоносителей относительно поверхности тепломассообмена аппараты называют прямоточным, противоточным, перекрестноточным или аппаратом со сложной схемой движения теплоносителей.

Развитие техники и технологии привело к созданию теплообменников, в которых теплота передается от одного теплоносителя к другому с помощью промежуточного теплоносителя.

Рис. 4. Теплообменник с твердым сыпучем теплоносителем.

К таким аппаратам относятся теплообменники на тепловых трубах, термосифоны.

К ним относятся и ТА с промежуточным твердым сыпучим теплоносителем, не меняющим агрегатного состояния.

Наиболее разнообразна классификация рекуперативных теплообменников по конструктивным признакам. Можно выделить ТА, изготовленные из листа, трубчатые и с неметаллической поверхностью теплообмена. Наиболее распространенными теплообменниками, изготовленными из листа являются: спиральные и пластинчатые. Наиболее распространенными теплообменниками, изготовленными из труб, являются: змеевиковые, кожухотрубчатые, секционные, аппараты типа «труба в трубе», оросительные, аппараты воздушного охлаждения (АВО), ребристые. К аппаратам с поверхностью теплообмена из неметаллических материалов являются: с эмалированной поверхностью, стеклянные, графитовые, из фторопласта, графитопласта. Эти аппараты применяются, когда теплоносителями являются коррозионно-активные среды. Устройства, принцип действия и область применения части из названных аппаратов рассматриваются ниже.

Дата добавления: 2014-01-20