8. Основы теплового расчета контактных теплообменников

Конструкции смесительных ТА:

В промышленности нашли широкое применение смесительные теплообменные аппараты, в которых тепло- и массообмен между теплоносителями происходит непосредственно, без теплопроводной стенки меж­ду ними. В большинстве случаев это аппараты непрерывного действия, В зависимости от назначения они имеют различные технические назва­ния. Для осушения или увлажнения воздуха в установках кондициони­рования применяются кондиционеры; очистка воздуха или газа от пыли, золы, смолы путем промывки их водой осуществляется в скрубберах; нагрев жидкости за счет тепла воздуха, газа или пара осуществляется в смесительных подогревателях или конденсаторах; охлаждение боль­ших количеств циркуляционной воды от конденсаторов паровых турбин электрических станций достигается тепло- и массообменом ее с возду­хом в градирнях и т. д.

Рис.6.Типы смесительных теплообменников:

а – безнасадочный форсуночный; б – каскадный; в – насадочный; г – струйный; д – пленочный с насадкой из цилиндров; 1 – форсунки; 2 – трубы, распределяющие воду; 3 – каскады; 4 – насадка; 5, 6 – сопла первой и второй ступеней струйного смесителя; 7 – насос; 8, 9 – центробежный и осевой вентиляторы; 10 – электродвигатель; 11 – концентрические цилиндры; 12 – сепараторы влаги; 13 – подогреватель воздуха

По конструктивным признакам различают следующие типы тепло­обменников смешения:

1. Полые или безнасадочные колонны или камеры (рис. 6,а), в которых жидкость распыливается форсунками в газовую среду; со­прикосновение между жидкостью и газом происходит на поверхности образовавшихся при распыливании капель жидкости.

2. Насадочные колонны (рис. 6,в), в которых соприкосновение газа с жидкостью происходит на смоченной поверхности насадки (коль­ца Рашига, куски кокса, деревянные доски, рейки и другие устройства, обеспечивающие пленочное стекание жидкости). Преимуществом насадочных колонн по сравнению с безнасадочными являются меньшие геометрические размеры их. Их недостаток состоит в большом расходе электроэнергии на вентилятор, который увеличивается по мере забивания насадки различными твердыми отложениями, содержащимися в га­зах или распыляемых растворах.

3. Каскадные аппараты, имеющие внутри горизонтальные либо наклонные полки или перегородки, благодаря которым жидкость посте­пенно перетекает с полки на полку, как это показано на (рис. 6,б).

4. Струйные смесительные аппараты, в которых происходит нагре­вание воды эжектируемым или эжектирующим паром (рис. 6,г). Раз­ность между температурой насыщенного эжектирующего пара и темпе­ратурой нагретой эжектируемой воды в односопловых струйных смеси­тельных аппаратах составляет 15—20 °С, а в двухсопловых около 10 °С.

5. Пленочные смешивающие подогреватели (рис. 6,д). Нагрева­ние воды водяным паром в них происходит почти до температуры на­сыщения пара. Преимущество этой конструкции по сравнению с поверхностными подогревателями заключается в простоте, компакт­ности, меньшем весе и независимости коэффициента теплообмена от чистоты поверхности, т. е, от загрязнения ее накипью, маслом и т. п. Такие аппараты обычно работают с незначительным избыточным дав­лением (1-5)·10⁵ Па (0,01—0,05 кг/см²).

Недостатком пленочных подогревателей является коррозия поверх­ности аппаратов и трубопроводов из-за наличия в воде и частично в конденсирующемся паре значительного количества кислорода.

7. Пенные аппараты получили применение для улавливания из га­зов плохо смачиваемой (гидрофобной) пыли. Принципиальная схема пенных аппаратов приведена на рис. 7. Скорость набегающего потока газа на решётку обычно принимают 2—2,5 м/с. При большей скорости усиливается унос воды в виде брызг, а при меньшей скорости умень­шается ценообразование, и значительная часть жидкости (более 50%) сливайся через отверстия решетки, В нормальных условиях работы половина жидкости сливается через отверстия в решетце и половина через сливной порог. Степень очистки газа в пенных аппаратах может составлять 90—95%.

Рис. 7. Однополочный пенный аппарат