Теплообмін та способи передачі теплоти

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

І. Теплообмін. Теплоносій

ІІ. Способи передачі теплоті

ІІІ. Нагрівання. Охолодження. Конденсація

IV. Теплообмінні апарати

І. Теплообмін. Теплоносій

Теплоносії - це тіла, які приймають участь у теплообміні.

Кількість теплоти, яка повинна бути передана в теплообмінній апаратурі визначається із теплового балансу. Теплота Q₁, яка вноситься теплоносієм, що має більш високу температуру і сприймається в кількості Q₂ більш холодним теплоносієм. Частина тепла, що вноситься, втрачається на компенсацію теплових затрат.

Q₁= Q₂+Q _затр.

Тепло може поширюватися трьома принципово різними способами:

1. Теплопровідністю - передача тепла внаслідок хаотичного руху атомів і молекул, які зіштовхуються одна з одною.

2. Конвекцією - перенесення тепла внаслідок змішування шарів в об'ємі газів чи рідин.

3. Теплове випромінювання - перенесення тепла внаслідок електромагнітних коливань з різними довжинами хвиль.

Відповідно до закону Фур`є: кількість теплоти Q, що передається теплопровідністю через плоску стінку пропорційна різниці температур між її поверхнями, величині цієї поверхні, часу, і обернено пропорційна товщині стінки і залежить від коефіцієнта теплопровідності.

в - коефіцієнт теплопровідності показує, яка кількість теплоти проходить внаслідок теплопровідності за одиницю часу через одиницю поверхні при різниці температури між стінками в 1⁰С і товщині стінки в 1 м.

Передача теплоти конвекцією відбувається за допомогою змішування шарів рідин або газів. Існує природна конвекція і примусова. Природна конвекція виникає за рахунок різниці щільності в різних точках об'єму і за рахунок різниці температур в цих об'ємах. Примусова конвекція виникає за рахунок переміщення шарів речовин перемішуванням. Причому інтенсивність цього процесу відбувається при високій турбулентності при хаотичному русі.

ІІ. Способи передачі теплоті

теплообмінник охолодження конденсація нагрівання

Всі тіла здатні випромінювати енергію у вигляді електромагнітних хвиль, які поглинаються іншими тілами, маючи більш низьку температуру, і перетворюються в теплоту. Всі фізичні тіла взаємодіючи з тепловим випромінюванням пропускають, відбивають і поглинають теплову енергію. Абсолютно прозорі тіла - пропускають, білі тіла - відбивають, чорні тіла - поглинають. Але в процесі не існує тіл, які б володіли ідеальними здібностями. Всі реальні тіла здатні лише частково пропускати, відбивати і поглинати енергію. Такі тіла називаються сірими. По закону Стефана- Больцмана променева пропускаюча здатність сірого тіла пропорційна четвертій степені абсолютній температурі його поверхні і коефіцієнту променевого пропускання.

С-коефіцієнт променевого пропускання;

Т- абсолютна температура поверхні.

Променеве пропускання і поглинання залежить від температури. Кількість теплоти Q, яка віддається або сприймається стінкою площею в 1 м² за рахунок випромінювання в період 1 с при різниці температури 1⁰С називають коефіцієнтом тепловіддачі променя пропускання.

Теплові процеси нагрівання, охолодження і конденсації рідин та газів проводяться в теплообмінних апаратах, які називаються теплообмінниками.

Теплові носії з більш високою температурою, які віддають теплоту називаються нагріваючими агентами. Теплоносії з більш низькою температурою, які сприймають теплоту називаються охолоджуючими агентами. В якості нагріваючих агентів в хімічній технології використовують димові гази, електроенергію і проміжні теплоносії (водяна пара, вода), а також високотемпературні теплоносії (мінеральні масла, органічні рідини, розплавлені солі і метали). В якості охолоджуючих агентів до звичайних температур застосовують в основному воду і повітря. Одним із найбільш поширених гріючих агентів є насичена водяна пара. В результаті конденсації пари отримують велику кількість тепла при відносно невеликій її витраті, бо теплота конденсації становить 2,26 ·10⁶ Дж/кг при р=1 атм. Внаслідок високих коефіцієнтів насиченої пари тепловіддача від конденсуючої пари відносно з сторони самої пари дуже мала. Це дозволяє проводити процес нагрівання при малій поверхні теплообміну. Але є недолік насиченої водяної пари - це збільшення тиску при високій температурі. Перегрітий пар отримують за рахунок допоміжного нагрівання насиченої пари.

ІІІ. Нагрівання. Охолодження. Конденсація

Глуха пара - це пара, яка нагріває речовину через теплопередаючу поверхню. Гостра пара - це пара, яка щоб нагріти речовину змішується з нею. Гарячу воду отримують в парових водонагрівачах (бойлерах). Гарячою водою нагрівають до температури не більше 100⁰С в тих випадках, коли необхідно забезпечити м'які умови обігріву. Часто використовують конденсат водяної пари. Коефіцієнт тепловіддачі при нагріванні гарячою водою набагато нижчий ніж при нагріванні конденсуючою парою. Недолік нагрівання водою полягає в тому, що температура води знижується поздовж поверхні обігріву. Димовими газами здійснюється нагрівання до температури 1000-1100⁰С при тиску газу близького до атмосферного. Димові гази часто використовують для нагріву проміжних теплоносіїв. В теперішній час в якості палива в трубних печах використовують переважно природний газ, який містить велику кількість метану. До недоліків обігріву паливними газами відносять низький коефіцієнт тепловіддачі, а також жорсткі умови нагріву, тобто великий перепад температури, а звідси неточне її регулювання. Високотемпературні носії отримують теплоту від димових газів або електричного нагрівання і передають її нагріваючому матеріалу. В якості високотемпературних носіїв використовують теплоносії органічні (мінеральні масла) і перегріту воду. Основними недоліками високотемпературних теплоносіїв - це при високих температурах без використання високого тиску є їх нестійкість і їх токсичність. Також до високотемпературних носіїв відносять: ртуть, нітрит-нітратна суміш, легкоплавкі метали і їх сплави. Температура нагріву такими теплоносіями становить до 500-800⁰С, а маслами до 300⁰С. За допомогою електричного струму можна проводити нагрівання в широкому діапазоні температур, легко регулювати і точно підтримувати заданий температурний режим. Всі електричні нагрівачі прості за конструкцією, компактні і зручні в обслуговуванні. В залежності від способу перетворення електричної енергії в теплову розрізняють нагрівання електроопору, індукційне нагрівання, високочастотне нагрівання і нагрівання електричною дугою.

