Р а з д е л 5. Теплообменные аппараты

5.1. Общие положения

Теплообменным аппаратом называется устройство, предназначенное для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. По принципу работы теплообменные аппараты подразделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативный теплообменник это устройство, в которое одновременно подаются горячая и холодная жидкости (газы), отделенные друг от друга непроницаемой стенкой. Эти жидкости называются теплоносителями. Теплообмен между горячим и холодным теплоносителем происходит через разделяющую их стенку. В результате горячая жидкость охлаждается, а холодная нагревается. Схема рекуперативного теплообменника показана на рис. 5.1.

Регенеративный теплообменник это устройство представляющее собой камеру, заполненную огнеупорным материалом с каналами для прохода газа. Вначале через насадку пропускают горячие газы, которые передают теплоту насадке. Затем подачу горячих газов прекращают и через нагретую насадку пропускают холодный газ, который отбирает теплоту у насадки, нагревается, а насадка при этом охлаждается. После этого цикл работы регенератора повторяется. Таким образом, цикл работы регенератора состоит из двух периодов – горячего и холодного.

а) б)

Рис. 5.2. Схема регенеративного (а) и рекуперативного (б) теплообменника

Регенеративный теплообменник является аппаратом периодического действия, а рекуперативный – аппаратом непрерывного действия. Огнеупорная насадка в регенераторе исполняет роль посредника при передаче теплоты от горячего к холодному теплоносителю. Для того, чтобы обеспечить непрерывную подачу нагретого теплоносителя в технологический агрегат, необходимо, чтобы в работе находилось, как минимум, два регенератора. Схема регенеративного теплообменника показана на рис. 5.2.

Смесительный теплообменник это устройство, в котором теплота от горячего теплоносителя к холодному передается при их непосредственном

контакте. Схема смесительного теплообменника показана на рис. 5..3.

Для облегчения изучения теплообменников введена классификация, составленная на основе учета общих признаков, выделяющих группу объектов из множества.

1. П о т е х н о л о г и ч е с к о м у н а з н а ч е н и ю

По этому признаку теплообменники подразделяются на подогреватели, испарители, холодильники и конденсаторы.

2. П о р о д у ж и д к о с т и

Теплоносителями могут служить газы, жидкости, пар, расплавы металлов

Рис. 5 3. Схема смесительного теплообменника

и солей. Возможны различные сочетания родов жидкости, например вода-вода, вода- воздух, продукты сгорания- воздух, продукты сгорания- вода, пар-вода и прочие.

1. По относительному направлению движения

теплоносителей (схемы движения теплоносителей)

По этому признаку теплообменники подразделяются на прямоточные (оба теплоносителя движутся в одном направлении), противоточные (теплоносители движутся параллельно навстречу друг другу), перекрестно-точные (направления движения теплоносителей перпендикулярны друг другу) и сложные схемы относительного движения теплоносителей (перекрестно-прямоточная, перекрестно-противоточная, многоходовая).

2. По конфигурации поверхности теплообмена

Различают трубчатые, змеевиковые и прочие конфигурации поверхности теплообмена.

4. По различию в компоновке

В практике применяют модульные, корпусные, погружные теплообменники.

Различают два вида теплового расчета теплообменников: проектный и поверочный. Целью проектного расчета является определение необходимой поверхности нагрева и конструктивных размеров теплообменника при заданных начальных и конечных температурах теплоносителей и заданного количества переданной теплоты. Целью поверочного расчета является определение конечных температур теплоносителей и количества переданной теплоты при заданных начальных параметрах теплоносителей и поверхности теплообмена.

В основе теплового расчета теплообменников лежит совместное решение уравнений теплового баланса и теплопередачи.