Спиральный теплообменник

      4 – графитовый блок;

      5 – анкерная связь;

      Рисунок 21 - Блочный кожухотрубчатый теплообменник с круглыми графитовыми блоками. 

      Теплообменники  состоят из прямоугольных блоков или цилиндрических блоков. Каждый блок имеет просверленные вертикальные каналы  для агрессивной среды  и горизонтальные каналы  для  охлаждающего или нагревающего теплоносителя. Блоки устанавливаются один на другом с прокладками между ними.

      По  сторонам блоков располагаются распределительные  крышки, которые прижимаются на прокладках с помощью болтов.

      В качестве прокладок применяют теплостойкую резину, комбинированные прокладки из резины и фторопласта, а также фторопластовый уплотнительный материал, допускающие температуру агрессивной среды от -18⁰С до + 150⁰С. Рабочее давление греющего пара – не более 0,3 МПа.

      Углеграфитовые  теплообменники могут иметь различные конструкции. Они могут быть кожухотрубчатыми со стальным кожухом и с трубными досками, крышками из углеграфита, если греющий теплоноситель неагрессивен, а также полностью из углеграфитовых деталей, например пластинчатых, в которых с одной с одной стороны пластины проходит один теплоноситель, а с противоположной - другой.

      Кожухоблочный теплообменник рисунок 21, предназначенный  для нагрева или испарения  кислот насыщенным водяным паром, снабжен  четырьмя цилиндрическими блоками, в каждом из которых имеются маленькие горизонтальные и вертикальные круглые отверстия. Пар поступает в кожух и конденсируется в горизонтальных отверстиях. Кислота проходит по вертикальным отверстиям и нагревается через стенки паром. Для изготовления блочных углеграфитовых теплообменников   применяются как прямоугольные,  так и цилиндрические блоки. К преимуществам этих аппаратов относятся сравнительная простота изготовления и компактность, коррозионная стойкость.

      Аппараты  могут быть собраны без применения замазок и клеев, они прочны и  надежны в работе, легко разбираются и обеспечивают интенсивный теплообмен.[2, с 234] 

      Шнековые  теплообменники.  
 

        
 
 
 
 
 

      1 – корпус;

      2 – рубашка;

      3,4 – шнеки;

      5 – сальники;

      Рисунок 22 – Шнековый теплообменник. 

      Интенсификация  теплообмена в шнековом теплообменнике  осуществляется за счет непрерывного обновления поверхности материала, который соприкасается со стенками аппарата. Обновление поверхности происходит в результате вращения винтообразных валов навстречу друг другу с одновременным перемешиванием и перемещение материала вдоль шнека.

      Материал, обладающий низкой теплопроводностью (высоковязкие жидкости, сыпучие вещества), подвергающиеся тепловой обработке, поступает  через загрузочное отверстие  в корпус 1 теплообменника с рубашкой 2 и перемешивается с помощью шнеков 3 и 4. при этом происходит тепловая обработка (нагревание или охлаждение)материала, который перемещается к противоположному концу корпуса, т.е. к разгрузочному бункеру.

      Теплоноситель подается в рубашку; иногда для увеличения поверхности теплообмена валы шнеков делают полыми, для герметичности снабжают сальниками 5 и внутрь по всей длине шнека и в пустотелые витки подают теплоноситель.

      Регулирование обогрева может осуществляться как  с помощью теплоносителя, так  и скоростью перемещения материала.

      При небольшой опорной поверхности  теплообменник данной конструкции  имеет относительно большую поверхность  нагрева.

      Шнековые  теплообменники занимают мало места, высокоэффективны и могут быть приспособлены к  различным производственным условиям путем объединения нескольких аппаратов в один агрегат. Шнековые теплообменники требуют затрат сравнительно большого количества энергии. [2, с 236]  

      Смесительные  теплообменники. Смесительные теплообменные  аппараты, широко применяемые в химической промышленности, работают без разделительной стенки между теплоносителями. Поэтому теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей и сопровождается массообменном.

      В зависимости от назначения смесительные теплообменники имеют различные технические названия и применяются:

      а) в качестве конденсаторов смешения для создания разрежения в установках, работающих под вакуумом (выпарных аппаратах, вакуум – сушилках, вакуум – фильтрах);

      б) для воздушного охлаждения в градирнях  больших количеств циркуляционной воды от водоемких технологических процессов;

      в) для осушения и увлажнения воздуха  в кондиционерах;

            г) для очистки воздуха и  газа от пыли, смолы путем промывки  водой в скрубберах;

      д) для нагрева растворов погруженными горелками  в выпарных аппаратах.

         По конструктивным признакам  различают следующие типы теплообменников  смешения:

        а)полые колонны, в которых  жидкость распыливается форсунками  в газовую среду;

        б) насадочные колонны, в которых  смешение газа с жидкостью  происходит на смоченной поверхности насадки;

      в)каскадные  аппараты, имеющие внутри горизонтальные или наклонные перегородки, по которым  стекает жидкость;

      г) струйные аппараты, где нагревание воды происходит эжектируемым  и  инжектируемым паром;

      д) пленочные подогреватели, в которых вода нагревается водяным паром почти до температуры насыщения пара;

      е) пленочные аппараты, используемые для  улавливания из газов плохосмачиваемой (гидрофобной) пыли. 

