Пристрої, призначені для передачі тепла від одного теплоносія до іншого через поверхню, що розділяє теплоносії, називаються теплообмінниками.

Теплообмінники хімічних виробництв відрізняються великою різноманітністю конструкцій і мають бути розраховані і сконструйовані з врахуванням вимог технології хімічного виробництва.

 

У теплообмінних апаратах теплопередача від одного середовища до іншого через стінку, що їх розділяє, обумовлена рядом чинників і є складним процесом, який прийнято розділяти на три елементарні види теплообміну: теплопровідність, конвекцію і теплове випромінювання.

Теплообмінні апарати класифікуються за наступними признаками:

1. По функціональному признаку, тобто по способу передачі тепла: підрозділяються на поверхневі і контактні (змішувальні) теплообмінники.

У поверхневих теплообмінниках теплоносії обмінюються теплом через поверхню теплообміну.

Поверхневі теплообмінники бувають двох типів:

- рекуперативні,

- регенеративні або насадкові.

У рекуперативних теплообмінниках теплоносії обмінюються теплом через непроникну тверду стінку, що їх розділяє. Цей вид теплообмінного обладнання є основним у хімічній та нафтопереробній промисловості.

У регенеративних теплообмінниках теплообмінна поверхня по черзі омивається спочатку гарячим, а потім холодним теплоносієм. Тобто регенеративні теплообмінники працюють циклічно. При контакті гарячого теплоносія з теплообмінною поверхнею відбувається її розігрів і в апараті накопичується певний запас тепла. Через певний проміжок часу автоматично відбувається переключення потоків, і до апарату потрапляє холодний теплоносій, який контактує з нагрітою поверхнею насадки. При цьому він сам нагрівається і одночасно охолоджує поверхню теплообміну.

Регенеративні теплообмінники використовуються у газороздільних установках, а також у металургійній промисловості.

 

У контактних теплообмінниках теплоперенесення відбувається в результаті безпосереднього контакту потоків гарячого і холодного теплоносіїв. У контактних теплообмінниках теплоносії взаємодіють у різних фазових станах (газ – рідина, пар – рідина, газ – тверде тіло та ін.), а процеси теплообміну можуть протікати як без змінення агрегатного стану середовищ, так і з їх зміненням.

 

2. За цільовим технологічним призначенням (основної задачі теплообмінних апаратів) розрізняють такі рекуперативні теплообмінники: підігрівачі; власне теплообмінники;холодильники, холодильники–конденсатори, конденсатори; випарники, нагрівачі, дефлегматори, перегрівники пари, і т.і.

Технологічне призначення кожухотрубчастих теплообмінників відображено у їхніх умовних позначеннях: В – випарники, К – конденсатори, Т – теплообмінники, Х – холодильники.

Холодильники призначені для охолодження робочих середовищ.

У холодильниках-конденсаторах одночасно з охолодженням відбувається часткова або повна конденсація робочого середовища.

У підігрівачах основною задачею процесу є нагрівання холодного теплоносія до необхідної температури.

У конденсаторах основною задачею процесу є конденсація пари (газу). При цьому відбуваються процеси фазового переходу гарячого теплоносія з газової фази у рідку за рахунок передачі тепла від гарячого теплоносія до холодного і нагрівання останнього.

У випарниках основною задачею процесу є випарювання робочого середовища (холодного теплоносія) і переведення його з рідкого стану у пароподібний (газоподібний) стан за рахунок передачі тепла від гарячого теплоносія до киплячого холодного теплоносія.

У випарниках-конденсаторах по обидві сторони поверхні теплопередачі теплоносії змінюють свій агрегатний стан. При цьому один теплоносій віддає тепло і конденсується, а другий теплоносій з іншого боку поверхні нагрівається і випаровується.

Таким чином, у теплообмінних апаратах нагрів і охолодження теплоносіїв є однаково важливими задачами для технологічного процесу.

 

3. В залежності від агрегатного стану теплоносіїв розрізняють такі теплообмінні апарати:

- без змінення агрегатного стану обох теплоносіїв; до них відносяться холодильники і підігрівачі для систем газ-рідина і рідина-рідина;

- із зміненням агрегатного стану одного з теплоносіїв; до них відносяться холодильники-конденсатори, підігрівачі-випарники, підігрівачі-конденсатори;

- із зміненням агрегатного стану обох теплоносіїв, це насамперед випарники-конденсатори.

 

4. По способу утворення теплообмінної поверхні розрізняютьапарати, виготовлені:

- з труб (трубчасті, кожухотрубчасті, виті і ін.);

- з листів (пластинчасті, спіральні і ін.)

 

5. По орієнтації теплообмінної поверхні розрізняють:

- вертикальні (В);

- горизонтальні (Г);

- похилі теплообмінні апарати.

6. По способу компенсації температурного подовження теплообмінні апарати бувають:

- без компенсації (жорстка конструкція);

- з компенсацією пружним елементом (напівжорстка конструкція);

- з компенсацією в результаті вільного подовження (не жорстка конструкція).

 

Наявність конструктивних пристроїв для компенсації температурних деформацій відображено в умовних позначеннях типу теплообмінника такими індексами:

- ТН – теплообмінник з нерухомими трубними дошками;

- ВУ – випарник з U-образними трубками;

- ТП – теплообмінник з плаваючою голівкою;

- ХК – холодильник з температурним компенсатором на корпусі.

 

Тепер розглянемо окремі види теплообмінників, що найбільш часто використовуються.