Двухтрубные теплообменники типа «труба в трубе»

Теплообменники этого типа состоят из ряда последовательно соединенных звеньев. Каждое звено представляет со­бой две соосные трубы. Для удобства чистки и замены внутрен­ние трубы обычно соединяют между собой «калачами» или ко­ленами. Двухтрубные теплообменники, имеющие значительную поверхность нагрева, состоят из ряда секций, параллельно соеди­ненных коллекторами. Если одним из теплоносителей является насыщенный пар, то его, как правило, направляют в межтрубное (кольцевое) пространство. Такие теплообменники часто приме­няют как жидкостные или газо-жидкостные. Подбором диамет­ров внутренней и наружной труб можно обеспечить обеим ра­бочим средам, участвующим в теплообмене, необходимую ско­рость для достижения высокой интенсивности теплообмена.

Преимущества двухтрубного теплообменника: высокий коэф­фициент теплоотдачи, пригодность для нагрева или охлаждения

Витые теплообменники Поверхность нагрева витых теп­лообменников компонуется из ряда концентрических змеевиков, заключенных в кожух и закреплен­ных в соответствующих головках. Теплоносители движутся по трубно­му и межтрубному пространствам. Витые теплообменники широко при­меняют в аппаратуре высокого дав­ления для процессов разделения га­зовых смесей методом глубокого ох­лаждения. Эти теплообменники ха­рактеризуются способностью к само­компенсации, достаточной для восприятия деформации от тем­пературных напряжений.

Погружные теплообменники

Теплообменники этого типа состоят из плоских или цилин­дрических змеевиков (аналогично витым), погруженных в сосуд с жидкой рабочей средой. Вследствие малой скорости смывания жидкостью и'низкой теплоотдачи снаружи змеевика погружные теплообменники являются недостаточно эффективными аппара­тами. Их целесообразно использовать, когда жидкая рабочая среда находится в состоянии кипения или имеет механические включения, а также при необходимости применения поверхности нагрева из специальных материалов (свинец, керамика, ферро-силид и др.), для которых форма змеевика наиболее приемлема.

Оросительные теплообменники

Оросительные теплообменники представляют собой ряд рас­положенных одна над другой прямых труб, орошаемых снаружи водой. Трубы соединяют сваркой или на фланцах при помощи «калачей». Оросительные теплообменники применяют главным образом в качестве холодильников для жидкостей и га­зов или как конденсаторы. Орошающая вода равномерно подает­ся сверху через желоб с зубчатыми краями. Вода, орошающая трубы, частично испаряется, вследствие чего расход ее в ороси­тельных теплообменниках несколько ниже, чем в холодильниках других типов. Оросительные теплообменники — довольно гро­моздкие аппараты; они характеризуются низкой интенсивностью теплообмена, но просты в изготовлении и эксплуатации. Их при­меняют, когда требуется небольшая производительность, а также при охлаждении химически агрессивных сред или необходимо­сти применения поверхности нагрева из специальных материалов (например, для охлаждения кислот применяют аппараты из кис­лотоупорного ферросилида, который плохо

28. Теплообменные аппараты: выпарные аппараты. Типовые конструкции, принцип действия. Строгой и обще­принятой классификации выпарных аппаратов нет, однако их можно классифицировать по ряду признаков:

1. по расположению поверхности нагрева — на горизонтальные, вертикальные и реже наклонные;

2. по роду теплоносителя — с паровым обогревом, газовым обогревом, обогревом высокотемпературными теплоносителями (масло, даутерм, вода под высоким давлением), с электрообо­гревом (чаще всего применяют паровой обогрев, поэтому в даль­нейшем внимание будет уделено аппаратам с паровым обогревом);

3. по способу подвода теплоносителя — с подачей теплоносителя внутрь трубок (кипение в большом объеме) или в межтрубное пространство (кипение внутри кипятильных труб);

4. по режиму циркуляции — с естественной и искусственной (принудительной) циркуляцией;

5. по кратности циркуляции — с однократной и многократной циркуляцией;

6. по типу поверхности нагрева — с паровой рубашкой, змеевиковые и, наиболее распространенные, с трубчатой поверхностью различной конфигурации.

К конструкции выпарных аппаратов должны быть предъяв­лены следующие требования;

простота, компактность, надежность, технологичность изго­товления, монтажа и ремонта;

стандартизация узлов и деталей;

соблюдение требуемого режима (температура, давление, время пребывания раствора в аппарате), получение полупро­дукта или продукта необходимого качества и требуемой кон­центрации, устойчивость в работе, по возможности более длительная работа аппарата между чистками при минимальных отложениях осадков на теплообменной поверхности, удобство
обслуживания, регулирования и контроля за работой; высокая интенсивность теплопередачи (высокое значение К), малый вес и невысокая стоимость одного квадратного метра поверхности нагрева.

В промышленности наиболее часто применяют вертикальные выпарные аппараты. Их достоинства: компактность, естествен­ная циркуляция (благодаря наличию циркуляционной трубы), значительная кратность циркуляции, малая занимаемая пло­щадь, большое паровое пространство, удобство обслуживания и ремонта. Для большей компактности эти аппараты в послед­нее время изготовляют с удлиненными трубками (3—3,5 м).

Для упаривания кристаллизующихся растворов применяют аппараты с коническим днищем с углом наклона больше угла естественного откоса кристаллизующейся массы.

Некоторое распространение имеют пленочные аппараты с однократной циркуляцией раствора. Основная осо­бенность этой конструкции заключается в возможности сни­жения потерьполезной разности температур от гидростатической депрессии. Подаваемый в нижнюю часть трубок аппарата раствор вскипает; при этом образуется много паровых пузырь­ков, увлекающих за собой раствор. Парожидкостная эмульсия, выходящая из трубок, ударяется о поверхность сепаратора с изогнутыми лопатками, получает вращательное движение и отбрасывается центробежной силой к периферии, благодаря чему происходит довольно совершенная сепарация пара. Таким образом, выпаривание происходит в тонком слое при однократ­ной циркуляции раствора. При большой длине кипятильной трубки (более 5 м) возможны разрыв и высыхание пленки жид­кости в верхней части трубки с понижением при этом коэффи­циента теплоотдачи.

преиму­ществом пленочного аппарата является однократная циркуля­ция с быстрым прохождением раствора через трубы, что предохраняет растворы, чувствительные к высокой температуре, от порчи. Недостатки этих аппаратов: значительная длина тру­бок, затрудняющая ремонт, малая аккумулирующая способ­ность, не обеспечивающая постоянную производительность и затрудняющая получение раствора равномерной концентрации. Труба, отводящая упаренный раствор на следующий корпус, должна иметь гидравлический затвор соответствующей высоты

для предотвращения возможного прорыва пара в трубное прост­ранство следующего корпуса. Эти аппараты дороже обычных вер­тикальных аппаратов.