напряжений

Преимущества кожухотрубных теплообменников заключаются в компактности, невысоком расходе металла, легкости очистки труб изнутри (за исключением теплообменника с U-образными трубами).

Недостатки этих теплообменников: сложность достижения высо­ких скоростей теплоносителей, за исключением многоходовых теп­лообменников; трудность очистки межтрубного пространства и малая доступность его для осмотра и ремонта; сложность изготовле­ния из материалов, не поддающихся развальцовке и сварке, напри­мер из чугуна и ферросилида.

Теплообменники типа «труба в трубе» состоят из ряда наружных труб большего диаметра и расположен­ных внутри их труб меньшего диаметра (рис. 5). 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.

1 – наружная труба; 2 – внутренняя труба; 3 – колено; 4 патрубок; I, II - теплоносители

Рисунок 5. Теплообменник типа «труба в трубе»

Преимущества теплообменников типа «труба в трубе»: 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. 6). Теплоноси­тель движется внутри змеевика. Змеевиковые теплообменники изготовляют с плоским змеевиком или со змеевиком, согнутым по винтовой линии.

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.

1 — змеевик; 2 — корпус

Рисунок 6. Погружной змеевиковый теплообменник

Оросительные теплообменники используют для охлаждения жидкостей, газов и конденсации паров. Состоят они (рис.7) из нескольких расположенных одна над другой труб, соединенных коленами. По трубам протекает охлаждаемый тепло­носитель. Охлаждающая вода поступает в распределительный желоб с зубчатыми краями, из которого равномерно перетекает в верхнюю трубу теплообменника и на расположенные ниже трубы.

1 — распределительный желоб; 2 — труба, 3 — колено; 4 — стойка; 5 — сборный желоб

Рисунок 7. Оросительный теплообменник

Часть охлаждающей воды испа­ряется с поверхности труб. Под нижней трубой находится желоб для сбора воды. Коэффициент теплопередачи в таких теплооб­менниках невелик.

Оросительные теплообмен­ники просты по устройству, но металлоемки. Обычно их уста­навливают на открытом возду­хе.

Спиральные теплообменники состоят из двух спи­ральных каналов прямоугольного сечения, образованных металли­ческими листами (рис. 14.18). 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.

1 — крышка; 2 — перегородка; 3,4 — металли­ческие листы

Рисунок 8. Спиральный теплообменник

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 с 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,а) монтируют на раме, состоящей из верхнего и нижнего несущих брусов, 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.

1 — верхний несущий брус, 2 — неподвижная плита; 3 — пластина; 4 — подвижная плита; 5 — нижний несущий брус; б — направляющая стяжная шпилька; 7 — стойка

Рисунок 9. Пластинчатый тепло­обменник (а) и принцип его дей­ствия (б)

Рисунок 11. Секция калорифера

Для оребрения поверхности используют стальные круглые или прямоугольные шайбы, которые приваривают в основном к трубам. В трубчатых теплообменниках применяют поперечные или про­дольные ребра.

Примером оребренного теплообменника может служить калори­фер, используемый для нагрева воздуха греющим водяным паром. На рис. 11 показана секция парового калорифера. Пар поступает в трубы, где конденсируется, отдавая теплоту воздуху, который омывает пластины калорифера.

Оребрение вне­шней поверхности труб значительно увеличивает количество тепло­ты, переданной от пара к воздуху.

1 — корпус; 2 — рубашка

Рисунок 12. Аппарат с рубашкой

Рисунок 13. Варианты приварных змееви­ков

В теплообменных аппаратах с рубашками (автоклавах)передача теплоты от теплоносителя к стенкам аппарата происходит при омывании внешних стенок корпуса тепло­носителем. На рис. 12 представлен аппарат с рубашкой, которая приварена к стенкам аппарата. В пространстве между рубашкой и корпусом циркулирует теплоноситель, который обогревает среду, находящуюся в аппарате. Иногда вместо сплошной рубашки к кор­пусу аппарата приваривают змеевик. На рис. 14.23 показаны варианты приваренных к корпусу аппарата змеевиков.