Нагрівання електроопором здійснюється в електропечах. Нагріваючі елементи виконані у вигляді дротяної спіралі або стрічки. Вони ізольовані і закріплені. Теплота від розкалених спіралей і стрічок передається нагріваючому апарату. Нагрів електроопором здійснюється до температури 1000-1100⁰С.

Індукційне нагрівання засноване на використанні теплового ефекту, що виникає в стінках стального нагріваючого апарату внаслідок завихрення струмом. Апарат з індукційним нагрівом подібний до трансформатора, первинною обмоткою якого є індукційна котушка. А вторинною котушкою або магніто проводом є стінки апарату. Індукційним нагрівом можна нагрівати до температури 400⁰С. Такий метод забезпечує точне підтримування температури.

Високочастотне нагрівання використовується для матеріалів, які не проводять електричного струму - діелектрики. Принцип такого нагрівання в тому, що молекули матеріалу розміщені в електричне перемінне поле починають коливатися з частотою поля в результаті чого поляризуються. Коливальна енергія частинок затрачується на подолання тертя між молекулами діелектрика і перетворюються в теплоту в масі нагріваючого матеріалу. Цей спосіб використовують для нагріву пластичних мас перед пресуванням. Нагрівання електричною дугою здійснюється в дугових печах за рахунок полум'я дуги, яке виникає між електродами. Температура нагріву до 3000⁰С.

Для охолодження до звичайних температур (10-30⁰С) найбільше використовують повітря і воду. Вода в порівнянні з повітрям має більшу теплоємність і більший коефіцієнт тепловіддачі, тому дозволяє проводити охолодження до більш низьких температур, але вода в більшій чи меншій степні зв'язана з її забрудненням. Так як вода є енергоносієм, що сплачується великими коштами, то в зв'язку з цим переходять на використання повітряного охолодження не дивлячись на те, що повітря має низький коефіцієнт віддачі тепла. Для досягнення температури нижче нуля використовують холодильні агенти (фреони, аміак, азот) і спеціальні способи охолодження (ректифікація). Конденсація парів і газів здійснюється за рахунок їх охолодження. Цей процес використовується при випаровуванні розчинів, ректифікації, сушці. Об'єм отриманого конденсату в 1000 раз менший об'єму вихідного конденсуючого пару. В результаті чого при проведенні цих процесів створюється розрідження. В залежності від властивостей і призначення конденсуючих продуктів процес проводиться в конденсаторах поверхневих або змішування. В конденсаторах змішування відпрацьовані пари змішуються з водою, яка подається на охолодження, конденсується і викидається в каналізацію. В поверхневих конденсаторах теплообмін відбувається через теплообмінну поверхню, що дозволяє виводити отриманий конденсат і охолоджену воду.

Теплообмінна апаратура складає дуже значну частину технологічного обладнання в хімічній і суміжних галузях промисловості. Приблизна кількість на підприємствах хімічної промисловості теплообмінного обладнання становить в середньому 15-18 %, в нафтохімічній і нафтопереробній промисловості 50 %. Значний об'єм теплообмінного обладнання на хімічних підприємствах пояснюється тим, що майже всі основні процеси хімічної технології (випаровування, ректифікація, осушення і інші ) пов'язані з необхідністю підведення чи відведення теплоти.

IV. Теплообмінні апарати

Теплообмінні апарати можна класифікувати за наступними відмінностями:

І. За конструкцією:

1. апарати, виготовлені із труб:

а) кожухотрубні;

б) «труба в трубі»;

в) зрошувальні;

г) занурювальні змієвикові;

д) повітряного охолодження.

2. апарати, поверхня теплообміну яких виготовлена із листового матеріалу:

а) пластинчасті;

б) спіральні;

в) сотові.

3. апарати з поверхнею теплообміну, виготовленою із неметалевих матеріалів:

1. графіту;

2. пластмас;

3. скла і інші.

ІІ. За призначенням:

1. холодильники;

2. підігрівачі;

3. випаровувачі;

4. конденсатори.

ІІІ. За напрямом руху теплоносіїв:

1. прямого руху;

2. протитічного руху;

3. перехресного руху і інші.

В загальному виробництві теплообмінних апаратів для хімічної і суміжних галузей промисловості близько 80 % займають кожухотрубні теплообмінники. Ці теплообмінники достатньо прості у виготовленні і надійні у роботі, і в той же час достатньо універсальні, тобто можуть бути використані для проведення теплообміну між газами, парами, рідинами в будь-якому співвідношенні теплоносіїв і в широкому діапазоні тисків і температур.

Теплообмінники типу «труба в трубі» і змієвикові стальні в загальному об'ємі теплообмінної апаратури складають близько 8%, а зрошувальні із чавуну - близько 2%.

Доля спіральних і пластинчастих теплообмінників і апаратів повітряного охолодження поки що невелика, але на знову будуючихся технологічних лініях апарати цього типу займають все більше місця.

Умови проведення процесів теплообміну в промислових апаратах дуже різноманітні. Ці апарати застосовують для робочих середовищ з різним агрегатним станом і структурою (газ, пар, крапельна рідина, емульсія і інші) в широкому діапазоні температур, тисків і фізико-хімічних властивостей.

Із-за різноманітності представлених теплообмінним апаратам вимог, пов'язаних з умовами їх роботи, застосовують апарати різних конструкцій і типів, при чому для апарата кожного типу розроблений широкий розмірний ряд поверхні теплообміну (від декількох до кількох тисяч квадратних метрів в одному апараті). В розмірному ряду теплообмінники розрізняються за допустимим тиском і температурою робочого середовища, а також за матеріалами, із яких виготовлений апарат. Широка номенклатура теплообмінників по типам, розмірам, параметрам і матеріалам дозволяє вибрати для конкретних умов теплообміну апарат, оптимальний за розмірами і матеріалами. Вибір конструкції апарату для конкретних умов теплообмінного процесу можна робити за рекомендаціями загального характеру:

- при високому тиску теплоносіїв кращі трубчаті теплообмінники; в цьому випадку в трубний простір краще направити теплоносій з більш високим тиском, бо із-за малого діаметру труби можуть витримати більший тиск, ніж корпус;

- корозійний теплоносій в трубчатих теплообмінниках краще направити по трубам, так як в цьому випадку при корозійному зношенні не потрібна заміна корпуса теплообмінника;

- при використанні корозійних теплоносіїв кращі теплообмінні апарати із полімерних матеріалів, наприклад фторопласту і його сополімерів, які мають унікальну корозійну стійкість;

- якщо один з теплоносії забруднений або дає відкладення, то краще направити його з боку теплообміну, з якого більш доступна очистка (в змієвикових теплообмінниках - це зовнішня поверхня труб, в кожухотрубних - внутрішня);

- для покращення теплообміну не завжди потрібне збільшення швидкості теплоносія (так, наприклад при конденсації парів для покращення теплообміну необхідно забезпечити хороше відведення конденсату з теплообмінної поверхні, для чого потрібно підібрати апарат потрібної конструкції).

