Теплообменные устройства

По конструктивному исполнению теплообменные устройства подразделяют на наружные и внутренние.

Примером устройств первой группы является греющая рубашка.

Рубашка представляет собой сосуд, который надевается на корпус аппарата с зазором.

Гладкая рубашка эффективна, когда скорость движения теплоносителя мало влияет на теплопередачу, например, при обогреве паром. При использовании жидких теплоносителей для увеличения скорости их движения к рубашке приваривают спираль. Это увеличивает эффективность теплообменного устройства иногда в 6–7 раз.

Соединение сосуда с рубашкой выполняется в различных вариантах (рис. 8).

рис. 8. Варианты присоединения рубашки к корпусу аппарата:

1 – рубашка; 2 – аппарат; 3 – нижний сливной штуцер

Иногда соображения технологического характера заставляют применять рубашку, покрывающую целиком боковую поверхность аппарата и, следовательно, доходящую до его верхнего фланца.

рис. 9. Способы крепления фланцев рубашки (3), аппарата (2) и крышки (1)

По условиям механической прочности давление насыщенного водяного пара, подаваемого в рубашку стального аппарата, не должно превышать 1,1 МПа, в рубашку чугунного аппарата 0,6 МПа.

рис. 10. Приваренные змеевики:

а – из целой трубы; б – из полутрубы; в – из профильного проката

Если для обогрева стальных реакторов требуется насыщенный водяной пар давлением выше 1,1 МПа или необходимы высокие скорости движения теплоносителей, применяют приваренные снаружи к стенке реактора змеевики, выполненные из целой трубы (рис. 10, а), полутрубы (рис. 10, б) или профильного проката (рис. 10, в), а также рубашки со вмятинами.

рис. 11. Рубашка из полутруб (а) и со вмятинами (б)

Рубашки из полутруб (рис. 11, а) выполняются из спиральной полутрубы, приваренной к цилиндрической части сосуда. На днище устанавливается рубашка со вмятинами или змеевик из трубы полного сечения. Рубашки со вмятинами (рис. 11, б) выполняются из обечайки 2, на которой предварительно прорублены отверстия 1, а их кромки отогнуты внутрь. Кромки отверстий привариваются к сосуду аппарата.

Рубашка имеет ограниченную поверхность и не всегда способна обеспечить требуемый теплообмен. В этих случаях прибегают к установке внутренних теплообменных элементов (рис. 12).

Их выполняют в виде цилиндрической ("а") или плоской ("б") трубчатой спирали. В первом случае спираль устанавливают около стенки, во втором – у дна реактора. Недостаток такого расположения змеевиков – в сложности их чистки. В качестве теплообменных элементов вместо змеевиков часто используют полые диффузоры в виде цилиндрического или конического стакана с легко очищаемыми стенками ("в") или пучки прямых труб ("г").

рис. 12. Внутренние теплообменные элементы:

а – цилиндрическая трубчатая спираль; б – плоская трубчатая спираль; в – диффузор; г – пучок прямых труб

Кроме змеевиков используют также специальные охлаждающие гильзы (рис. 13).

рис. 13. Гильзы:

1 – трубка для ввода охлаждающей жидкости; 2 – трубка для вывода охлаждающей жидкости; 3 – фланец