      Конденсаторы  смешения используются для создания вакуума в различных аппаратах в результате конденсации отсасываемых из них паров. Для отвода теплоты конденсации паров служит холодная вода, которая, смешиваясь с конденсатом, сливается в канализацию.

      Различают прямоточные и противоточные  конденсаторы смешения (в зависимости от направления потока пара и воды), конденсаторы высокого и низкого уровня (в зависимости от высоты его расположения).

      Противоточный смесительный конденсатор с барометрической  трубой. Барометрические конденсаторы являются наиболее распространенными  и применяются для конденсации пара и создания вакуума в дистилляционных и выпарных установках большой производительности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                           
 

      1 – корпус;

      2 – сегментные полки;

      3 – газоотделитель;

      4 – барометрическая труба;

      5 – барометрический ящик;

      Рисунок 23 – Барометрический конденсатор. 

      В барометрическом конденсаторе на рисунке 23 пар, поступающий в корпус 1 через  нижний штуцер навстречу воде, подающейся через верхний штуцер на сегментные или кольцевые дырчатые  полки  или тарелки, соприкасается со стекающей водой и конденсируется.

      Охлаждающая вода каскадно стекает сверху вниз с одной полки на другую, образуя  сплошную завесу из брызг и струй. В сегментных тарелках помимо того, что вода переливается через борта, значительная ее  часть стекает струйками через большое число отверстий, имеющихся на всей поверхности тарелки. Такое устройство обеспечивает хороший теплообмен.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                       
 

      1 – корпус;

      2 – центробежный насос;

      3 – струйный насос;

      4 – форсунки;

      Рисунок 24 – прямоточный конденсатор  смешения. 

      Вода, смешанная с конденсатом, удаляется  через барометрическую трубу 4, образующую барометрический затвор, а несконденсировавшиеся  газы отсасываются через газоотделитель 3, где отделяются от увлеченных брызг воды. Отсюда вода стекает самотеком через барометрическую трубу (высотой около 10 м) вместе с основной смесью конденсата и воды в барометрический ящик 5.

      В качестве вакуум – насосов для  отстаивания воздуха (с небольшим  количеством увлекаемого насосом  пара) из газоотделителя чаще всего применяются водо -  и пароструйные компрессоры – эжекторы или водокольцевые насосы.

      Прямоточный конденсатор смешения получил применение для установок умеренной производительности и обычно располагается на том  же уровне, что и основные аппараты.

      В прямоточный конденсатор смешения на рисунке 24  вода поступает через  форсунки 4 без насоса, под действием  имеющегося в корпусе 1 разрежения. Пары поступают в конденсатор  сверху. Смесь воды и конденсата  пара откачивается центробежным  насосом 2.  Для поддержания вакуума при конденсации воздух с некоторым количеством пара удаляется струйным насосом 3. [2,с 238] 

      Аппараты  с погруженными горелками.

      В этих аппаратах продукты сгорания непосредственно  соприкасаются с нагреваемой  жидкостью.

      В горелку 3, опущенную в жидкость, находящуюся в корпусе 1, подается газ и воздух для горения, рисунок  25. При барботаже образующихся продуктов  сгорания  через решетку 2 происходит равномерное диспергирование  потока газа на мелкие пузырьки, которые, всплывая, отдают свою теплоту жидкости и одновременно насыщаются парами воды.

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1 – корпус;

      2 – барботажная решетка;

      3 – горелка;

      4 – штуцер опорожнения4

      Рисунок 25 – Теплообменный аппарат с  погружными горелками. 

      За  счет этого значительно повышается интенсивность теплоотдачи.

      При непосредственном контакте продуктов  сгорания с жидкой средой теплообмен протекает с малыми потерями. Коэффициент  использования теплоты  сгорания топлива в погруженной горелке  при испарении жидкостей  достигает 95 – 96%.

      Наиболее  часто аппараты  с погруженными горелками применяются в выпарных установках для выпаривания коррозионноактивных  жидкостей. 

      Регенеративные  теплообменники.  В регенеративных теплообменниках передача теплоты  происходит посредством соприкосновения одного теплоносителя  с ранее нагретыми телами  - неподвижной или перемещающейся насадкой, периодически нагреваемой или охлаждаемой другим теплоносителем.

      В качестве насадки используются огнеупорные  кирпичи, металлические пластины и  шары и алюминиевая фольга. Огнеупорные кирпичи укладываются в регенераторах разными способами: в виде сплошных каналов (насадка Каупера), с промежутками в коридорном порядке (простая насадка Сименса) или с промежутками в шахматном порядке. Металлическая насадка имеет большую поверхность теплообмена и применяется в виде профильных металлических листов, гофрированной ленты и шаров различного диаметра.

      Несмотря  на громоздкость регенераторов с  неподвижной кирпичной насадкой, они находят наибольшее применение, особенно в тех случаях, когда использование метала, не представляется возможным. [2, с 240]