Кожухотрубні теплообмінники.

Стальні кожухотрубні теплообмінні апарати виготовляють наступних типів:

Н - з нерухомими трубними решітками;

К - з температурним компенсатором на кожусі;

П - з плаваючою головкою;

У - з U - подібними трубами;

ПК - з плаваючою головкою і компенсатором на ній.

Мідні кожухотрубні апарати виготовляють двох типів (Н і К).

В залежності від призначення, кожухотрубні апарати можуть бути теплообмінниками, холодильниками, конденсаторами і випаровувачами; їх виготовляють одно- і багатоходовими.

Основні параметри і розміри стальних кожухотрубних теплообмінних апаратів, які застосовуються для теплообміну рідких і газоподібних середовищ при температурі від -60 до +600 ⁰С наведені в таблиці.

Використання стальних кожухотрубних теплообмінних апаратів різних типів в хімічних виробництвах характеризується приблизно наступними даними: Н - 75%, К- 15%, У - 3%, П і ПК - останнє.

1- тільки для апаратів з плаваючою головкою і U - подібними трубами.

2- Тільки для апаратів з паровим простором .

Основні параметри і розміри стальних кожухотрубних теплообмінних апаратів

Параметр, розмір	Значення параметру і розміру для апаратів типу
	Н	К	П	У	ПК
Поверхня теплообміну	від 1 до 5000	Від 10 до 1250	Від 10 до 1400	Від 178 до 1866
Умовний тиск в трубному чи міжтрубному просторі МПа	0,6;1,0; 1,6;2,5; 4,0;6,3; 8,0.	0,6;1,0; 1,6;2,5.	1,0;1,6;2,5;4,0;6,3; 8,0;10,012,5; 16,0.	5,0;6,3; 8,0;10,0.
Діаметр кожуха, мм: зовнішній (із труб) Внутрішній (із листової сталі)	159;273;325;426; 530;630. 400;500;600;800; 1000;1200;1400; 1600;1800;2000; 2200;2400;2600; 2800;3000..	3251;4261;5301;6301. 4001;5001;6001;800; 1000;1200;1400; 16002;18002;20002; 22002;24002;2600; 28002	- 800;1000;1100; 1200; 1300; 1500; 1600; 1800;
Зовнішній діаметр х товщину стінки теплообмінних труб, мм	16х1,5;16х2;20х2; 25х1,5;25х2;25х2,5; 38х2;57х3.	20х2; 25х2; 25х2,5; 38х2.	20х2; 25х2; 25х2,5.	20х2; 25х2; 25х2,5.
Довжина прямої частини теплообмінних труб, мм	1000;1500;2000; 3000;4000;6000; 8000;9000.	3000;4000;6000; 90001.	6000; 9000.

Теплообмінники з нерухомими трубними решітками.

Схема теплообмінника з нерухомими трубними решітками наведена на мал.1. (типу Н).

В кожусі 1 розміщений трубний пучок, теплообмінні труби 2 якого розвальцьовані в трубних решітках 3. Трубна решітка твердо з'єднана з кожухом. З торців кожух апарату закритий розділювальними камерами 4 і 5. Кожух і камери з'єднані фланцями.

Для підведення і відведення робочих середовищ (теплоносіїв) апарат має штуцери. Один із теплоносіїв в цих апаратах рухається по трубам, інший - в міжтрубному просторі, обмеженому кожухом і зовнішньою поверхнею труб.

Особливістю апаратів типу Н є те, що труби твердо з'єднані з трубними решітками, а решітки приварені до кожуха. В зв'язку з цим виключена можливість взаємних переміщень труб і кожуху; тому апарати цього типу називають ще теплообмінниками твердої конструкції. Деякі варіанти кріплення трубних решіток до кожуху апарату в сталевих апаратах наведені на мал.2.

Труби в кожухотрубних теплообмінниках намагаються розмістити так, щоб простір між внутрішньою стінкою кожуху і поверхнею, яка обгортає пучок труб, був мінімальним; в іншому випадку значна частина теплоносія може проминути основну поверхню теплообміну. Для зменшення кількості теплоносія, який проходить між трубним пучком і кожухом, в цьому просторі встановлюють спеціальні заповнювачі, наприклад, приварені до кожуху поздовжні лінії (мал. 3,а) або глухі труби, які не проходять через трубні решітки і можуть бути розміщені безпосередньо біля внутрішньої поверхні кожуху (мал.3, б).

В кожухотрубних теплообмінниках для досягнення великих коефіцієнтів теплообміну необхідні достатньо високі швидкості теплоносії для газів 8-30 м/с, для рідин не менше 1,5 м/с. Швидкість теплоносіїв забезпечують при проектуванні відповідним підбором площі перерізу трубного і міжтрубного простору.

Якщо площа перерізу трубного простору (кількість і діаметр труб) вибрана, то в результаті теплового розрахунку визначають коефіцієнт теплопередачі і теплообмінну поверхню, за якою розраховують довжину трубного пучку. Остання може виявитись більшою довжини серійного виготовлення туб. В зв'язку з цим, застосовують багатоходові (по трубному просторі) апарати з повздовжніми перегородками в розподільчій камері. Промисловістю виготовляються двох-, чотирьох- і шестиходові теплообмінники твердої конструкції.

Двохходовій горизонтальний теплообмінник типу Н (мал.4.) складається з циліндричного зварного кожуху 8, розподільчої камери 11 і двох кришок 4. Трубний пучок утворений трубами 7, закріпленими в двох трубних решітках 3. Трубні решітки приварені до кожуху. Кришки, розподільча камера і кожух з'єднані фланцями. В кожусі і розподільчій камері є штуцери для введення і виведення теплоносіїв із трубного (штуцери 1,12) і між трубного (штуцери 2,10)просторів. Перегородка 13 в розподільчій камері утворює проходи теплоносія по трубам. Для герметизації вузла з'єднання повздовжньої перегородки з трубною решіткою використана прокладка 14, вкладена в паз решітки 3.

Оскільки інтенсивність тепловіддачі при поперечному обтіканні труб теплоносія вища, ніж при повздовжньому, в міжтрубному просторі теплообмінника розміщені закріплені стяжками 5 поперечні перегородки 6, які забезпечують зигзагоподібний по довжині апарату рух теплоносія в між- трубному просторі. На вході теплообмінного середовища в міжтрубний простір передбачений відбійник 9 - кругла чи прямокутна пластина, яка захищає труби від місцевого ерозійного зношування.

