Сравнительная характеристика теплообменных аппаратов

Кожухотрубные одноходовые теплообменники применяются при большом объеме пропускаемого по трубам теплоносителя (например, в качестве газовых теплообменников и при теплообмене между газом и жидкостью), а также в качестве конденсаторов паров органических жидкостей. Использование их в других случаях обычно приводит к низкому коэффициенту теплопередачи.

Вертикально-оросительные теплообменники применяются главным образом как конденсаторы (пар движется в межтрубном пространстве, вода стекает пленкой по трубам).

Кожухотрубные многоходовые и элементные теплообменники используются в качестве жидкостных теплообменников и при теплообмене между конденсирующимся паром и жидкостью (конденсаторы пара, подогреватели жидкости). В последнем случае жидкость пропускается по трубам, а пар – в межтрубном пространстве.

Теплообменники «труба в трубе» применяются при небольших количествах теплоносителя для теплообмена между двумя жидкостями, между жидкостью и конденсирующимся паром, а также в качестве холодильников для газов при высоких давлениях.

Оросительные теплообменники используются как холодильники, в частности для теплоносителей, оказывающих коррозионное действие на аппаратуру и конденсаторы.

Погружные теплообменники применяются в качестве холодильников для газов при высоких давлениях и для жидкостей, а также как конденсаторы в подогреватели для жидкостей.

Пластинчатые теплообменники используются для теплообмена между газами при низком давлении. Пластинчатые теплообменники фильтр-прессного типа и спиральные теплообменники при избыточных давлениях до 6-10 ат в ряде случаев предпочтительнее аппаратов других типов при теплообмене между жидкостями, а спиральные теплообменники – также при теплообмене между жидкостью и конденсирующимся паром.

Теплообменники с оребренной поверхностью применяются главным образом для теплообмена между газом и жидкостью или паром, а также между двумя газами. В некоторых случаях они используются в качестве жидкостных теплообменников.

В одноходовых кожухотрубчатых теплообменниках суммарное поперечное сечение труб относительно велико, что позволяет получать достаточно высокие скорости в трубах только при больших объемных расходах движущейся в них среды. Поэтому такие аппараты рационально использовать, когда скорость процесса определяется величиной коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве, а также в процессе испарения жидкостей.

Многоходовые (по трубному пространству) кожухотрубчатые теплообменники применяются главным образом в качестве паровых подогревателей жидкостей и конденсаторов. Именно в этих случаях взаимное направление движения теплоносителей в многоходовых теплообменниках (смешанный ток) не приводит к снижению средней движущей силы сравнительно с противотоком, по принципу которого работают одноходовые теплообменники.

Многоходовые теплообменники целесообразно использовать также для процессов теплообмена в системах жидкость – жидкость и газ – газ при больших тепловых нагрузках. Если же требуемая поверхность теплообмена невелика, то для указанных систем более пригодны элементные теплообменники. Особое значение имеют трубчатые теплообменники нежесткой конструкции (в том числе многоходовые) в тех случаях, когда разность температур теплоносителей значительна и необходима компе6нсация неодинакового теплового расширения труб и корпуса аппарата. Однако эти аппараты дороже теплообменников жесткой конструкции.

Теплообменники с двойными трубами применяются в основном в контактно-каталитических и реакционных процессах, протекающих при высоких температурах, когда необходимо надежно обеспечить свободное удлинение всех труб, не считаясь с удорожанием аппарата и более трудным его монтажом.

Змеевиковые теплообменники (погружные, оросительные, змеевики, приваренные к наружным стенкам аппаратов) наиболее эффективно используют для охлаждения и нагрева сильно агрессивных сред, когда необходимо применение химически стойких материалов, из которых затруднительно или невозможно изготовить трубчатые теплообменники. Кроме того, эти аппараты пригодны для процессов теплообмена, протекающих под высоким давлением. Однако аппараты таких конструкций работают лишь при умеренных тепловых нагрузках.

Как указывалось, основными преимуществами спиральных и пластинчатых теплообменников являются компактность и высокая интенсивность теплообмена. Вместе с тем их применение ограничено небольшими разностями давлений и температур обоих теплоносителей. Спиральные теплообменники используются для нагрева и охлаждения жидкостей, газов и паро-газовых смесей. Область применения пластинчатых теплообменников – процессы теплообмена между жидкостями.

Важным фактором, влияющим на выбор типа теплообменника, является стоимость его изготовления, а также эксплуатационные расходы, складывающиеся из стоимости амортизации аппарата и стоимости энергии, затрачиваемой на преодоление гидравлических сопротивлений.

Теплообменные аппараты всех типов должны работать при оптимальном тепловом режиме, соответствующем сочетанию заданной производительности и других показателей, определяемых технологическими условиями, с минимальным расходом тепла.

Вывод: В результате проведенного обзора, анализа существующих конструкций теплообменных аппаратов, выбираем теплообменник типа «труба в трубе». Данный теплообменный аппарат наиболее подходит по своим характеристикам для нагрева вязких сред. В данный теплообменниках достигается высокий коэффициент теплопередачи, малое гидравлическое сопротивление, простота конструкции, возможность увеличения производительности аппарата за счет увеличения числа звеньев. Но теплообменник типа «труба в трубе» громоздкий и требует значительного количества материала при изготовлении (минимальный радиус гиба составляет 225 мм по ГОСТ 9842-81), поэтому, проведя патентный обзор, была выявлена конструкция однопоточного трубчатого змеевика, который по своей конструкции схож с теплообменником типа «труба в трубе», но имеет существенные достоинства. Данный теплообменник обладает рядом преимуществ: малое расстояние между трубами в плоскости ряда труб, упрощение конструкции, уменьшении габаритов змеевика, повышение площади поверхности труб в габаритном объеме змеевика.

В рамках данного проекта осуществляется технологический, гидравлический расчет данного аппарата, приводятся данные исследования по определению наименьшего гидравлического сопротивления в зависимости от расположения перегородок в трубном пространстве, на основе исследования по наименьшему гидравлическому сопротивлению проводятся расчеты.