Рекуперативные теплообменные аппараты

В зависимости от конструктивного исполнения рекуператоры разделяют на кожухотрубные, двухтрубные, змеевиковые, спиральные, опосительные, специальные и на трубчатые выпарные аппараты.

Кожухотрубчатые аппараты нашли наибольшее распространение. Они допускают создание больших поверхностей теплообмена в одном аппарате, просты в изготовлении и надежны в работе.

На рис. представлен одноходовой вертикальный кожухотрубный теплообменник с неподвижными решетками. Он состоит из кожуха 1 в виде цилиндрической обечайки, в которую установлены трубные решетки 2. В трубных решетках закреплен пучек труб 3. К кожуху с помощью фланцев присоединены днища 4 (камеры). Для подвода и отвода теплоносителей к кожуху и днищам приварены патрубки. Движение теплоносителей может быть как противоточным так и прямоточным. Плот ность соединения труб с трубной решеткой обеспечивается либо развальцовкой либо сваркой. Применяется также сальниковое уплотнение,

допускающее продольное перемещение труб при температурном удлинении.

Различают одноходовые и многоходовые кожухотрубные теплообменники.

Для увеличения интенсивности теплоотдачи применяют многоходовые теплообменники. В многоходовом теплообменнике пучек труб или межтрубное пространство (а также и то и другое) разделено перегородками на несколько секций, что при заданном расходе увеличивает скорость теплоносителя, а следовательно и интенсивность теплопередачи

┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┬ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐ ┬ ─ ─ ┬
├ ─ ┘ │ └ ─ ┤ ┌ ─ ─ ─ ─ ┘ └ ─ ─ ─ ─ ┐
├ ─ ┐ │ ┌ ─ ┤ │ │
├ ─ ╫ ─ ─ ╫ ─ ┴ ─ ╫ ─ ─ ╫ ─ ┼ ├ ─ ╫ ─ ─ ╫ ─ ─ ╫ ─ ─ ╫ ─ ┼
├ ─ ┘ ║ ║ ║ ║ │ ├ ─ ┘ ║ ║ ║ ║ │
├ ─ ┐ ║ ║ ║ ║ │ ├ ─ ┬ ─ ║ ─ ─ ║ ─ ─ ║ ─ ║ │
│ ║ ║ ║ ║ │ │ ║ ║ ║ ║ │
│ ║ ║ ║ ║ │ │ ║ ─ ║ ─ ─ ║ ─ ─ ║ ─ ┤
│ ║ ║ ║ ║ │ │ ║ ║ ║ ║ │
│ ║ ║ ║ ║ │ ├ ─ ║ ─ ─ ║ ─ ─ ║ ─ ║ │
│ ║ ║ ║ ║ └ ─ ┤ │ ║ ─ ║ ─ ─ ║ ─ ─ ║ ─ ┴ ─ ┤
│ ║ ║ ║ ║ ┌ ─ ┤ │ ║ ║ ║ ║ ┌ ─ ┤
├ ─ ╫ ─ ─ ╫ ─ ─ ─ ╫ ─ ─ ╫ ─ ┼ ├ ─ ╫ ─ ─ ╫ ─ ─ ╫ ─ ─ ╫ ─ ┼
│ │ │ │
└ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘ └ ─ ─ ─ ─ ┐ ┌ ─ ─ ─ ─ ┘
┴ ─ ─ ┴
а б

Многоходовые теплообменники а —по трубноуму пространству; б

— по межтрубному простстранству.

Если разность температур между кожухом и трубами превышает 25— ^оС, то температурные напряжения могут вызвать разрушение аппарата. Поэтому для таких условий применяют кожухотрубные теплообменники с различными компенсаторами температурных удлинений. К таким аппаратам относятся теплообменники с “плавающей”головкой, в которых одна из трубных решеток не соединена с кожухом и может свободно перемещаться вдоль оси теплообменника, теплообменники с линзовым компенсатором на корпусе, деформации в котором компенсируются осевым сжатием или расширением этого компенсатора.

В теплообменнике с сальниковым компенсатором одна из трубных решеток может передвигаться вдоль оси теплообменника при температурных расширениях. В теплообменнике с U‑ образными трубами оба конца труб закреплены в одной и той же решетке. каждая труба может перемещаться, компенсируя напряжения.