Теплообмінники типу Н відзначаються простотою і порівняно дешеві, але для них властиві два великих недоліки. По-перше, зовнішня поверхня труб не може бути очищена від забруднень механічним методом, а теплоносії в деяких випадках можуть містити домішки. Які можуть осідати на поверхні труб у вигляді накипу, відкладень і ін. Шар таких відкладень має малий коефіцієнт теплопровідності і здатен дуже значно погіршити теплопередачу в апараті.

По-друге, сфера застосування теплообмінних апаратів типу Н обмежена виникненням в кожусі і трубах апарата так званих температурних напруг. Це явище пояснюється тим, що кожух і труби теплообмінника при його роботі витримують різні температурні деформації, так як температура кожуху близька до температури теплоносія, циркулюючого в між трубному просторі, а температура труб - до температури теплоносія з більшим коефіцієнтом тепловіддачі. Різниця температурних видовжень зростає, якщо кожух і трубки виготовлені із матеріалів з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення. Виникаюча при цьому напруга в сумі з наругою від тиску середовища в апараті можуть викликати руйнування конструкцій.

За вказаною причиною теплообмінники типу Н використовують при невеликій різниці температур (менше 50⁰С) кожуху і труб, при цьому можлива так звана самокомпенсація конструкції. Але більшість апаратів типу Н, серійно виготовлених вітчизняною промисловістю, рекомендовані для роботи при ще меншій різниці температур (менше 30⁰С). Для виключення значних температурних напруг при запуску апаратів типу Н спочатку подають теплообмінне середовище в міжтрубний простір, для вирівнювання температур кожуху і труб, а потім вводять середовище в труби.

Якщо розрахована різниця температур кожуху і труб перевищує вказану, то використовують теплообмінні апарати з частковою (типу К чи ПК) чи повною (типу У чи П) компенсацією температурних напруг. Апарати з температурним компенсатором на кожусі (тип К).

В цих апаратах для часткової компенсації температурних деформацій використовують спеціальні гнучкі елементи (розширювачі і компенсатори), розміщені на кожусі.

Вертикальний кожухотрубний теплообмінник типу К (мал. 5) відрізняється від теплообмінника типу Н наявністю привареного між двома частинами кожуху 1 лінзового компенсатора і обтікача 3. Обтікач зменшує гідравлічний опір міжтрубного простору такого апарату; обтікач приварюють до кожуху з сторони входу теплоносія в міжтрубний простір.

Найбільш поширено в апаратах типу К використовують одно- і багатоелементні лінзові компенсатори (мал. 6), які виготовляються обкатуванням із коротких циліндричних обичаєк. Лінзовий елемент, показаний на мал. 6,б зварений з двох напівлінз отриманих із листу штампуванням. Компенсуючи здатність лінзового компенсатора приблизно пропорційна кількості лінзових елементів в ньому, але застосовувати компенсатори з кількістю лінз більшою чотирьох не рекомендується, оскільки різко знижується опір кожуху вигину. Для збільшення компенсуючої здатності лінзового компенсатора він може бути при складанні кожуху попередньо стиснутий (якщо призначений для роботи на розтяг) або розтягнений (при роботі на стискування).

При встановленні лінзового компенсатора на горизонтальних апаратах в нижній частині кожної лінзи просвердлюють дренажні отвори з за глушками для зливу води після гідравлічних випробувань апарату.

Крім лінзових в апаратах типу К можна використовувати компенсатори інших типів: із плоских паралельних кілець, з'єднаних пластиною по зовнішньому краю (мал. 7,а), зварених із двох напівсферичних елементів (мал. 7,б), тороїдальні (мал. 7,в) та інші. Тороїдальні компенсатори дешеві і прості у виготовленні. Їх виготовляють із труб, згинаючи в тор з наступною різкою його по внутрішній поверхні. Для цих компенсаторів характерні невеликі (в порівнянні з лінзовим компенсатором) напруги, які плавно змінюються по січенню компенсатора. Але тяжкі умови роботи зварного шву, з'єднуючого компенсатор з кожухом, стримують їх широке застосування.

До апаратів, які забезпечують значну компенсацію температурного розширення за рахунок гнучких елементів в кожусі, відноситься апарат з розширювачем 1 на кожусі 3 (мал.8).

Превага цієї конструкції - ефективність теплообміну внаслідок виключення застійних зон в міжтрубному просторі. Для кожухотрубних теплообмінників особливо характерне утворення таких зон біля трубних решіток, оскільки штуцера вводу і виводу теплоносія розміщені на деякій відстані від решіток. Для усунення застійних зон в апараті з частковою компенсацією температурних розширень передбачений розділювач 2, який забезпечує рівномірне розподілення теплоносія по між трубному простору.

Введення лінзового компенсатора або розширювача створює набагато більший температурний перепад, ніж в теплообмінниках типу Н, але при цьому зростає вартість апарату.

Сфера використання стальних апаратів типу К обмежена надлишковим тиском 2,5 МПа.

Теплообмінники з U- подібними трубами (тип У).

В кожухотрубних апаратах цієї конструкції забезпечується вільне видовження труб, що виключає можливість виникнення температурних напруг.

Такі апарати (мал.9) складаються з кожуху 2 і трубного пучка, який має одну трубну решітку 3 і U-подібні труби 1. Трубна решітка разом з розподілюючою камерою 4 кріпиться до кожуху апарату на фланці.

Для забезпечення роздільного введення і виведення циркулюючого по трубам теплоносія в розподільчій камері передбачена перегородка 5.

В апаратах типу У забезпечується вільне температурне видовження труб і кожна труба може розширюватися незалежно від кожуху і сусідніх труб. Різниця температур стінок труб по проходам в цих апаратах не повинна перевищувати 100⁰С. В іншому випадку можуть виникнути небезпечні температурні напруги в трубній решітці внаслідок температурного підвищення на лінії зустрічі двох її частин.

Превага конструкції апарата типу У - можливість періодичного виймання трубного пучку для очищення зовнішньої поверхні труб чи повної заміни пучка. Але варто відмітити, що зовнішня поверхня труб в цих апаратах незручна для механічного очищення.

Оскільки механічне очищення внутрішньої поверхні труб в апаратах типу У практично не можливе, в трубний простір таких апаратів варто направляти середовище, яке не утворює відкладень, які потребують механічного очищення.

Внутрішню поверхню труб в цих апаратах очищують водою, водяною парою, гарячими нафтопродуктами чи хімічними реагентами. Іноді використовують гідромеханічний спосіб (подача в трубний простір потоку рідини, яка містить абразивні матеріали, тверді кульки і інші).

