История развития науки о процессах и аппаратах

4.2. Типичные схемы теплообменников

Различают следующие группы конструкций теплообменников: элементные, с рубашками, кожухотрубные, погружные трубчатые, оросительные и с плоскими поверхностями нагрева.

Теплообменники с рубашками. Имеют двойные стенки разнообразной конфигурации, через которые происходит теплообмен. Скорость движения теплоносителей в рубашках мала, и потому теплообмен не очень интенсивен. Часто для его интенсификации в теплообменники встраивают мешалки (рис. 25.1).
На рисунках 25.1...25.3 приведены типичные схемы теплообменников, различающихся способами организации пространственного поля температур.
В аппаратах полного смешения организуется перемешивание теплоносителя в объеме аппарата; это приводит к выравниванию температур в объеме (см. рис. 25.1).
В аппаратах полного вытеснения (рис. 25.2) полностью отсутствует перемешивание данного теплоносителя. Новые его порции, поступающие в аппарат, вытесняют старые, не смешиваясь с ними.
В аппаратах, выполненных по промежуточной схеме (рис. 25.3), имеют место элементы как первой, так и второй вышеназванных схем. Температуры подогреваемого теплоносителя в этой схеме и в схеме полного вытеснения изменяются по длине аппарата экспоненциально, хотя и с разными показателями экспонент.
Кожухотрубные теплообменники. Наиболее распространены в пищевых производствах. Они представляют собой пучок труб, размещенных в кожухе. Трубки закрепляют, например, завальцовывают в межтрубные решетки, отделяющие полость межтрубного





движущихся по обеим полостям теплообменника, стрелками К— поток конденсата греющего пара, Г— поток неконденсирующихся газов, выделяющихся при конденсации.
Цилиндрические трубки имеют относительно неблагоприятное с точки зрения теплообмена отношение площади проходного сечения к площади их поверхности: поверхность относительно мала. В связи с этим для нагрева больших массовых потоков жидкости, текущих по трубам, требуется большая длина труб. Поэтому для сокращения размеров теплообменников их разделяют на секции, соединенные последовательно. Общая длина пути теплоносителя при этом увеличивается. Такие теплообменники называют многоходовыми. Известны разнообразные конструкции многоходовых теплообменников: с перекрывающими движение перегородками; с U-образными трубками на одной трубной решетке, вынимаемой из корпуса; с плавающей головкой — коллектором, заменяющим нижнюю соединительную часть U-образных трубок, и др. Вход и выход теплоносителя в теплообменниках устраивают таким образом, чтобы естественное тепловое конвективное движение совпадало с направлением принудительного движения теплоносителя. Для этого более теплый и охлаждающийся компонент подводят сверху, а холодный подогреваемый — снизу. Это условие невозможно выдержать в многоходовых теплообменниках, установленных вертикально, поэтому их часто устанавливают горизонтально.
Одноходовые теплообменники предпочтительно устанавливать вертикально. Однако имеются и другие соображения, которые могут заставить изменить способ их установки: удобство чистки труб, удобство монтажа в конкретном здании и др.
На рисунке 25.5, а приведен продольный разрез четырехходового теплообменника, на рисунке 25.5, б показано устройство перегородок в его верхней и нижней распределительных коробках. Две перегородки в верхней коробке обозначены сплошными линиями, одна перегородка в нижней коробке показана пунктирной линией. На рисунке 25.5, в, г приведено устройство перегородок в верхней и нижней распределительных головках восьмиходового кожухотрубного теплообменника.