Интенсивность теплообмена в большой мере зависит от скорости движения теплоносителей, чем скорость выше, тем интенсивнее теплообмен. Однако увеличение скорости приводит к росту гидравлического сопротивления, что соответственно увеличивает затараты. Оптимальными считают скорости потока, соответствующие турбулентноиу режиму движения: для жидкостей 0, 1 —2 м/с, для газов —2 —20 м/с.

Трубы в трубной решетке размещают несколькими способами: по сторонам и вершинам правильных шестиугольников; по сторонам и вершинам квадратов и по концентрическим окружностям. Наибольшее распространение нашел первый способ размещения труб. в данном случае при подсчете общего числа труб n исходя из числа труб а, расположенных по стороне наибольшего шестиугольника:

Число труб в, расположенных по диагонали наибольшего шестиугольника, находят по формуле:

b = 2a-1.

При закреплении труб в трубной решетке развальцовкой шаг размещения t выбирают в зависимости от наружного диаметра труб в пределах

t = (1, 3 —1, 5)d_н.

При закреплении труб сваркой шаг размещения выбирают равным t = 1, 25d_н.

Диаметр кожуха находят по соотношению

D = t(b‑ 1) + 4d_н.

Длину труб находят исходя из требуемой поверхности F и среднего диаметра труб d:

L = F/(pdn).

РУБАШЕЧНЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ.

Представляют собой сосуд с двойными стенками. Внутри сосуда 1 находится один из теплоносителей. В зарубашечное пространство 2 подается другой теплоноситель. Теплообмен происходит через стенку, разделяющую теплоносители.

┬ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ╫ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┬ ┬ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ╫ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┬
┌ ┤ ║ ├ ┐ 1 │ о ║ о │ 1
├ ┤ │ ║ │ │ │ о ║ о │
├ ┤ │ ║ │ │ 3 │ о ║ о │ 3
│ │ ║ │ │ │ о ║ о │
│ │ ╔ ═ ╬ ═ ” │ ├ ┤ │ о ╔ ═ ╬ ═ ” о │
│ │ ╚ ═ ╩ ═ ╝ │ ├ ┤ 2 │ о ╚ ═ ╩ ═ ╝ о │ 2
└ ┴ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┴ ┘ └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘

Рис. а. Рубашечный теплообменник.

Рис. б. Змеевиковый теплообменник.

Змеевиковый теплообменник представляет собой сосуд, в который погружен змеевик. Оба описанных теплообменника относятся к аппаратам периодического действия. Такие аппараты применяются при небольших тепловых нагрузках, имеют небольшие поверхности теплообмена и невысокую интенсивность теплопередачи. Для повышения интенсивности теплообмена в теплообменник устанавливают различные перемешивающие устроства 3.

ПЛАСТИНЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ.

Представляют собой набор штампованных пластин, которые собираются при помощи болтовых соединений. Теплообменник обеспечивает высокую интенсивность теплообмена, возможность создания больших теплообменных поверхностей, возможность очистки и малые габариты аппарата.

─ ╫ ─ ╫ ─ ╫ ─ ┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘
╔ ╩ ╦ ╩ ╦ ╩ ” │ ┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐
╚ ╦ ╩ ╦ ╩ ╦ ╝ │ │ ┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┬ ─ ┐
╔ ╩ ╦ ╩ ╦ ╩ ” │ │ │ ┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐ │
╚ ╦ ╩ ╦ ╩ ╦ ╝ │ │ │ │ ┌ ─ ─ ─ ─ ┐ │ │
╔ ╩ ╦ ╩ ╦ ╩ ” │ │ │ │ └ ─ ┐ │ │ │
╚ ╦ ╩ ╦ ╩ ╦ ╝ │ │ │ └ ─ ─ ─ ┘ │ │ │
╔ ╩ ╦ ╩ ╦ ╩ ” │ │ └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘ │ │
╚ ╦ ╩ ╦ ╩ ╦ ╝ │ └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘ │
─ ╫ ─ ╫ ─ ╫ ─ ─ └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘

а б

СПИРАЛЬНЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ.
Представляют собой поверхность теплообмена, образованную
двумя пластинчатыми спиралями (Рис.б.)