Кріплення фланця 4 розподільчої камери до фланця 1 кожуху апарату показано на мал. 12. Спеціальна шпилька 3 з конічним стопорним виступом дозволяє знімати розподільчу камеру без порушення з'єднання трубної решітки 2 з кожухом.

Один із найбільш поширених дефектів кожухотрубного теплообмінника типу У - порушення герметичності вузлу з'єднання труб з трубною решіткою із-за дуже значних вигинаючих напруг, виникаючих від маси труб і протікаючого в них середовища. В зв'язку з цим в теплообмінні апарати типу У діаметром від 800 мм і більше для зручності встановлення і зменшення вигинаючих напруг в трубному пучку вмонтовують роликові опори.

До недоліків теплообмінних апаратів типу У варто віднести відносно погане заповнення кожуху трубами із-за обмежень. Викликаних вигином труб.

До суттєвих недоліків апаратів типу У варто віднести неможливість заміни труб (за виключенням бічних труб) при виході їх з ладу, а також складність розміщення труб, особливо при великій їх кількості.

Із-за вказаних недоліків теплообмінні апарати цього типу не знайшли широкого застосування.

Теплообмінні апарати з плаваючою головою (тип П).

В теплообмінниках з плаваючою головкою теплообмінні труби закріплені в двох трубних решітках, одна з яких нерухомо сполучена з корпусом, а інша має можливість вільного осьового пересування і останнє виключає можливість температурних деформацій кожуху і труб.

Горизонтальний двоходовий конденсатор типу П (мал.13) складається з кожуху 10 і трубного пучку. Ліва трубна решітка 1 з'єднана фланцевим з'єднанням з кожухом і розподільчою камерою 2, яка має перегородку 4. Камера закрита плоскою кришкою 3. Права, рухома, трубна решітка встановлена всередині кожуху вільно і утворює разом з приєднаною до неї кришкою 8 «плаваючу головку». При нагріванні і видовженні трубок плаваюча головка переміщується всередині кожуху.

Для забезпечення вільного переміщення трубного пучку всередині кожуху в апаратах діаметром 800 мм і більше трубний пучок забезпечують опорною платформою 6. Верхній штуцер 9 призначений для ведення пару і при цьому має великий прохідний переріз; нижній штуцер 5 призначений для виведення конденсату і має менші розміри.

Значні коефіцієнти тепловіддачі при конденсації практично не залежить від режиму руху середовища. Поперечні перегородки в між- трубному просторі цього апарату використовуються тільки для підтримання труб і надання трубному пучку твердості.

Апарати з плаваючою головкою зазвичай виконують одноходовими по міжтрубному просторі, але встановленням повздовжніх перегородок в міжтрубному просторі можна отримати багатоходові конструкції. На мал.14 показані двоходові по міжтрубному просторі теплообмінники.

Хоча в апаратах типу П забезпечується добра компенсація температурних деформацій, ця компенсація не є повною, оскільки різниці температурних розширень самих трубок приводить до руйнування трубної решітки. В зв'язку з цим в багатоходові теплообмінники типу П діаметром більше 1000 мм при значній (вище 100⁰С) різниці температур входу і виходу середовища в трубному пучку, як правило, встановлюють розрізну по діаметру плаваючу головку.

Найбільш важливий вузол теплообмінників з плаваючою головкою - з'єднання плаваючої трубної решітки з кришкою. Це з'єднання повинно забезпечувати можливість легкого виймання пучка із кожуху, апарату, а також мінімальний зазор ? між кожухом і пучком труб. Варіант, показаний на малюнку 15 дозволяє виймати трубний пучок, але зазор ? виходить більший (ніж в теплообмінниках типу Н ) на ширину фланця плаваючої головки. Кріплення по цій схемі найбільш просте і його широко застосовують випаровувачах з паровим простором.

Розміщення плаваючої головки всередині кришки, діаметр якої більший діаметру кожуху, дозволяє зменшити зазор; але при цьому ускладнюється демонтаж апарату, бо плаваючу головку не можна вийняти із кожуху теплообмінника.

Особливо постійно трубні пучки з плаваючою головкою використовують у випаровувачах з паровим простором.

В цих апаратах повинна бути створена більша поверхня дзеркала випаровування, тому діаметр кожуху випаровувача значно перевищує діаметр трубного пучку, а перегородки в пучку служать тільки для збільшення його твердості.

У випаровувачі рівень рідини в кожусі 1 підтримується перегородкою 2. Для забезпечення достатнього об'єму парового простору і збільшення поверхні випаровування відстань від рівня рідини до верху корпусу становить приблизно 30% його діаметру. Трубний пучок 3 розміщений в корпусі випаровувала на поперечних балках 4. Для зручності встановлення трубного пучку в перегородці 2 і лівому днищі передбачений люк 10, через який в апарат можна завести канат від лебідки.

Продукт вводиться у випаровувач через штуцер 5; для захисту трубного пучку від ерозії над цим штуцером встановлений відбійник 6. Пари виводяться через штуцер 9, продукт - через штуцер 1. Теплоносій підводиться в трубний пучок і виводиться через штуцери 7,8. В таких апаратах можна розміщувати кілька трубних пучків.

Теплообмінники з плаваючою головкою і компенсатори (тип ПК).

Це теплообмінники напівтвердої конструкції, в яких компенсацію температурних напруг забезпечує гнучкий елемент - компенсатор, розміщений на плаваючій головці.

Теплообмінники типу ПК виготовляють одноходовими з протилежним рухом теплоносіїв і використовують при підвищеному тиску теплообмінюючих середовищ (5-10МПа).

Теплообмінники цієї конструкції (мал. 19) відрізняються від розглянутих наявністю на кришці 2 видовженого штуцера (горловини) 3, всередині якого розміщений компенсатор 4. Останній з'єднаний одним кінцем з плаваючою головкою 1, другим - з штуцером на кришці теплообмінника. Конструкції інших вузлів теплообмінника ідентичні тим, які використовуються в апаратах типу П.

Показана на мал. 19 конструкція забезпечує можливість виймання трубного пучку із корпусу для контролю його стану і механічного очищення труб.

Компенсатори, які використовуються в апаратах типу ПК, відрізняються від лінзових компенсаторів апаратів типу К відносно меншими діаметрами, більшою кількістю хвиль (гофрів), меншою товщиною стінки. Такі компенсатори можна використовувати при перепаді тисків не більше 2,5 МПа, тому апарати типу ПК дозволяється експлуатувати тільки при одночасній подачі теплоносія в трубний і міжтрубний простори.

