Типы теплообменных аппаратов

Теплообменный аппарат (т е п л о о б м е н н и к) —это устройство, предназначенное для нагревания или охлаждения теплоносителя. Чаще всего в теплообменных аппаратах осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другу, т. е. нагревание одного теплоносителя происходит за счет охлаждения другого. Исключение составляют теплообменники с внутренними тепловыделениями, в которых теплота выделяется в самом аппарате идет на нагрев теплоносителя. Это разного рода электронагреватели и реакторы.

Теплообменники с двумя теплоносителями в зависимости от способа передачи теплоты от одного теплоносителя к другому можно разделить на несколько типов: смесительные, рекуперативные, регенеративные и с промежуточным теплоносителем.

Рекуперативными называются такие аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку. Для уменьшения термического сопротивления стенка выполняется из материала с хорошей теплопроводностью: меди, латуни, сплавов алюминия и т. д. Примером таких аппаратов являются парогенераторы, подогреватели, конденсаторы и т.д.

Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости теплота воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании холодной жидкости эта аккумулированная теплота ее воспринимается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и др.

В регенеративных теплообменниках в качестве промежуточного теплоносителя используется твердый достаточно массивный материал - листы металла, кирпичи, различные засыпки. Регенеративные теплообменники незаменимы для высокотемпературного (t > 1000°С) подогрева газов, поскольку жаростойкость металлов ограничена, а насадка из огнеупорных кирпичей может работать при очень высоких температурах. Иногда регенеративные теплообменники выгодно использовать и для охлаждения запыленных газов, которые способны быстро изнашивать или забивать трубки рекуператоров.

Регенеративные теплообменники и теплообменники с промежуточным теплоносителем работают фактически по одному и тому же принципу, заключающемуся в том, что теплота от одного теплоносителя к другому переносится с помощью какого-то третьего вспомогательного вещества. Это вещество (промежуточный теплоноситель) нагревается в потоке горячего теплоносителя, а затем отдает аккумулированную теплоту холодному теплоносителю. Для этого необходимо либо переносить сам промежуточный теплоноситель из одного потока в другой, либо периодически переключать потоки теплоносителей в теплообменнике периодического действия.

В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела. Поэтому такие аппараты еще называются поверхностными.

В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители, скрубберы и т.д.

Наиболее простыми и компактными являются смесительные теплообменники, в которых смешиваются теплоносители, не требующие дальнейшего разделения, например при подогреве воды паром или горячей водой.

Используются теплообменники и для легко разделяющихся теплоносителей: газ – жидкость, газ – дисперсный твердый материал, вода – масло и т.д. Для увеличения поверхности контакта теплоносителей их тщательно перемешивают, жидкости разбрызгивают или разбивают на мелкие струи.

Наиболее распространены трубчатые теплообменники (рис. 13.3), в которых один теплоноситель движется в трубах, а другой — в межтрубном пространстве. В таких теплообменниках смешения теплоносителей не происходит и они используются для самых разнообразных сочетаний греющего и нагреваемого вещества.