Регенеративные теплообменникисостоят из двух секций, в одной из которых теплота передается от теплоносителя промежуточному материалу, в другой — от промежуточного материала технологичес­кому газу. Примером регенеративной теплообменной установки является установка непрерывного действия с циркулирующим зер­нистым материалом (рис. 14), который выполняет функцию переносчика теплоты от горячих топочных газов к холодным техно­логическим. Установка состоит из двух теплообменников, каждый из которых представляет собой шахту с движущимся сверху вниз сплошным потоком зернистого материала. В нижней части каждого теплообменника имеется газораспределительное устройство для равномерного распределения газового потока по сечению теплооб­менника. Выгрузка зернистого материала из теплообменника происходит непрерывно с помощью шлюзового затвора. Охлажден­ный зернистый материал из второго теплообменника поступает в пневмотранспортную линию, по которой воздухом подается в бун­кер — сепаратор, где частицы осаждаются и вновь поступают в пер­вый теплообменник.

Смесительные теплообменникибывают мокрого и сухого типов. Теплота в них передается от одного теплоносителя к другому при их смешении.

Мокрый прямоточный конденсатор (рис. 15) предназначен для конденсации пара водой. Охлаждающая вода вво­дится в конденсатор через сопла. Распыление воды значительно уве­личивает площадь поверхности теплообмена между паром и водой. При взаимодействии капелек воды с паром пар конденсируется. Конденсат, вода и несконденсировавшиеся газы откачиваются из конденсатора мокровоздушным насосом.

1,2 — теплообменники; 3 — шлюзовой затвор; 4 — газодувка; 5 — пневмотранспортная линия; 6 — распределитель газа; 7—сепаратор

Рисунок 14. Установка с циркулирующим зернистым материалом

1 — корпус; 2 — крышка; 3 — распиливающее сопло; 4—мокровоздушный насос; 5—штуцер

Рисунок 15. Прямоточный конденсатор

В противоточном сухом конденсаторе сме­шения (рис. 16) взаимодействие пара и охлаждающей воды происходит в противотоке. Охлаждающая вода поступает на верх­нюю перфорированную тарелку конденсатора, а пар — под ниж­нюю тарелку. Вода протекает с тарелки на тарелку в виде тонких струй через отверстия и борта. Взаимодействие пара с жидкостью происходит в межтарельчатом объеме конденсатора. Образовав­шийся в результате конденсации пара конденсат вместе с водой выводится через барометрическую трубу, конец которой опущен в колодец, а воздух отсасывается через ловушку вакуум-насосом. В связи с этим такие конденсаторы иногда называют барометрически­ми.

Процесс конденсации в барометрических конденсаторах проте­кает под вакуумом. Обычно абсолютное давление в них составляет 0,01...0,02 МПа.

Для уравновешивания разности давлений в барометрическом конденсаторе и атмосферного служит столб жидкости, находящейся в барометрической трубе.

1 — корпус; 2—тарелка; 3 — барометрическая тру­ба; 4 — колодец; 5 — ловушка

Рисунок 16. Барометрический конденсатор

Размеры барометрического конденсатора зависят от диаметра барометрической трубы и определяются по соответствующим спра­вочным материалам.

контрольные вопросы

1. классификация теплообменников по принципу действия.

2. Виды секционирования кожухотрубных тепло­обменников.

3. Как компенсируют температурные удли­нения в кожухотрубных тепло­обменниках.

4. Преимущества теплообменников типа «труба в трубе».

5. Недостатки спиральных теплообменников.

6. Суть гофрирования пластин в пластинчатых теплообменных аппаратах.

7. Что называют автоклавом.

литература

1. Кавецкий Г. Д. , Васильев Б. В., Процессы и аппараты пищевой технологии, - М.: Колос, 2007. -555с.

2. Плаксин Д. С. Процессы и аппараты пищевых производств, - М.: «Информагротех», 2006. -735с.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 300; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!