Приклад часткової компенсації різниці температурних деформацій кожуху і труб використання в кожухотрубних апаратах сальникового герметизування.

На малюнку 20 наведена схема кільцевої герметизації трубної решітки 4. Герметизацію забезпечують сальникові кільця 1, розміщені по обидві сторони від дренажного кільця 3 і підтиснуті фланцями 2,5. У випадку протікання через сальник теплоносій виводиться з апарату через отвір в дренажному кільці. Трубна решітка в апараті такої конструкції повинна бути на периферії достатньо широкою для можливості розміщення прокладки і дренажних кілець, з урахуванням переміщення решітки при видовженні труб.

Такі апарати неможна використовувати для летких і вогненебезпечних рідин.

Апарат, призначений для нагріву насиченим водяним паром кислих агресивних середовищ (мал. 22) складається з металевого кожуху 1 і графітового трубного пучка 2. У верхній частині апарату. Де його кожух з'єднується з рухомою (трубною) решіткою 3, розміщений сальник 4. В якості сальникової набивки, як правило, використовують графітизований азбестовий шнур. Герметизація герметизує переміщення натискної втулки 5 і затягуванням шпильок 6.

Варто враховувати, що при підвищеному тиску в міжтрубному просторі сальник в таких апаратах є центром виходу теплоносія.

В деяких конструкціях кожухотрубних теплообмінників з трубами із неметалевих матеріалів, наприклад скла, компенсацію температурних видовжень і перекошування труб в решітках забезпечують гнучкі елементи 2 (мал.. 21,а), розміщені між трубою 1 і трубною решіткою 3. Ці елементи виготовляють із полімерних матеріалів і приклеюють одною стороною до зовнішньої поверхні кінців труб, другою - до трубної решітки.

Для компенсації температурних напруг в апараті з неметалевими трубами іноді використовують рухоме з'єднання одного кінця труб з трубною решіткою. В цьому випадку кінці труб 5 закріплюють в трубній решітці 3 (мал. 21, б) з використанням сальникової набивки 4, натискного кільця 1 і натискної втулки 2.

Інтенсифікація процесу теплообміну в кожухотрубних теплообмінниках.

Проблема інтенсифікації роботи кожухотрубних теплообмінників пов'язана головним чином з вирівнюванням термічних опорів (ЯF)^-1 на протилежних сторонах теплообмінної поверхні. Цього досягають або збільшенням поверхні теплообміну F, наприклад оребренням її зі сторони теплоносія з меншим коефіцієнтом тепловіддачі Я, або збільшенням коефіцієнта тепловіддачі раціональним підбиранням гідродинаміки теплоносія. Останнє повинно приводити до вирівнювання швидкостей і температур по перерізу потоку теплоносія і, відповідно, до зменшення термічного опору його пристінкового шару. Результати досліджень показують, що тільки опір пристінкового шару є головним фактором, знижуючим інтенсивність тепловіддачі. Розглянемо два випадки тепловіддачі, при яких термічний опір визначається міжтрубним і трубним просторами. В першому випадку найбільший ефект тепловіддачі досягається при поперечному омиванні пучку труб, розміщеного в шаховому порядку. При цьому якщо критерій Рейнольдса Re= 120…1000, в міжтрубному просторі утворюється стійкий турбулентний режим руху, а ламінарний пристінковий шар теплоносія зберігається тільки на невеликій довжині поверхні труб.

Теплообмін значно покращується також при ліквідації застійних зон в міжтрубному просторі. Особливо такі зони утворюються поблизу трубних решіток. Оскільки штуцери введення і виведення теплоносія із трубного простору розміщені на деякій відстані від них. Найбільш радикальний спосіб виключення утворення таких зон - встановлення розподільчих камер на вході і виході теплоносія із міжтрубного простору.

Для інтенсифікації теплообміну іноді використовують турбулізатори - елементи, які турбулізують чи руйнують пристінковий шар теплоносія на зовнішній поверхні труб.

Ефект тепловіддачі на зовнішній поверхні труб значно підвищують кільцеві канавки (мал.23), інтенсифікуючи теплообмін в між трубному просторі приблизно в 2 рази турбулізацією потоку в пристінковому шарі.

В теплообмінниках віддачею теплоти від рідини в трубному просторі до в'язкої рідини чи газу в міжтрубному просторі коефіцієнти тепловіддачі з зовнішньої сторони труб приблизно на ряд менші, ніж з внутрішньої сторони. Наприклад, в газорідинних теплообмінниках коефіцієнт тепловіддачі з боку рідини (вр.) може сягати 6кВт/ (м² · ⁰С), а з боку газу (вг) не перевищувати 0,1 кВт/ (м² · ⁰С). Звичайно, що застосування гладких труб в таких теплообмінниках приводить до різкого збільшення їх маси та розмірів. Бажання інтесифікувати тепловіддачу з боку малоефективного теплоносія (гази, в'язкої рідини) привело до розробки різних конструкцій оребрених труб.

Встановлено, що оребрення збільшує не тільки поверхню теплообміну, але і коефіцієнт тепловіддачі від оребреної поверхні до теплоносія внаслідок турбулізації потоку ребрами.

При цьому, потрібно враховувати збільшення затрат на прокачування теплоносія. Застосовують труби з повздовжніми (мал. 24,а) і розрізними ребрами різного профілю (мал. 24,в). Оребрення на трубах можна робити у вигляді спіральних ребер (мал. 24,г), голок різної товщини і інше. Оребрення найбільш ефективне, якщо забезпечується співвідношення вг Fг=вр Fр, де Fг і Fр - поверхні теплообміну з боку відповідного газу і рідини.

Ефективність ребра, яку можна характеризувати коефіцієнтом тепловіддачі, залежить від його форми, висоти і матеріалу. Якщо потрібен невеликий коефіцієнт тепловіддачі, необхідну ефективність можуть забезпечити сталеві ребра, при необхідності досягення великих коефіцієнтів цілеспрямоване застосування мідних чи алюмінієвих ребер.

Ефективність ребра різко знижується, якщо воно не виготовлене разом суцільно з трубою, не приварене чи неприпаяне до неї.

Якщо термічний опір визначається трубним простором, то використовують методи впливу на потік пристроями, які руйнують і турбулізують внутрішній пристріноквий шар. Це різного роду турбулізуючі вставки (спіралі, діафрагми, диски) і насадки (кільця, кульки), які розміщені в трубі. Звичайно, що при цьому збільшується гідравлічний опір труби.

