Виды теплообменников

Аппараты с рубашкой. Двойные стенки или рубашки широко используются для обогрева реакционных аппаратов, особенно в тех случаях, когда внутри аппарата нельзя установить змеевики (например, в аппарате со скребковой мешалкой и др.). Схема устройства паровой рубашки показана на рис. 9.

Змеевиковые теплообменники. Одним из простейших теплообменных устройств в аппаратах являются змеевики, представляющие собой прямые трубы, соединенные коленами (рис. 10, а), или спирально согнутую трубу с расположением витков по винтовой линии (рис. 10,б). Коэффициент теплоотдачи змеевиков несколько выше, по сравнению с прямыми трубами. Змеевики обычно изготавливают из труб диаметром до 76 мм; из труб большего диаметра изготовлять змеевики трудно.

Рис. 9.Схема устройства паровой рубашки. 1 – корпус аппарата; 2 - рубашки; 3-5 – штуцеры.

Теплообменники из змеевиков, погруженных в резервуар, наполненный жидкость, называются погружными. Вследствие небольшой скорости движения жидкости в резервуаре эти теплообменники отличаются малоинтенсивным теплообменом, но их часто применяют для охлаждения ввиду простоты изготовления, а также удобства применения в агрессивных средах.

Рис. 10. Змеевики.

В змеевиковых теплообменниках одна из участвующих в теплообмене жидкостей может орошать трубы змеевика снаружи. Теплообменники такой конструкции называются оросительными. Их применяют только в качестве холодильников.

Двухтрубные теплообменники. Двухтрубный теплообменник, называемый также теплообменником типа «труба в трубе», состоит из нескольких элементов, расположенных один под другим (рис. 11). В этом случае создается последовательное соединение внутренних и внешних труб всех элементов для создания движения двух теплоносителей параллельно друг другу. Для удобства чистки и замены внутренние трубы обычно соединяют калачами или коленами. Подбором диаметра внутренней и наружной труб можно сообщить обеим жидкостям, участвующим в теплообмене, любую максимально допустимую скорость и тем самым достигнуть высокого коэффициента теплопередачи.

Рис. 11. Теплообменники типа «труба в трубе»: 1 – внутренняя труба; 2 - внешняя труба; 3 – колено.

Кожухотрубчатые теплообменники. Они достаточно просты в изготовлении, отличаются возможностью развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе. Простейшей конструкцией аппаратов такого типа являются кожухотрубчатый теплообменник (рис. 12). В кожухе 1 размещен трубный пучок, теплообменные трубы 2 которого развальцованы в трубных решетках 3. Трубная решетка жестко соединена с кожухом. С торцов кожух аппарата закрыт распределительными камерами 4 и 5. Кожух и камеры соединены фланцами.

Рис. 12. Теплообменник с неподвижной трубной решеткой.

Для подвода и отвода рабочих сред (теплоносителей) аппарат снабжен штуцерами. Один из теплоносителей в этих аппаратах движется по трубам, другой - в межтрубном пространстве, ограниченном кожухом и наружной поверхностью труб. В связи с этим исключена возможность взаимных перемещений труб и кожуха. Аппараты этого типа называют еще теплообменниками жесткой конструкции.

Если температурные напряжения, возникающие в стенках теплообменника или трубках, оказываются большими, то необходимо предусматривать температурную компенсацию. Упругая деформация при удлинении трубок может восприниматься приваренными к кожуху линзовыми компенсаторами (рис. 13). В этом аппарате температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением компенсатора. Применение кожухотрубчатых теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,6 МПа. При большем давлении в кожухе (1.6-8,0 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U-образными трубами.

Рис. 13. Теплообменник с компенсаторами температурных удлинений. 1 – компенсатор; 2 – теплообменник.

При большей разности температур может произойти изгиб и деформация труб, поэтому для компенсации температурных удлинений и свободного удлинения труб одну из трубных решеток не закрепляют наглухо или соединяют ее с кожухом при помощи сальникового уплотнения, с тем, что решетка могла свободно перемещаться. Аппараты, в которых одна из трубных решеток не прикреплена к кожуху и имеет свободное осевое перемещение, называют теплообменниками с «плавающей» головкой (рис. 14).

Рис. 14. Теплообменник с «плавающей» головкой. 1 – кожух; 2 - плавающая головка.

В некоторых конструкциях устанавливаются трубки U-образной формы, оба конца которых развальцованы в одной трубной решетке (рис. 15). Компенсация температурных удлинений трубок в данном случае достигается тем, что каждая трубка может свободно удлиняться независимо от других.

Рис. 15. Теплообменник с U-образными трубками. 1 - U-образные трубки; 2 – кожух; 3 – трубная решетка; 4 – распределительная камера; 5 – перегородка.