8.3. Виды теплообменных аппаратов
Теплообменные аппараты (теплообменники) подразделяют по принципу действия, назначению и конструкции.
1. По принципу действия различают рекуперативные, регенеративные и смесительные теплообменники.
Рекуперация – (лат. – recuperatio обратное получение) улавливание и повторное использование отходов производства, включая утилизацию тепла. В рекуперативных теплообменниках передача теплоты осуществляется непрерывно от греющего рабочего тела нагреваемому телу, протекающему одновременно с греющим по аппарату. Рабочие тела разделяет перегородка, называемая поверхностью нагрева. Площадь поверхности нагрева имеет большое значение в процессе теплообмена, так как от нее зависит эффективность использования теплоты в теплообменнике.
Рекуперативные теплообменные аппараты подразделяют по направлению потоков теплоносителей на теплообменники с прямым током (рис. 8.3.1, а), противотоком (рис. 8.3.1, б), перекрестным (рис. 8.3.1, в) и сложным (рис. 8.3.1, г, д, е, ж) токами.
Рис. 8.3.1. Схемы движения теплоносителей в рекуперативных теплообменных аппаратах.
Если сравнивать изменение температуры теплоносителей в теплообменных аппаратах, то получим, что при противотоке нагреваемая жидкость приобретает более высокую температуру, чем при параллельном токе (при одинаковых начальных значениях температуры и свойствах обеих жидкостей). Поэтому теплообменники с противотоком получили наибольшее применение (сложнопоточные теплообменники в данном случае рассматриваются как подвид противоточных).
Регенерация – использование (утилизация) теплоты отходящих газообразных продуктов сгорания в технологических печах, котлах и т.д. Регенеративные теплообменники используются в тех случаях, когда необходимо передать потоку наибольшее количество тепла и нет возможности применить другой теплоноситель.
В смесительных теплообменниках теплота передается в процессе смешения и непосредственного контактирование охлаждаемого и нагреваемого веществ. Они применяются в тех случаях, когда горячий и холодный потоки имеют одинаковые составы или допустимо их смешение. В этой связи можно упомянуть такие устройства, как градирни, деаэраторы, тарелки циркуляционного орошения и горячей струи в ректификационных колоннах.
2. В зависимости от назначения теплообменные аппараты можно разделить на:
нагреватели, испарители и кипятильники;
холодильники и конденсаторы;
кристаллизаторы;
теплообменники.
В нагревателях, испарителях и кипятильниках нагрев или испарение осуществляются с использованием специальных теплоносителей (например водяного пара). Целевым назначением этих аппаратов является нагрев или испарение соответствующего технологического потока, тогда как охлаждение или изменение агрегатного состояния теплоносителя (конденсация) определяются передачей тепла нагреваемому потоку.
Холодильники и конденсаторы служат для охлаждения потока или конденсации паров с применением специальных хладоагентов (воды, воздуха, пропана и т.д.).
Кристаллизаторы предназначены для охлаждения жидких потоков до температур, обеспечивающих образование кристаллов некоторых составляющих смесь веществ (например, при депарафинизации нефти, масел и т.д.).
Теплообменники используют для утилизации тепла одного потока, подвергаемого охлаждению, для нагревания другого потока. Рекуперативные теплообменники позволяют сократить подвод тепла (холода) при помощи специальных теплоносителей (хладоагентов), снизить тепловую нагрузку на регенеративные теплообменники (технологические печи) и улучшить экономические показатели работы технологических установок. Как уже отмечалось выше, они делятся на поверхностные теплообменники и теплообменники смешения.
3. По конструктивным признакам поверхностные рекуперативные теплообменники можно разделить на следующие типы:
а) кожухотрубчатые теплообменники: жесткого типа; с линзовым компенсатором; с плавающей головкой; с U-образными трубками;
б) теплообменники типа «труба в трубе»;
в) подогреватели с паровым пространством (испарители);
г) аппараты воздушного охлаждения.