Турбулізуючі вставки у вигляді діафрагми (мал. 25,а) розміщують в трубі на визначеній відстані одна від одної. При наявності таких вставок перехід до турубулентоного потоку в трубах проходить при Re = 140 (для труб без вставок при Re =2300), що дозволяє приблизно в 4 рази інтенсифікувати теплообмін. Вставки у вигляді дисків (мал. 25,б) з визначеним кроком закріплюють на тонкому стержні, вставленому в труби. По своїй дії на потік такі вставки близькі до діафрагм. Спіральні вставки (мал. 25,в) звичайно виготовляють із тонких алюмінієвих чи латунних стрічок. При низьких значеннях Re вони дозволяють підвищити коефіцієнт тепловіддачі в 2-3 рази.

Крім вставок і насадок теплообмін в трубах можна інтенсифікувати застосуванням шорстких поверхонь, накатуванням кільцевих канавок, зміною поперечного перерізу труби її зжиманням. В цьому випадку навіть при ламінарному режимі потоку теплоносія тепловіддача в трубах на 20-100% вища, ніж у гладеньких трубах.

Якщо коефіцієнт тепловіддачі від середовища, яке проходить в трубах, на рядок нижче, ніж коефіцієнт для зовнішнього боку труб, дуже вигідне використання в теплообмінниках труб з внутрішнім оребренням. Прикладом є конструкція, показана на малюнку 26,а. При теплообміні в системі газ - газ раціонально в якості теплообмінної поверхні використовувати пучки труб з зовнішніми і внутрішніми ребрами (мал. 26,б). Для забезпечення направленого потоку газу між зовнішніми ребрами труб розміщені трикутні вставки.

Апарати з поверхнею теплообміну, виготовленою із листового матеріалу.

Вище вказано, що кожухотрубні теплообмінники - найбільш поширена конструкція теплообмінної апаратури в хімічній і нафтопереробній промисловості. Але в останній час більш широко застосовують теплообмінники із листового матеріалу, головним чином пластинчасті і спіральні.

Теплообмінники із труб конструктивно прості і можуть бути використані в широкому діапазоні тисків і температур робочих середовищ, але мають ряд головних недоліків. Кожухотрубні теплообмінники мало технологічні в умовах виробництва широкого ряду типорозмірів. Коефіцієнт уніфікації, тобто відношення кількості вузлів і деталей, однакових для всього розмірного ряду, до загальної кількості вузлів і деталей в апараті, для цих теплообмінників складає 0,13. Для порівняння, аналогічний коефіцієнт для пластинчастих теплообмінників рівний 0,9.

В порівнянні з апаратами, виготовленими із листового матеріалу, кожухотрубні теплообмінники більш метало місткі.

Ці і ряд інших переваг, наприклад простота очищення, роблять апарати із листового металу перспективними і ефективними апаратами загального призначення.

Пластинчасті теплообмінники є апаратами, теплообмінна поверхня яких утворена сукупністю тонких штампованих пластин з гофрованою поверхнею. Їх ділять за степенем доступу поверхні теплообміну для механічного очищення і огляду на розбірні, напіврозбірні і нерозбірні (зварні).

Найбільш широко застосовують розбірні пластинчасті теплообмінники, в яких пластини відокремлені одна від одної прокладками. Встановлення і знімання цих апаратів здійснюють достатньо швидко, очищення теплообмінної поверхні вимагає незначних затрат праці. Пластини напіврозбірних теплообмінників попарно зварені, і доступ до поверхні теплообміну можливий тільки з боку введення одного із робочих середовищ. Пластини нерозбірних теплообмінників зварені в блоки, які з'єднані на прокладках в загальний пакет.

Пластинчасті теплообмінники виготовляють з поверхнею теплообміну від 2 до 600 м² в залежності від типу розміру пластин; теплообмінники використовують при тиску до 1,6 МПа і температурі робочих середовищ від -30 до +180 ⁰С для реалізації теплообміну між рідинами і парами (газами) в якості холодильників, підігрівачів і конденсаторів.

Розбірні пластинчасті теплообмінники, які серійно виготовляються можуть працювати з забрудненими робочими середовищами при розмірі твердих включень не більше 4 мм.

Розбірні пластинчасті теплообмінники виготовляють в п'яти виконаннях: на консольній рамі (виконання 1); на двоопорній рамі (виконання 2); на триопорній рамі (виконання 3).

Розбірний пластинчастий теплообмінник на двоопорній рамі (виконання 2) (мал. 27) складається із ряду теплообмінних пластин 4, розміщених на верхніх і нижніх горизонтальних стержнях 3. Кінці стержнів закріплені в нерухомій плиті 2 і на стійці 7. Стягуючою плитою 11 і гвинтом 8 пластини стягуються і стискаються, утворюючи теплообмінну секцію

Теплообмінні пластини мають чотири прохідних отвори (а, б, в, г), які утворюють дві ізольовані одна від одної системи каналів. Для герметизації пластин і каналів є гумові прокладки. Прокладка 6 вкладена в паз по контуру пластини і обгортає два отвори на пластині, через які проходить введення і виведення теплоносія в канал між суміжними пластинами. А прокладки 5 герметизують два інших отвори на пластині. Для введення теплоносіїв в апарат і виведення призначені штуцери 1,9, 10, 12 розмірені на нерухомій і рухомій плитах.

Теплообмінник на триопорній рамі (виконання 3) (мал.. 28) складається із нерухомої плити 3, в якій закріплені верхній 2 і нижній 1 горизонтальні стержні. На стержнях розміщені теплообмінні пластини 4 і рухомі плити 5. Для стягування пакету пластин призначені стягуючі елементи 6.

В показаному на малюнку 29 теплообміннику пластини скомбіновані в два симетричних пакети - кожний для одного із теплоносіїв.

Такій схемі комбінування теплообмінника відповідає позначення Сх [(2+2)/(2+2)]. В загальному випадку схему комбінування пластини позначають так:

Сх [] ;

тут m₁ і m₂ - кількість каналів в пакеті для відповідного охолоджуючого і нагріваючого теплоносія; k і n - кількість послідовно включених пакетів в апараті для відповідно охолодженого і нагріваючого теплоносія.

При заданій витраті теплоносія потрібної швидкості руху його по каналами між пластинами досягають підбиранням кількості пластин в пакеті. Якщо витрати теплоносіїв значно відрізняються, то для підтримання постійного гідравлічного опору каналів застосовують несиметричні схеми комбінування пластин; при цьому кількість каналів і пакетів для кожного теплоносія неоднакова. Прикладом може бути схема комбінування теплообмінника Сх [(2+2)/(4+3)]. Для конденсації парів із суміші з некондисуючимися газами використовують схему комбінування

Сх [(m₁^| + m₁^|| )/ m₂]

Сконденсована фаза IV виділяється із паро-газової суміші ІІ в каналах в і г першого пакету і виводиться із апарату, а несконденсовані гази І попадають в канали а і б другого пакету, охолоджуються і виводяться з апарату. Охолоджуюча фаза ІІІ (вода) рухається по каналам одного пакету. Такі конденсатори парогазових сумішей працюють з більш високим коефіцієнтом тепловіддачі, ніж стандартні кожухотрубні апарати.

