Классификация теплообменных аппаратов

По цикличности работы теплообменные аппараты подразделяют на

теплообменники непрерывного и периодического действия. Для

теплообменников непрерывного действия главным является установившийся

режим. В этом режиме остаются неизменными по времени расходы обоих

теплоносителей, проходящих через теплообменник, а также их начальная и

конечная температура.

Для теплообменных аппаратов периодического действия основным

является неустановившийся режим. В этом режиме происходит изменение по

времени начальной и конечной температуры одного или обоих

теплоносителей. Возможно также изменение их расходов.

По принципу действия теплообменные аппараты делят на поверхностные

и смесительные. В поверхностных аппаратах процесс передачи теплоты от

одного теплоносителя к другому связан с промежуточной стадией

теплопередачи через твердую поверхность. В смесительных аппаратах процесс

теплопередачи происходит три наличии прямого контакта между

теплоносителями и сопровождается частичным или полным их смешением.

Поверхностные теплообменные аппараты в свою очередь подразделяют на

рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативными (рекуператорами) называют аппараты, в которых

передача теплоты от одного теплоносителя к другому происходит через

разделяющую их стенку. Процесс теплопередачи при этом складывается из

теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке, теплопроводности и

теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю. Прямой контакт между

теплоносителями отсутствует.

Регенеративными (регенераторами) называют аппараты, в которых одна

и та же поверхность теплообмена (насадка) попеременно омывается то

горячим, то холодным теплоносителем. При прохождении горячего

теплоносителя насадка отбирает от него теплоту и нагревается; при

прохождении холодного теплоносителя теплота, аккумулированная насадкой,

расходуется на его нагревание. В регенеративных теплообменниках всегда

имеется частичное смещение теплоносителей. Оно связано с тем, что при

переключении потоков в объеме насадки будет оставаться некоторое

количество одного теплоносителя, который смешивается с вновь поступающим

другим теплоносителем. Кроме того, в регенераторах возможны прямые

перетечки из потока одного теплоносителя в поток другого.

Выбор того или иного вида теплообменного аппарата зависит от

решаемой технической задачи. Так, если прямой контакт теплоносителей

недопустим, можно использовать только рекуперативный теплообменный

аппарат.

К недостаткам рекуператоров следует отнести сложность создания

развитой поверхности теплообмена при одновременном обеспечении ее

герметичности. Поэтому площадь поверхности теплообмена, отнесенная к

единице объема теплообменника, у рекуператоров сравнительно невысока.

В регенераторах нет необходимости заботиться о герметичности

поверхности теплообмена. Поэтому ее площадь, приходящаяся на единицу

объема, существенно выше, чем в рекуператорах. К недостаткам

регенераторов относятся частичное смешивание теплоносителей и

обязательное наличие движущихся элементов. Это могут быть устройства для

попеременной подачи в объем одной и той же неподвижной насадки то

одного, то другого теплоносителя или устройства для перемещения самой

насадки из потока одного теплоносителя в поток другого. Наличие подвижных

элементов снижает надежность работы регенератора. Кроме того, для

регенеративных теплообменников имеются некоторые ограничения по

комбинациям горячего и холодного теплоносителей. Например, комбинация

жидкость — газ для регенератора вряд ли целесообразна, так как приведет к

наличию паразитного тепло- и массообмена между жидкостью, остающейся на

поверхности насадки, и газом. Обычно регенеративные теплообменники

используют для комбинации теплоносителей газ — газ.

В смесительных теплообменниках достигается еще большая удельная

площадь поверхности теплообмена, чем в регенераторах. Кроме того, из

процесса передачи теплоты исключаются такие дополнительные звенья, как

теплоотдача к поверхности стенки и от нее, теплопроводность внутри стенки.

Прямой контакт теплоносителей позволяет добиться максимальной интен-

сивности теплообмена. В некоторых смесительных теплообменниках,

например в устройстве для обогревания жидкости острым паром, смешение

теплоносителей полное, и в дальнейшем они не разделяются. Однако в

большинстве случаев имеется необходимость в разделении теплоносителей

после завершения теплообмена между ними. Такое разделение возможно, если

теплоносителями являются, например, две несмешивающиеся жидкости. Более

удобным вариантом для смесительных теплообменников с разделением

теплоносителей является комбинация газ — жидкость, так как большая

разность их плотностей существенно облегчает процесс сепарации__