Итоговое задание по дисциплине «Тепломассовое оборудование»

Понятие и принцип действия теплообменного аппарата

Теплообменный аппарат — это аппарат, в котором происходит обмен температурами между горячим и холодным теплоносителями. Рабочие среды в каналах аппарата движутся навстречу, непосредственно не соприкасаясь.

Исходя из принципа работы, теплообменные аппараты классифицируют на:

• рекуперативные;
• регенеративные.

В оборудовании первого типа движущиеся навстречу друг другу среды разделены перегородкой. К данному виду относится большинство аппаратов. В регенераторах горячий и нагреваемый (холодный) теплоносители контактируют с поверхностью по очереди.

Разновидности аппаратов теплообмена

Широкое распространение в промышленности, быту и в коммунальной сфере получили:

1. Пластинчатые теплообменники,
2. Кожухотрубные аппараты,
3. Оборудования теплообмена «труба в трубе»,
4. Секционные аппараты,
5. Погружные теплообменные аппараты,
6. Ребристые теплообменники,
7. Оросительные теплонагреватели, а также другие виды.

К наиболее распространенным аппаратам относятся кожухотрубные теплообменники. Это обусловлено, прежде всего, надежностью конструкции и большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации. Данные аппараты применяют для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами — как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния.

Между тем, столь широкое разнообразие условий применения кожухотрубных теплообменников и их конструкций, не исключает поиск других, альтернативных решений, таких, как применение пластинчатых, спиральных или компактных теплообменников в тех случаях, когда их характеристики оказываются приемлемыми и их применение может привести к экономически более выгодным решениям.

Конструкция кожухотрубного теплообменника

Кожухотрубные теплообменники состоят из пучков труб, укрепленных в трубных досках, кожухов, крышек, камер, патрубков и опор. Трубное и межтрубное пространства в этих аппаратах разобщены, причем каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов.

Теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров.

Кожухотрубчатые теплообменники могут быть:

• жесткой, нежесткой и полужесткой конструкции;
• одноходовые и многоходовые;
• прямоточные, противоточные и поперечноточные;
• горизонтальные, наклонные и вертикальные.

Конструкция пластинчатого теплообменника

Основными конструктивными элементами аппарата являются гофрированные пластины, которые изготавливаются из нержавеющей стали, меди, никеля, графита или титана (при использовании агрессивных рабочих сред). Контакт и теплопередача осуществляется через поверхность пластин, образующих каналы.

Пластины производят методом штамповки на гидравлических прессах при давлении в несколько тысяч тонн, а затем поверхность теплообмена подвергаются полировке. Идеально гладкая поверхность теплообмена гарантирует отсутствие накипи, исключает появление микротрещин.

Конечно же, такие элементарные теплообменники имеют достаточно простой механизм работы, но в общем плане представляют сложное оборудование, которое функционирует по трем принципам: посредством конвекции, посредством теплового излучения и посредством теплопроводности.

Как правило, каждое физическое явление достаточно редко способно работать самостоятельно. Например, во многих устройствах происходит сочетание, что непосредственно оказывает влияние на эффект теплообмена.

Современные теплообменники можно классифицировать по способу передачи тепла: смесительное и теплообменное оборудование. Причем, каждое из вышеперечисленных устройств имеет своеобразную конструкцию, что влияет на эффективность и на их предназначение. Таким образом, поверхностные теплообменники являются наиболее распространенными, так как их принцип действия заключается в том, что непосредственно теплообменные процессы осуществляются с использованием рабочих поверхностей (например, пластин, трубок). В смесительных устройствах теплообмен происходит путем смешивания двух различных сред (например, воздух и жидкость). Это позволяет достигать вполне высокого уровня КПД, а также высокой скорости рабочего цикла и достаточно простой конструкции. Но следует отметить, что смесительные теплообменники применяются, как правило, на тех производственных этапах, на которых допускается смешение двух сред разного типа.

Для теплообменников характерны две основные разновидности устройств в зависимости от типа и сложности конструкции (рекуперативные и регенеративные). В теплообменниках рекуперативного типа контакт двух жидкостей происходит при наличии разделительных стенок. В этом случае поток рабочей жидкости, который несет тепло, не изменяется и движется строго в одном направлении. Теплообменники регенеративного типа имеют рабочую поверхность, которая является и источником тепла, и его аккумулятором одновременно. При соприкосновении к ней рабочие жидкости начинают совершать рабочий цикл и осуществлять процесс теплообмена. Тепловой поток может периодически менять свое направление.

Отличие рекуперативных теплообменных аппаратов от регенеративных

Регенеративные аппараты – это теплообменники, в которых имеется стенка попеременно принимающая или отдающая тепло. Наиболее часто они используются для утилизации тепла дымовых газов. Сначала в теплообменники подаются горячие дымовые газы – при этом насадка нагревается, далее охлаждение газа отводится и в теплообменники подается холодный воздух, который забирает тепло и отводится. И так периодически. В данном случаи нагрев холодной среды не основной процесс. Основным является охлаждение насадки или стенки для дальнейшего охлаждения с ее помощью дымовых газов.