При відповідному комбінуванню можна отримати багатосекційний апарат, в якому теплообмін між одним теплоносієм і двома іншими реалізовується у відповідних зонах (мал..31,б).

Теплообмінні пластини розрізняються розміщенням в них отворів для теплоносіїв на пластини з діагональним (мал.. 32) і однобічним (мал.. 33) розміщенням отворів, і ті, і інші виконують правими і лівими. Завдяки комбінуванню в пакеті лівих і правих пластин утворюються дві ізольовані системи каналів.

Пластини з однобічним розміщенням отворів взаємозамінювані. При збиранні праві пластини отримують поворотом їх відносно лівих на 180⁰. Ліві і праві пластини з діагональним розміщенням відрізняються розміщенням прокладки і тому не є взаємозамінюваними.

Крім того розглянутих теплообмінних пластин в апаратах використовують кордонні пластини, які встановлюються на кінцях пакетів.

Пластинчасті теплообмінники, які серійно виготовляються комплектують пластинами, штампованими із листового металу товщиною 1 мм. Гофри пластин зазвичай мають в перерізі профіль рівнобічного трикутнику висотою 4-7 мм і основною довжиною 14-30 мм (для в'язких рідин до 75 мм).

Матеріал пластин - оцинкована чи корозійно - стійка сталь, титан, алюміній, мельхіор.

В розбірних теплообмінниках пластини 2 (мал..34) звичайно закріплюють скобою 3 на верхньому стержні 1. Нижній стержень не несе навантаження від маси пластини і служить тільки для фіксації їх в потрібному положенні. Таке закріплення пластин дозволяє легко вийняти їх з пакету або вставити в нього без знімання рухомої плити і інших пластин.

Прокладки пластинчастих теплообмінників (мал..35) виготовляють із гуми формуванням і закріплюють в пазу пластини на клею. Стійкі і стягуючі плити пластинчастих теплообмінників виготовляють із вуглецевої сталі товщиною 8-12 мм.

До недоліків пластинчастих теплообмінників варто віднести неможливість використання їх при тискові більшому 1,6 МПа.

Спіральні теплообмінники виготовляють з поверхнею теплообміну 10-100 м²; вони працюють як під вакуумом, так і при тиску до 1 МПа при температурі робочого середовища 20-200 ⁰С. Їх можна використовувати для реалізації теплообміну між робочими середовищами рідина - рідина. Газ - газ, газ - рідина, а також при конденсації парів і газових сумішей.

Все більше поширення цих теплообмінників в останній час пояснюється головним чином простотою виготовлення і компактністю конструкцій. В такому апараті один із теплоносіїв (мал. 36 ) надходить в периферійний канал апарату і, рухаючись по спіралі, виходить із верхнього центрального каналу. Другий теплоносій надходить в нижній центральний канал і виходить із периферійного каналу.

Площа поперечного перерізу каналів в такому теплообміннику по всій довжині постійна, тому він може працювати з забрудненими рідинами (забруднення змивається потоком теплоносія).

В спіральних теплообмінниках поверхня теплообміну утворена двома стальними стрічками 1,2 товщиною 3,5-6 мм і шириною 400-1250 мм (мал. 37), зверненими у спіраль так, що утворюються канали а і б прямокутного профілю, по яким назустріч один одному рухаються теплоносії. Перший (від центру апарату) виток спіралі закріплений розпірними дисками 4, які фіксуються повздовжніми розпірками 3. На поверхні спіралі з кроком 70-100 мм приварені штифти 6 для надання теплообміннику твердості. Крім штифтів при навивці спіралі між її витоками встановлюють лінійні дистанційні вставки 5. Ці вставки разом з штифтами забезпечують потрібний зазор між стрічками, який для стандартних теплообмінників складає 8-12 мм. З торців апарат закритий кришками 8 на прокладках 7. В залежності від методу герметизації спіральних каналів з торців розрізняють теплообмінники з глухими і наскрізними каналами.

Глухі канали (мал. 38,а) утворюють приваркою лінійних вставок 2 до торця спіралі; з торців канали закриті кришками 3 з прокладкою 1. Після знімання кришок і прокладок обидва канали можна прочистити. Такий спосіб герметизації каналів виключає можливість змішування теплоносіїв при прориві прокладки і тому найбільш поширений.

Наскрізні канали (мал. 38,б) з обох торців закриті кришками 2 з прокладками 1, легко піддаються очищенню, але виключають можливість змішування теплоносіїв.

Спіральні теплообмінники з глухими каналами виготовляють в двох варіантах: з плоскою кришкою (для теплообміну між рідинами і газами) і з конічною чи сферичною кришкою (для конденсації парів і нагріву високов'язких рідин). В апаратах з плоскою кришкою забезпечується зустрічний рух фаз, в апаратах з конічною і сферичною кришкою - перехресний.

Теплообмінники з глухими каналами і конічною кришкою, які використовують як конденсатори. Зазвичай встановлюють вертикально (мал.39). Вертикальне розміщення каналів виключає утворення корків конденсату і гідравлічні удари. Завдяки конічній кришці паро-газова суміш (робоче середовище) надходить в апарат зверху через штуцер 1. Утворений конденсат стікає по вертикальній стінці каналу, збирається в нижній частині апарату і змивається через штуцер 3. Несконденсовані гази проходять кілька зовнішніх витків, охолоджуються і виводяться через штуцер 2 на корпусі. Охолоджуючий агент подається в апарат через штуцер 5 і виводиться через штуцер 4.

Апарати повітряного охолодження.

В хімічній і особливо нафтохімічній промисловості більшу частину теплообмінних апаратів складають конденсатори і холодильники. Використання для конденсації і охолодження різних технологічних продуктів апаратів водяного охолодження, кожухотрубних чи зрошуючих, пов'язано із значними витратами води і, відповідно, з великими експлуатаційними затратами. Застосування апаратів повітряного охолодження в якості холодильників - конденсаторів має ряд переваг: виключаються затрати на підготовлення і перекачування води; знижується працеємність і вартість ремонтних робіт і не потрібно спеціального очищення зовнішньої поверхні труб, яка обтікається повітряним потоком; полегшується регулювання процесу охолодження і інші.