Классификация промышленных теплообменных аппаратов.
Это устройства, осуществляющие передачу тепла от одной среды к другой. Теплообменные аппараты широко применяются в пищевой, химической, нефтехимической, фармацевтической промышленности.
Общая классификация:
Классифицировать теплообменники можно по различным признакам:
- Назначение – подогреватели, испарители, радиаторы, калориферы, холодильники, конденсаторы и пр.
- Способ передачи теплоты – рекуперативные, регенеративные, смесительные.
- Направление, характер движения сред – одно- и многопоточные, прямо- и противоточные, перекрестного или смешанного тока.
- Конструктивные решения – трубчатые и пластинчатые теплообменники.
- Температурный уровень – высокотемпературные (+400…2000 °С), среднетемпературные (150…700 °С), низкотемпературные (-150…+150 °С) и криогенные (ниже -150 °С).
- Температурный режим – установившийся, неустановившийся.
Рекуперативные или поверхностные теплообменные аппараты обеспечивают передачу тепла от одной среды к другой без их непосредственного контакта – через поверхность разделительной стенки (пластины, трубки). Относятся к оборудованию непрерывного действия, поскольку теплообмен не разделяется по времени. В зависимости от используемых сред выделяют 4 вида поверхностных теплообменников:
- Парожидкостные.
- Жидкостно-жидкостные.
- Газо-жидкостные.
- Газо-газовые.
Регенеративные теплообменники работают по принципу аккумулятора тепла. Греющая среда контактирует с насадкой (твердое тело), передавая тепло. Через определенный промежуток времени нагреваемая среда контактирует с этой же насадкой, получая ранее накопленное тепло. Такие аппараты относятся к теплообменникам циклического действия, поскольку теплопередача осуществляется периодически, а не непрерывно.
Смесительные теплообменные аппараты, как следует из названия, осуществляют теплообмен при смешивании греющей и нагреваемой сред.
В пищевой, химической промышленности в основном используются теплообменники рекуперативного типа. Широкое применение они нашли в молочном производстве. В линии производства молока и кисломолочных продуктов включаются модули гомогенизации, пастеризации, подогреватели, охладители.
Требования к теплообменным аппаратам:
Независимо от типа и вида к теплообменным аппаратам предъявляют следующие требования:
- Соблюдение условий технологического процесса, в котором используется теплообменники.
- Высокий коэффициент теплопередачи.
- Минимальное гидравлическое сопротивление.
- Стойкость к коррозии, агрессивным средам.
- Химическая нейтральность (контактирующие со средами поверхности не должны вступать в химические реакции).
- Доступность основных элементов, поверхностей для обслуживания (мойка, чистка).
- Экономичность и технологичность – малый расход металла для изготовления аппаратов.
При проектировании теплообменных аппаратов одной из главных задач, встающих перед инженерами-проектировщиками, является уменьшение размеров оборудования. Компактные теплообменники востребованы не только на небольших производствах, но и на крупных промышленных объектах – для габаритных установок требуется больше металла при производстве, устройство специальных площадок, выдерживающих вес конструкции, свободное пространство в цехах.
Теплообменники должны обеспечивать точное соблюдение требований технологического процесса. Например, в молочной промышленности при пастеризации важна точная выдержка на всех этапах нагрева и непосредственной пастеризации молока. Для этого используются автоматические системы контроля и управления, отслеживающие скорость протекания процессов, температуру теплоносителя, рабочей среды (молока) и другие показатели.
Производители теплообменников предлагают готовые решения для той или иной сферы – нет необходимости самостоятельно рассчитывать, проектировать, заказывать изготовление аппарата, хотя такая возможность и имеется.